CN106082272A - 一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置及其制氨工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置，其操作简便，可有效解决水泥窑脱硝使用尿素作为氨基还原剂存在适应性较差和脱硝效率较低的问题，无需额外增加能耗，运行维护成本低，本发明还提供了一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺；包括窑头罩、回转窑、三次风管、分解炉，所述回转窑窑头与所述窑头罩相连，所述回转窑窑尾与所述分解炉相连，所述三次风管连通于所述窑头罩与分解炉之间，其特征在于：送风机布置于所述回转窑窑头处，所述窑头罩内设有换热盘管，所述送风机通过冷风管连接所述换热盘管进口，所述换热盘管出口通过热风管连接布置于所述回转窑窑尾处的热解炉，所述热解炉通过氨气管路连接所述分解炉。
Description
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置及其制氨工艺。
背景技术
目前，水泥窑脱硝技术主要有低氮燃烧和选择性非催化还原（SNCR）技术，其中，SNCR是当前广泛采用的脱硝方法，是在水泥窑分解炉的合适位置喷入氨基还原剂，使之与烟气中的氮氧化物反应，生成氮气和水；目前烟气脱硝常用的氨基还原剂有液氨、氨水和尿素，其中液氨是重大危险源物质，在水泥窑中使用较少，则水泥窑常用的氨基还原剂为氨水和尿素，氨溶于水即得氨水，商品氨水浓度一般为20%~30%，仍具有危险性，对眼、鼻、皮肤有刺激性和腐蚀性；而尿素是一种稳定、无毒的固体物质，对人和环境均无害，便于运输和储存，在水泥窑脱硝中得到广泛的应用，但是尿素需要分解产生氨气后才发挥效用，水泥窑脱硝一般是制备40%~50%浓度的尿素溶液，经稀释后用特制的雾化喷枪喷入分解炉内，在分解炉内先分解为氨气再与氮氧化物反应，需要的反应时间较长，反应温度较高，脱硝效率比较低，因此尿素相比氨水对水泥窑脱硝的适应性较差，以及尿素作为还原剂用于脱硝领域时，为提高脱硝效率，一般是先将尿素溶液热解为含氨气体，再喷入反应器适当位置与氮氧化物进行反应，但是尿素分解为氨气需要大量的吸热，需要设置大功率的电加热器将热解气源加热至450~600℃，运行维护成本比氨水高，这也是制约尿素作为脱硝还原剂广泛使用的另一个因素。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置，其操作简便，可有效解决水泥窑脱硝使用尿素作为氨基还原剂存在适应性较差和脱硝效率较低的问题，无需额外增加能耗，运行维护成本低，本发明还提供了一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺。
其技术方案是这样的：一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置，包括窑头罩、回转窑、三次风管、分解炉，所述回转窑窑头与所述窑头罩相连，所述回转窑窑尾与所述分解炉相连，所述三次风管连通于所述窑头罩与分解炉之间，其特征在于：送风机布置于所述回转窑窑头处，所述窑头罩内设有换热盘管，所述送风机通过冷风管连接所述换热盘管进口，所述换热盘管出口通过热风管连接布置于所述回转窑窑尾处的热解炉，所述热解炉通过氨气管路连接所述分解炉。
其进一步特征在于：所述热解炉中部设有喷枪；所述分解炉上设有至少2个喷氨口，且以所述分解炉截面中心为圆心均匀分布，所述氨气管路与所述喷氨口连通；
所述冷风管的材质为20#碳钢；所述换热盘管、喷枪的材质均为316L不锈钢；所述热风管、热解炉、氨气管路、喷氨口的材质均为304不锈钢材质。
一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、送风机将空气由冷风管送入换热盘管中，窑头罩内700℃-800℃的高温烟气与该冷空气进行换热，将冷空气加热为400℃~650℃的高温空气；
（2）、将得到的高温空气通过热风管送入热解炉内作为尿素热解热源，配置好的体积百分数40%~50%浓度的尿素溶液由喷枪雾化后喷入所述热解炉中，热解为含NH3且体积百分数不大于5%浓度的混合气体，并通过氨气管路送入分解炉中；
（3）、将含NH3混合气体通过喷氨口均匀喷入所述分解炉中，作为水泥窑脱硝的还原剂。
其进一步特征在于：所述送风机的风压选用13±2kPa；所述喷氨口的气体压力为1kPa；
所述热风管、热解炉、喷枪、氨气管路外均设有保温层，所述保温层选用硅酸铝棉，所述热风管外壁的保温层厚度为300 mm -350mm，所述热解炉、喷枪外壁的保温层厚度为300 mm-350mm，所述氨气管路外壁的保温层厚度为200 mm -250mm。
本发明的有益效果是，送风机将冷风送至换热盘管中进行换热，可将冷空气加热为400℃~650℃的高温空气，加热后的高温空气输送至热解炉中作为尿素热解热源，尿素溶液由喷枪雾化后喷入热解炉中，热解为含NH3且体积百分数不大于5%浓度的混合气体，并通过喷氨口均匀喷入分解炉中，从而作为水泥窑脱硝的还原剂，则窑头罩内天然的高温环境可始终为空气换热提供热量来源，无需额外增加能耗，有效降低了运行维护成本，也解决了现有技术中水泥窑脱硝使用尿素作为氨基还原剂存在适应性较差和脱硝效率较低的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是分解炉的俯视示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置，包括窑头罩1、回转窑2、三次风管3、分解炉4，回转窑2内水泥熟料煅烧温度大约1400℃，通过窑