CN113144642A - 一种用于蒸发热解的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于蒸发热解的装置，属于节能环保领域，主要应用于尿素溶液热解工艺来制备氨气的SCR法烟气脱硝系统，安装在SCR反应器上游烟道位置，所述蒸发热解的装置由热解器壳体、盾体面、旋流叶片、环面、喷枪、后置导流格栅及筛板组成。本装置通过控制烟气流动轨迹来增加还原剂液滴在烟气中的停留时间，使还原剂液滴与烟气充分接触，有效的提高尿素溶液生成氨气的蒸发热解效率，使烟气与氨气的充分混合，同时提高烟道内流场分布均匀性，从而提高SCR系统的脱硝效率。另外，本发明也可应用于脱硫废水蒸发、海水蒸发等技术领域，能提高蒸发的效果、降低蒸发的能耗。
Description
技术领域
本发明涉及节能环保领域，主要应用于尿素溶液热解工艺来制备氨气的SCR 法烟气脱硝系统内，具体涉及一种安装在SCR反应器上游烟道位置，有效的提高尿素溶液到氨气的蒸发热解效率，加强烟气与氨气的充分混合，同时提高烟道内流场分布均匀性，从而提高整个SCR系统的脱硝效率；另外，本发明也可应用于脱硫废水蒸发、海水蒸发等技术领域，能提高蒸发的效果、降低蒸发的能耗。
背景技术
SCR烟气脱硝技术是世界上最成熟的脱硝技术之一，在我国已经得到广泛的应用。在SCR烟气脱硝系统中，还原剂氨气(NH3)是最大的消耗品。目前SCR 制氨原料主要有液氨、氨水和尿素，液氨是危险化学品，随着国家对安全问题的日益重视，对液氨的使用管理越来越严格，电厂对液氨使用在材料审批、占地规划、工期安排等诸多方面收到制约；氨水的应用也因其居高不下的成本而受到制约；相比之下尿素作为一种无危险的制氨原料，具有良好的脱硝性能、便于运输、储存和使用等优点，成为国内电厂越来越倾向采用的尿素制氨技术。
尿素制取还原剂氨气通常有两种方法：热解和水解，其中热解技术在投机及运行管理等方面具有明显的优势，国内SCR烟气脱硝系统采用尿素热解制氨已经成为一种趋势，并逐渐成为主流技术方法。
但是尿素溶液热解工艺来制备氨气受制于脱硝系统烟道结构、喷射系统布置方式、烟气热量不足、烟道内烟气流场条件不理想等因素的限制，会产生尿素溶液蒸发热解不充分，热解出的氨气与烟气混合不充分等问题，从而影响整个SCR 系统的脱硝效率，这些问题极大的限制了尿素溶液热解来制备氨气工艺在实际应用中的大规模推广使用。
因此，提供一种可靠性强、结构简单的新型高效蒸发热解的装置，提高尿素溶液到氨气的蒸发热解效率及加强烟气与氨气的充分混合，从而提高整个SCR 系统的脱硝效率，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种新型高效蒸发热解的装置，其结构简单合理可靠，该装置通过控制烟气流动轨迹来增加还原剂液滴在烟气中的停留时间，使还原剂液滴与烟气充分接触，有效的提高尿素溶液到氨气的蒸发热解效率，同时加强烟气与氨气的充分混合，从而提高整个SCR系统的脱硝效率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种用于蒸发热解的装置，包括蒸发热解器和设置在蒸发热解器内壁(1-1) 上的盾体面(1-2)，蒸发热解器内壁(1-1)上设有支撑架，支撑架上设有盾体面(1-2)，盾体面(1-2)的下部设有环面(1-3)，环面(1-3)与蒸发热解器内壁(1-1)连接；蒸发热解器、盾体面和环面的数量至少为一个；盾体面(1-2) 设置在蒸发热解器的入口处；喷枪(2)插入蒸发热解器中，烟气方向由盾体面 (1-2)的上部进口进入。环面(1-3)下游蒸发热解器(1-1)出口位置沿着烟气流动方向依次设置有导流格栅(3)和筛板(4)。
所述盾体面(1-2)和环面(1-3)之间设有叶片(1-4)，叶片(1-4)上部内顶部与盾体面(1-2)下部连接，叶片(1-4)下部与环面(1-3)连接，叶片(1-4) 侧面外部与蒸发热解器内壁(1-1)连接；叶片(1-4)下部面与环面(1-3)上部面的夹角范围为5～85度；叶片(1-4)的数量至少为3个。
