CN111410208A - 一种尿素热解炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种尿素热解炉，包括炉体、炉顶盖、进口烟道和雾化器。其中，所述炉体竖直设置，炉体内部的空腔形成竖直的主烟道，且所述炉体的顶端面开设有烟气入口，所述炉体的底端面开设有烟气出口；所述炉顶盖安装于所述炉体的顶部、并遮挡所述烟气入口，所述炉顶盖与所述炉体的顶端面之间形成旋流气腔；所述进口烟道沿切线方向与所述旋流气腔相连通，所述雾化器安装于所述炉体的侧壁，氨气溶液通过所述雾化器喷入所述炉体的主烟道内。其解决了热解炉由于烟气波动引起的物料贴壁或沉积的技术问题。

Description

一种尿素热解炉

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及一种尿素热解炉。

背景技术

随着火电厂烟气超低排放的全面完成，诸如钢铁烧结、玻璃、焦化以及工业炉窑等采用SCR脱硝技术的烟气超低排放项目全面展开。在脱硝工艺过程中，尿素分解的热解炉需要依靠稳定热源进行热解，这就导致了烟气的流向、温度、负荷等方面的波动都会对尿素分解效果存在严重影响。

发明内容

为此，本发明提供一种尿素热解炉，以期至少部分解决热解炉由于烟气波动引起的物料贴壁或沉积的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种尿素热解炉，包括：

炉体，所述炉体竖直设置、并以其空腔形成竖直的主烟道，且所述炉体的顶端面开设有烟气入口，所述炉体的底端面开设有烟气出口；

炉顶盖，所述炉顶盖安装于所述炉体的顶部、并遮挡所述烟气入口，所述炉顶盖与所述炉体的顶端面之间形成旋流气腔；

进口烟道，所述进口烟道沿切线方向与所述旋流气腔相连通；

雾化器，所述雾化器安装于所述炉体的侧壁，氨气溶液通过所述雾化器喷入所述炉体的主烟道内。

进一步地，还包括：

旋流发生器，所述旋流发生器安装于所述炉体的顶端面，并位于所述旋流气腔内，所述旋流发生器的进气端与所述旋流气腔相连通，且出气端与所述烟气入口相连通。

进一步地，所述烟气入口为多个，各所述烟气入口在所述炉体的顶端面上呈圆周形式开设；所述旋流发生器为多个，各所述旋流发生器的出气端与各所述烟气入口一一对应地相连通。

进一步地，所述旋流发生器包括引流烟道和旋流发生腔，所述引流烟道与所述旋流发生腔相切。

进一步地，所述引流烟道的入口高度与入口宽度的比例为1:2，所述旋流发生腔的直径与所述引流烟道的入口宽度的比例为(2-0.4):1，所述旋流发生腔的高度与所述引流烟道的入口高度的比例为(3-5):1。

进一步地，所述雾化器为多个，各所述雾化器周向均匀分布于所述炉体的侧壁。

进一步地，还包括炉底烟道，所述炉底烟道的进烟端与所述炉体的烟气出口相连通。

进一步地，还包括出口烟道，所述出口烟道的进烟端与所述炉底烟道的出烟端相连通。

进一步地，所述炉底烟道为锥形烟道，所述锥形烟道的大端形成所述炉底烟道的进烟端，所述锥形烟道的小端形成所述炉底烟道的出烟端。

进一步地，所述炉体为圆柱形塔体，所述圆柱形塔体的直径与高度的比例为1:(4-5)。

本发明所提供的尿素热解炉包括炉体、炉顶盖、进口烟道和雾化器。其中，所述炉体竖直设置，炉体内部的空腔形成竖直的主烟道，且所述炉体的顶端面开设有烟气入口，所述炉体的底端面开设有烟气出口；所述炉顶盖安装于所述炉体的顶部、并遮挡所述烟气入口，所述炉顶盖与所述炉体的顶端面之间形成旋流气腔；所述进口烟道沿切线方向与所述旋流气腔相连通，所述雾化器安装于所述炉体的侧壁，氨气溶液通过所述雾化器喷入所述炉体的主烟道内。这样，通过切向设置的进口烟道和与进口烟道连通的旋流气腔，使得烟气经过旋流后再进入炉体，在入炉烟气流量、烟气温度存在波动的情况下，烟气依旧可贴壁流动对炉壁形成热保护，物料在气流作用下离开炉壁向内旋流，确保物料不贴壁；同时，尿素溶液经雾化器雾化为细小液滴后喷入旋转气流中，溶液遇热烟气不断蒸发的过程中完成尿素热解，从而强化了溶液与烟气的热交换与充分热的利用，确保了物料分解完全、不沉积，进而解决了热解炉由于烟气波动引起的物料贴壁或沉积的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明所提供的热解炉一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1所示热解炉除去炉顶盖后的结构示意图；