头罩1排出的气体温度在700-800℃以上，作为天然的热源，回转窑2窑头与窑头罩1相连，回转窑2窑尾与分解炉4相连，热风来自于窑头区域，热解炉6布置在窑尾处，本实施例中的窑头至窑尾的距离为75m，而窑头至窑尾的距离实际是根据不同生产线决定的，窑内气体流向为从回转窑2窑头流向回转窑2窑尾，并沿分解炉4向上流动，窑头罩1内的气体由三次风管3抽出，送入分解炉4内作为燃料燃烧的助燃空气，三次风温度约为700℃~800℃，使进入分解炉4内的部分物料分解；三次风管3连通于窑头罩1与分解炉4之间，从而将窑头的热风引到窑尾，送风机5布置于回转窑2窑头附近，窑头罩1内设有换热盘管52，送风机5通过冷风管51连接换热盘管52进口，换热盘管52出口通过热风管53连接布置于回转窑2窑尾附近的热解炉6，送风机5为尿素热解提供风量和流动风压，而其风量根据含NH3混合气体的体积决定，热解炉6通过氨气管路62连接分解炉4；热解炉6中部设有喷枪61；分解炉4上设有4个喷氨口63，且以分解炉4截面中心为圆心均匀分布，从而氨气能均匀喷入分解炉4内，氨气管路62与喷氨口63连通；冷风管51的材质为20#碳钢；换热盘管52、喷枪61的材质均为316L不锈钢，其牌号是022Cr17Ni12Mo2（GB 20878-2007）；热风管53、热解炉6、氨气管路62、喷氨口63的材质均为304不锈钢材质，其牌号是06Cr19Ni10（GB 20878-2007）。
一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺，包括以下步骤：
（1）、送风机5将空气由冷风管51送入换热盘管52中，窑头罩内700℃-800℃的高温烟气与该冷空气进行换热，将冷空气加热为400℃~650℃的高温空气；
（2）、将得到的高温空气通过热风管53送入热解炉6内作为尿素热解热源，配置好的体积百分数45%浓度的尿素溶液由喷枪61雾化后喷入热解炉6中，在热风的作用下，热解为含NH3且体积百分数5%浓度的混合气体，并通过氨气管路62送入分解炉4中；
（3）、将含NH3混合气体通过喷氨口63均匀喷入分解炉4中，作为水泥窑脱硝的还原剂。
由于分解炉4内为负压环境，如果喷入分解炉4内的气体压力达不到要求，通过喷氨口63喷入的气体在分解炉4内会混合不均，造成脱硝效率下降，则考虑风压需克服换热盘管52的阻力约3kpa、热风管53的阻力约3kpa、热解炉6的阻力约1.5kpa、氨气管路62和喷氨口63的阻力约1.5kpa，进分解炉4时喷氨口63内气体压力保持1kpa正压，再考虑20%的风压富余，因此送风机5的风压选用15kPa，即可顺利将氨气均匀喷入分解炉4内；热风管53、热解炉6、喷枪61、氨气管路62外均设有保温层，保温层选用硅酸铝棉，热风管53外壁的保温层厚度为350mm，热解炉6、喷枪61外壁的保温层厚度为300 mm，氨气管路62外壁的保温层厚度为220mm，可有效防止热解后的尿素在管道内结晶，保证热解炉6出口气体温度不低于350℃。
Claims (7)
1.一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置，包括窑头罩、回转窑、三次风管、分解炉，所述回转窑窑头与所述窑头罩相连，所述回转窑窑尾与所述分解炉相连，所述三次风管连通于所述窑头罩与分解炉之间，其特征在于：送风机布置于所述回转窑窑头处，所述窑头罩内设有换热盘管，所述送风机通过冷风管连接所述换热盘管进口，所述换热盘管出口通过热风管连接布置于所述回转窑窑尾处的热解炉，所述热解炉通过氨气管路连接所述分解炉。
2.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述热解炉中部设有喷枪；所述分解炉上设有至少2个喷氨口，且以所述分解炉截面中心为圆心均匀分布，所述氨气管路与所述喷氨口连通。
3.根据权利要求1所述的一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述冷风管的材质为20#碳钢；所述换热盘管、喷枪的材质均为316L不锈钢；所述热风管、热解炉、氨气管路、喷氨口的材质均为304不锈钢材质。
4.一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、送风机将空气由冷风管送入换热盘管中，窑头罩内700℃-800℃的高温烟气与该冷空气进行换热，将冷空气加热为400℃~650℃的高温空气；
（2）、将得到的高温空气通过热风管送入热解炉内作为尿素热解热源，配置好的体积百分数40%~50%浓度的尿素溶液由喷枪雾化后喷入所述热解炉中，热解为含NH3且体积百分数不大于5%浓度的混合气体，并通过氨气管路送入分解炉中；
（3）、将含NH3混合气体通过喷氨口均匀喷入所述分解炉中，作为水泥窑脱硝的还原剂。
5.根据权利要求4所述的一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺，其特征在于：所述送风机的风压选用13±2kPa；所述喷氨口的气体压力为1 kPa。
6.根据权利要求4所述的一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺，其特征在于：所述热风管、热解炉、喷枪、氨气管路外均设有保温层，所述保温层选用硅酸铝棉。
7.根据权利要求6所述的一种用于水泥窑脱硝的尿素热解制氨工艺，其特征在于：所述热风管外壁的保温层厚度为300 mm ~350mm，所述热解炉、喷枪外壁的保温层厚度为300 mm~350mm，所述氨气管路外壁的保温层厚度为200 mm ~250mm。
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