所述蒸发热解器内壁(1-1)沿轴线方向切面形状为多段连续连接的曲线状或折线状。
所述喷枪(2)插入蒸发热解器的位置可以在紧贴盾体面(1-2)的下部，也可以在紧贴环面(1-3)的下部。
所述环面(1-3)下部面与蒸发热解器内壁(1-1)的夹角范围为15～175度。
所述导流格栅(3)设置在环面(1-3)下游1.5～2m范围内与蒸发热解器内壁(1-1)连接，导流格栅(3)的宽度为200mm，导流格栅(3)由水平导流板组及竖直导流板组十字相交组成。
所述均布板(4)设置整流格栅(3)下游1m位置处与蒸发热解器内壁(1-1) 连接，均布板(4)的开孔率范围为50％-65％，均布板(4)的开孔孔径范围为 40-100mm。
所述的各个蒸发热解器之间采用串联或者并联连接。
所述各个蒸发热解器并联布置；各个蒸发热解器的出口处通过管道并联连接。
所述蒸发热解的装置工作原理为：本装置通过控制烟气流动轨迹来增加还原剂液滴在烟气中的停留时间，使还原剂液滴与烟气充分接触；烟气流过盾体面、环面或叶片的结构时形成聚集效果，还原剂雾化微液滴在聚集的烟气内更易于蒸发热解；通过试验可知烟气流动方向与还原剂雾化微液滴的运动方向夹角不同对应的尿素溶液的蒸发热解效率不同，通过调节盾体面、环面或叶片的结构来控制烟气流动方向，得到烟气流动方向与还原剂雾化微液滴的运动方向最优夹角，有效地提高尿素溶液产生氨气的蒸发热解效率，同时加强烟气与氨气的充分混合。
本发明可应用于脱硝、脱硫废水蒸发、海水蒸发等技术领域。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.结构简单可靠，产生系统阻力较小；
2.有效的提高尿素溶液到氨气的蒸发热解效率；
3.加强烟气与氨气的充分混合；
4.提高烟道内流场分布均匀性。
附图说明
图1：一种用于蒸发热解的装置(基础结构) 。
图2：一种用于蒸发热解的装置(设置旋流叶片结构) 。
图3：一种用于蒸发热解的装置(设置导流格栅及筛板结构) 。
图4：实施例1 。
图中：(1-1)蒸发热解器，(1-2)盾体面，(1-3)环面，(1-4)叶片，(2)喷枪，(3)导流格栅，(4)筛板，(5)脱硝系统，(6)催化基层
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细描述：
本发明所描述的方位术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“水平”、“顶部”等位置关系为基于附图所示的方位的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述而不是指示装置或者设备必须具有的特定方位，因此不能理解为对本发明的限制。
发明的目的在于，提供了一种新型高效蒸发热解的装置，其结构简单合理可靠，该装置通过控制烟气流动轨迹来增加还原剂液滴在烟气中的停留时间，使还原剂液滴与烟气充分接触，有效的提高尿素溶液到氨气的蒸发热解效率，同时加强烟气与氨气的充分混合，从而提高整个SCR系统的脱硝效率。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
如图1所示：一种用于蒸发热解的装置，包括蒸发热解器和设置在蒸发热解器内壁(1-1)上的盾体面(1-2)，蒸发热解器内壁(1-1)上设有支撑架，支撑架上设有盾体面(1-2)，盾体面(1-2)的下部设有环面(1-3)，环面(1-3) 与蒸发热解器内壁(1-1)连接；蒸发热解器、盾体面和环面的数量至少为一个；盾体面(1-2)设置在蒸发热解器的入口处；喷枪(2)插入蒸发热解器中，烟气方向由盾体面(1-2)的上部进口进入。环面(1-3)下游蒸发热解器(1-1)出口位置沿着烟气流动方向依次设置有导流格栅(3)和筛板(4)。