图3为图1所示热解炉中旋流发生器的结构示意图。

附图标记说明：

101-炉体 102-炉顶盖 103-炉底烟道 104-旋流发生器 105-雾化器

106-出口烟道 107-进口烟道

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1-图2，图1为本发明所提供的热解炉一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示热解炉除去炉顶盖后的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的尿素热解炉包括炉体101、炉顶盖102、进口烟道107和雾化器105，炉顶盖102与进口烟道107可以为一体成型结构，即两者集成为同一零件。其中，所述炉体101竖直设置、并以其空腔形成竖直的主烟道，且所述炉体101的顶端面开设有烟气入口，所述炉体101的底端面开设有烟气出口；炉体101为热解炉的主要结构，其由桶形侧壁、顶端面和底端面围成的空腔是反应发生的场所，在反应过程中，烟气和尿素物料均进入空腔内，并在空腔内实现均匀混合。所述炉顶盖102安装于所述炉体101的顶部、并遮挡所述烟气入口，所述炉顶盖102与所述炉体101的顶端面之间形成旋流气腔，所述进口烟道107沿切线方向与所述旋流气腔相连通，烟气在进入炉体101之前，切线进入旋流气腔，并首先在旋流气腔中形成旋流，以气体旋流的形式进入炉体101，以避免发生贴壁或沉淀。所述雾化器105安装于所述炉体101的侧壁，氨气溶液通过所述雾化器105喷入所述炉体101的主烟道内，氨气溶液通过雾化器105雾化成细小颗粒后进入炉体101，以便与旋流形式的烟气充分混合。

具体地，所述炉体101为圆柱形塔体，所述圆柱形塔体的直径与高度的比例为1:(4-5)，采用该比例径高比的热解炉为瘦高型，可在保证反应效果的同时，显著节约占地面积。

为了提高烟气导出效果，该热解炉还包括炉底烟道103和出口烟道106，所述炉底烟道103的进烟端与所述炉体101的烟气出口相连通，所述出口烟道106的进烟端与所述炉底烟道103的出烟端相连通。所述炉底烟道103为锥形烟道，所述锥形烟道的大端形成所述炉底烟道103的进烟端，所述锥形烟道的小端形成所述炉底烟道103的出烟端，炉底烟道103的锥度在45-55度之间。

这样，通过切向设置的进口烟道107和与进口烟道107连通的旋流气腔，使得烟气经过旋流后再进入炉体101，在入炉烟气流量、烟气温度存在波动的情况下，烟气依旧可贴壁流动对炉壁形成热保护，物料在气流作用下离开炉壁向内旋流，确保物料不贴壁；同时，尿素溶液经雾化器105雾化为细小液滴后喷入旋转气流中，溶液遇热烟气不断蒸发的过程中完成尿素热解，从而强化了溶液与烟气的热交换与充分热的利用，确保了物料分解完全、不沉积，进而解决了热解炉由于烟气波动引起的物料贴壁或沉积的技术问题。

在上述具体实施方式中，为了提高烟气的旋流效果，以进一步避免物料贴壁或沉积，该热解炉还包括旋流发生器104，如图3所示，所述旋流发生器104安装于所述炉体101的顶端面，并位于所述旋流气腔内，所述旋流发生器104的进气端与所述旋流气腔相连通，且出气端与所述烟气入口相连通。

具体地，所述旋流发生器104包括引流烟道和旋流发生腔，所述引流烟道与所述旋流发生腔相切，烟气经过进口烟道107的旋流气腔的一级旋流处理后形成的旋流烟气进入旋流发生器104进行二次旋流，经过二次旋流后再进入炉体101，从而提高了旋流效果。

所述引流烟道的入口高度与入口宽度的比例为1:2，所述旋流发生腔的直径与所述引流烟道的入口宽度的比例为(2-0.4):1，所述旋流发生腔的高度与所述引流烟道的入口高度的比例为(3-5):1。也就是说，如图3所示，烟气均布旋流发生器104的入口为水平扁平状，入口烟气流速为15-20m/s，入口高度CH与入口宽度CW的比例为1:2，直径CF与入口宽度CW的比例为(2-0.4):1，发生器高度CB与入口高度CH的比例为：(3-5):1。

在实际使用过程中，为了进一步提高旋流效果，所述烟气入口为多个，各所述烟气入口在所述炉体101的顶端面上呈圆周形式开设；所述旋流发生器104为多个，各所述旋流发生器104的出气端与各所述烟气入口一一对应地相连通。具体地，各旋流发生器104呈圆环布置，且布置数量为3-5个。在工作过程中，高温烟气经过进口烟道107切向进入旋流气腔，并在旋流气腔内产生旋转的气流后，被多组旋流发生器104均匀分配。烟气再次切向进入旋流发生器104，产生多股小的旋流烟气，向下流动进入炉体101。由多组旋流发生器104产生的小旋流烟气，依据气体旋流汇聚原理，汇聚成一股较大的旋转气流。这样的气流中，主气流在炉体101中心旋转，小部分气流在炉体101壁面上贴壁旋转。

上述雾化器105为多个，各所述雾化器105周向均匀分布于所述炉体101的侧壁。该雾化器105具体为双流体雾化器105，各双流体雾化器105均安装于炉体101的上端面以下0.8-1.2m范围内，液滴的雾化粒径控制在15-30um。