如图1所示：所述盾体面(1-2)和环面(1-3)之间设有叶片(1-4)，叶片 (1-4)上部内顶部与盾体面(1-2)下部连接，叶片(1-4)下部与环面(1-3) 连接，叶片(1-4)侧面外部与蒸发热解器内壁(1-1)连接；叶片(1-4)下部面与环面(1-3)上部面的夹角范围为5～85度；叶片(1-4)的数量至少为3个。
如图1所示：所述蒸发热解器内壁(1-1)沿轴线方向切面形状为多段连续连接的曲线状或折线状。
如图1所示：所述喷枪(2)插入蒸发热解器的位置可以在紧贴盾体面(1-2) 的下部，也可以在紧贴环面(1-3)的下部。
如图1所示：所述环面(1-3)下部面与蒸发热解器内壁(1-1)的夹角范围为15～175度。
如图1所示：所述导流格栅(3)设置在环面(1-3)下游1.5～2m范围内与蒸发热解器内壁(1-1)连接，导流格栅(3)的宽度为200mm，导流格栅(3) 由水平导流板组(3-1)及竖直导流板组(3-2)十字相交组成。
如图1所示：所述均布板(4)设置整流格栅(3)下游1m位置处与蒸发热解器内壁(1-1)连接，均布板(4)的开孔率范围为50％-65％，均布板(4)的开孔孔径范围为40-100mm。
具体实施例1
以下结合图，以某电厂燃气内燃机分布式能源脱硝系统为例，对本发明作进一步说明。
本实施例1开发项目研究是采用SCR法烟气脱硝工艺，还原剂为尿素，并通过尿素溶液热解工艺来制备氨气，使该系统能够达到氮氧化物(NOX)排放指标低于30mg/Nm3的目的。高效蒸发热解装置及脱硝系统如图4所示所示：燃气内燃机产生烟气温度为370～550℃，最高可达600℃，发电出力均为4.4MW，在燃气内燃机负荷率为100％时烟气量均为干态19500Nm3/h，在标态、干基5％O2 条件下NOx均为350mg/Nm3，烟气进入蒸发热解器(1-1)入口后，在盾体面 (1-2)及叶片(1-4)的作用下改变了烟气的流动轨迹形成旋流烟气。
与此同时，30～50％的尿素溶液混合压力为0.3～0.8公斤的压缩空气进入喷枪(2)，喷枪(2)垂直轴向插入蒸发热解器(1-1)。尿素溶液在压缩空气和喷枪 (2)喷嘴的作用下在蒸发热解器(1-1)中雾化，雾化后的尿素微液滴随烟气流动而扩散并与旋流烟气混合，雾化后的尿素微液滴运动轨迹与旋流烟气运动方向近似于垂直，使还原剂液滴与烟气充分接触，能够有效的提高尿素溶液产生氨气的蒸发热解效率，烟气旋流在环面(1-3)的作用下起到了聚流作用，对烟气的扩散起到了抑制作用，使烟气在大面积扩散前能够与热解出的氨气充分混合。
导流格栅(3)及筛板(4)对混合烟气起到均流作用，混合烟气流经导流格栅(3)及筛板(4)后，是进入脱硝系统(5)的烟气流场均匀度得到提高，使混合气体能能够均匀的进入催化基层(6)极大地提高了整个脱硝系统(5)的脱硝效率。
为了验证新型高效蒸发热解的装置的应用效果，本发明通过CFD技术分别对本发明所述新型高效蒸发热解的装置方案与在烟道内设置喷枪直接喷射还原剂的尿素溶液热解工艺来制备氨气方案进行了模拟仿真对比实验，所述两种实验方案采用本实例1某电厂燃气内燃机分布式能源脱硝系统作为模拟实验物理几何模型，所述两种实验方案均采用相同的模型设置、相同边界条件设置、采用相同的烟气及还原剂参数、及采用相同的喷枪参数设置，实验过程中对所述两种实验方案中的还原剂蒸发速率、还原剂液滴运行轨迹、脱硝系统NH3浓度场分布均匀度、烟气速度场分布进行了监测，两种实验方案的模拟结果见表1：
表1.新型高效蒸发热解的装置验证模拟结果统计表
如表1所示，模拟结果显示：在两种实验方案均采用相同的模型设置、相同边界条件设置及采用相同的喷枪参数设置的前提下，所述采用采用新型高效蒸发热解的装置方案，的各项技术指标均要优于烟道内设置喷枪直接喷射还原剂方案，实验证明本发明所述新型高效蒸发热解的装置能够有效的提高尿素溶液到氨气的蒸发热解效率，加强烟气与氨气的充分混合，同时提高烟道内流场分布均匀性，能有效的提高SCR系统整体的反应效率。
本发明的工作原理在于：
如图1所示：烟气由蒸发热解器(1-1)入口进入，在盾体面(1-2)及叶片 (1-4)的作用下改变了烟气的运动轨迹形成了旋流烟气，产生的旋流烟气提高了还原剂液滴在空气中的停留时间，增加了液滴群与烟气之间的对流传热时间，大幅度提高还原剂液滴热解蒸发效率，与此同时旋流烟气在环面(1-3)的作用下，对旋流烟气起到了聚流作用，使烟气与还原剂蒸发热解出来的氨气充分混合，并能有效的防止为完全热解的还原剂液滴与壁面的碰撞，最后混合有氨气的烟气在后置导流格栅(3)及筛板(4)的均流作用下，较为均匀的进入SCR反应器。
以上对本发明的一个实施例进行了详细的说明，但所述内容仅为本发明创造的较佳实施例，不能被认定为用于限定本发明的实施范围。凡是依本发明申请范围所做的任何简单修改、等同变化与改型，均应仍处于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：包括蒸发热解器和设置在蒸发热解器内壁(1-1)上的盾体面(1-2)；蒸发热解器内壁(1-1)上设有支撑架，支撑架上设有盾体面(1-2)；盾体面(1-2)的下部设有环面(1-3)，环面(1-3)与蒸发热解器内壁(1-1)连接；蒸发热解器、盾体面和环面的数量至少为一个；盾体面(1-2)设置在蒸发热解器的入口处；喷枪(2)插入蒸发热解器中，烟气方向由盾体面(1-2)的上部进口进入。
2.根据权利要求1所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：盾体面(1-2)和环面(1-3)之间设有叶片(1-4)，叶片(1-4)上部内顶部与盾体面(1-2)下部连接，叶片(1-4)下部与环面(1-3)连接，叶片(1-4)侧面外部与蒸发热解器内壁(1-1)连接；叶片(1-4)下部面与环面(1-3)上部面的夹角范围为5～85度；叶片(1-4)的数量至少为3个。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：环面(1-3)下游蒸发热解器(1-1)出口位置沿着烟气流动方向依次设置有导流格栅(3)和筛板(4)。
4.根据权利要求3所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：喷枪(2)插入蒸发热解器的位置在紧贴盾体面(1-2)的下部，或者在紧贴环面(1-3)的下部。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：环面(1-3)下部面与蒸发热解器内壁(1-1)的夹角范围为15～175度。
6.根据权利要求3所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：导流格栅(3)设置在环面(1-3)下游与蒸发热解器内壁(1-1)连接，导流格栅(3)由水平导流板组及竖直导流板组十字相交组成。
7.根据权利要求3所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：均布板(4)设置整流格栅(3)下游位置处与蒸发热解器内壁(1-1)连接。
8.根据权利要求1所述的一种用于于蒸发热解的装置，其特征在于：各个蒸发热解器之间采用串联或者并联连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：各个蒸发热解器并联布置；各个蒸发热解器的出口处通过管道并联连接。
10.根据权利要求1所述的一种用于蒸发热解的装置，其特征在于：蒸发热解的装置工作原理为：本装置通过控制烟气流动轨迹来增加还原剂液滴在烟气中的停留时间，使还原剂液滴与烟气充分接触；烟气流过盾体面、环面或叶片的结构时形成聚集效果，还原剂雾化微液滴在聚集的烟气内更易于蒸发热解；通过试验可知烟气流动方向与还原剂雾化微液滴的运动方向夹角不同对应的尿素溶液的蒸发热解效率不同，通过调节盾体面、环面或叶片的结构来控制烟气流动方向，得到烟气流动方向与还原剂雾化微液滴的运动方向夹角，提高尿素溶液产生氨气的蒸发热解效率，同时加强烟气与氨气的充分混合。
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