在工作过程中，高温烟气经过进口烟道107切向进入旋流气腔，并在旋流气腔内产生旋转的气流后，被多组旋流发生器104均匀分配。烟气再次切向进入旋流发生器104，产生多股小的旋流烟气，向下流动进入炉体101。由多组旋流发生器104产生的小旋流烟气，依据气体旋流汇聚原理，汇聚成一股较大的旋转气流。这样的气流中，主气流在炉体101中心旋转，小部分气流在炉体101壁面上贴壁旋转。雾化器105将尿素溶液雾化成细小液滴后喷入旋转气流中，溶液遇热烟气不断蒸发的过程中完成尿素热解。生成的氨气和水蒸气随着在炉体101内的旋转气流向下流动，并最终由炉底烟道103的锥形结构收紧，在出口烟道106的引导下流出热解炉。此外，该炉体101内烟气流场不受热解炉入口烟道走向影响，炉体101内烟气流场呈湍流状态，液滴与烟气热交换充分且停留时间可长达30秒以上，热解炉内烟气呈强烈的旋转气流，底部不积灰、不湿壁。

下面以30MW亚临界发电机组SCR脱硝尿素热解炉为例，简述本发明所提供的热解炉的工艺参数，以佐证上述技术效果。

上述热解炉应用于某30MW亚临界发电机组SCR脱硝尿素热解炉时，单台锅炉需氨150kg/hr，采用4060Nm3/hr的一次风(328℃/10kPa)经电热器提温至600℃，进入尿素热解炉。单台锅炉消耗质量浓度40-50％的尿素溶液265kg/hr，通过8支双流体雾化器喷射到尿素热解炉中。炉体φ1.8×13m，布置5组烟气均布旋流发生器。发生器入口高度140mm、入口宽度300mm、发生器筒体直径220mm、筒体高度500mm。该系统可稳定运行，实际热解制氨能力50～150kg/h，可不受入炉烟气流量影响，无底部湿壁、沉积等现象，运行效果良好。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种尿素热解炉，其特征在于，包括：

炉体(101)，所述炉体(101)竖直设置、并以其空腔形成竖直的主烟道，且所述炉体(101)的顶端面开设有烟气入口，所述炉体(101)的底端面开设有烟气出口；

炉顶盖(102)，所述炉顶盖(102)安装于所述炉体(101)的顶部、并遮挡所述烟气入口，所述炉顶盖(102)与所述炉体(101)的顶端面之间形成旋流气腔；

进口烟道(107)，所述进口烟道(107)沿切线方向与所述旋流气腔相连通；

雾化器(105)，所述雾化器(105)安装于所述炉体(101)的侧壁，氨气溶液通过所述雾化器(105)喷入所述炉体(101)的主烟道内。

2.根据权利要求1所述的尿素热解炉，其特征在于，还包括：

旋流发生器(104)，所述旋流发生器(104)安装于所述炉体(101)的顶端面，并位于所述旋流气腔内，所述旋流发生器(104)的进气端与所述旋流气腔相连通，且出气端与所述烟气入口相连通。

3.根据权利要求2所述的尿素热解炉，其特征在于，所述烟气入口为多个，各所述烟气入口在所述炉体(101)的顶端面上呈圆周形式开设；所述旋流发生器(104)为多个，各所述旋流发生器(104)的出气端与各所述烟气入口一一对应地相连通。

4.根据权利要求2所述的尿素热解炉，其特征在于，所述旋流发生器(104)包括引流烟道和旋流发生腔，所述引流烟道与所述旋流发生腔相切。

5.根据权利要求4所述的半干法脱硫设备，其特征在于，所述引流烟道的入口高度与入口宽度的比例为1:2，所述旋流发生腔的直径与所述引流烟道的入口宽度的比例为(2-0.4):1，所述旋流发生腔的高度与所述引流烟道的入口高度的比例为(3-5):1。

6.根据权利要求1所述的尿素热解炉，其特征在于，所述雾化器(105)为多个，各所述雾化器(105)周向均匀分布于所述炉体(101)的侧壁。

7.根据权利要求1所述的尿素热解炉，其特征在于，还包括炉底烟道(103)，所述炉底烟道(103)的进烟端与所述炉体(101)的烟气出口相连通。

8.根据权利要求7所述的尿素热解炉，其特征在于，还包括出口烟道(106)，所述出口烟道(106)的进烟端与所述炉底烟道(103)的出烟端相连通。

9.根据权利要求8所述的尿素热解炉，其特征在于，所述炉底烟道(103)为锥形烟道，所述锥形烟道的大端形成所述炉底烟道(103)的进烟端，所述锥形烟道的小端形成所述炉底烟道(103)的出烟端。

10.根据权利要求1-9任一项所述的尿素热解炉，其特征在于，所述炉体(101)为圆柱形塔体，所述圆柱形塔体的直径与高度的比例为1:(4-5)。

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