CN113385107A - 一种采用旋流进气的尿素热解炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种采用旋流进气的尿素热解炉，属于尿素热解技术领域，包括由上到下依次相连的进气段、第一渐扩段、过渡段、第二渐扩段、喷射器段、主体段、收缩段和出口段；喷射器段包括圆柱状壳体和位于壳体内部沿圆周向均布的多个喷口向下的喷射器；第一渐扩段为一个加强旋流的进气装置，该进气装置包括圆台状壳体、多个三角形或梯形的旋流片，阵列顶部为连接各个旋流片上端的圆片堵口，相邻两片旋流片的边缘错开，壳体上开设有周向均布的多个贯通的辅助进气喷口。本发明的进气装置使得热风可以更加均匀地分散至四侧，解决尿素热解炉内尿素溶液粘附在炉壁上结晶、尿素热解停留时间过短、尿素液滴缠绕和进出口压降过大等问题。
Description
技术领域
本发明属于尿素热解技术领域，具体为一种采用旋流进气的尿素热解炉。
背景技术
燃煤或电厂排放的尾气中往往存在大量的氮氧化物，这些氮氧化物进入空气后不但会污染环境还会对人类的健康构成潜在威胁。随着国家供给侧结构性改革的不断推进和对生态环境的日益重视，燃煤或电厂排放的尾气设备受到了额外重视。近些年，脱硝技术得到不断的推广，其中选择性催化还原(SCR)法具有脱硝效率高、系统简单和工作温度低等优点被广泛应用。其原理主要是通过液氨与排放生成的氮氧化物反应生成水，二氧化碳和氮气等无害物质，进而减少氮氧化物的危害。但是由于液氨的化学性质不稳定，具有爆炸性和较大的毒性，容易发生安全事故，不便于运输和存放，并且国家对于液氨的控制和使用要求也越来越严格，这使得使用液氨作为SCR的还原剂的成本越来越高。
而尿素是一种稳定、无毒的固体物料，对人和环境均无害，便于运输与储存，可以降低脱硝的成本。主要原理是通过把尿素溶液在合适的位置喷入热解炉后在高温热风的作用下分解成氨气，生成的氨气再与氮氧化物反应从而达到脱硝的目的。然而在实际应用中，往往还存在许多问题导致排放的气体不达标。主要包括：热解炉设计不合理，尿素无法充分热解，从而产生的氨气不足造成脱硝效果下降；热解炉壁面速度低，使得尿素在炉内壁生成结晶，造成炉体堵塞，为此需要停机并且投资大量的清理成本并且随着使用年限的增长，堵塞的频率更高，不利于长时间使用；热解炉喷射器布置不够科学，导致喷射的尿素溶液缠绕在一起形成大颗粒下沉，从而导致尿素溶液下降速度过快，无法充分热解；热解炉喷射器的角度设置不合适，导致尿素溶液喷洒到壁面造成尿素溶液浪费和结晶；热解炉进出口存在着压降过大的问题。
经过长期地分析和实践，延长尿素溶液在炉内的停留时间是尿素溶液充分热解的有效方法，而改变热风进入炉体的运动方式是一种有效方法。对热风进行合理的分流可以有效解决热解炉壁面速度较低和进出口压降较大的问题。调整喷射器的位置和角度是可以有效控制液滴缠绕和粘壁。鉴于此，需要一种尿素热解炉及其进气装置，有效解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种采用旋流进气的尿素进气装置，利用优化后的旋流进气结构，使得热风可以更加均匀地分散至四侧，解决尿素热解炉内尿素溶液粘附在炉壁上结晶、尿素热解停留时间过短、尿素液滴缠绕和进出口压降过大等问题。
为达到上述目的，本发明提供如下的技术方案：
一种采用旋流进气的尿素热解炉，包括由上到下依次相连的进气段、第一渐扩段、过渡段、第二渐扩段、喷射器段、主体段、收缩段和出口段；进气段、过渡段、主体段和出口段为圆柱状壳体，第二渐扩段为圆台状壳体，收缩段为倒圆台状壳体；喷射器段包括圆柱状壳体和位于壳体内部沿圆周向均布的多个喷口向下的喷射器；第一渐扩段为一个加强旋流的进气装置，该进气装置包括圆台状壳体、多个三角形或梯形的旋流片，这些旋流片围成上小下大的旋涡辐射状阵列，阵列顶部为连接各个旋流片上端的圆片堵口，每个旋流片的下边缘的一角连接于壳体内壁上，另一角连接于壳体内部的同一圆环上，相邻两片旋流片的边缘错开，壳体上开设有周向均布的多个贯通的辅助进气喷口。
进一步地，旋流板的数量为6～12片，相邻两片旋流板呈30°～60°角度倾斜放置，可以使由上而下通入的热风呈旋流的流动方式，从而可以使得尿素溶液和通入的热风充分接触，从而热解更加充分。
进一步地，圆片堵口与进气段内径比为1:(3～5)，圆片堵口布置在旋风导流片最上端，热风通下来后与圆片堵口最先接触后，使得一部分热风受堵被分散至四周，从而降低了热解炉中间的速度，增加了壁面的速度。
进一步地，辅助进气喷口数量为2～8个。使通入热解炉的热风得到了分流，并且由辅助进气喷口进入的热风是水平方向，受重力的影响，实际在炉内的运动是呈斜向下的旋流状态。这不仅降低了进出口的热风进气压力，减少了压降还再次加强了整个热解炉的热风旋流程度，从而进一步提高了热风在炉内的停留时间。此外，由于该辅助进气喷口的布置，为整个装置通入更大流量的热风奠定了基础。
进一步地，过渡段的高度与第一渐扩段的高度之比为1:(0.5～2)。过渡段可以稳定热风经进气装置导流后的流动状态，降低热风的流速。
进一步地，第二渐扩段的顶面即上圆面的直径与进气装置下圆面的直径一致，其高度与第一渐扩段高度的比为(3～5):1，底面即下圆面的直径与第一渐扩段的底面直径的比为(1.5～2):1。第二渐扩段使得通入的热风分布的面积扩大，进一步降低热风的流速，进而为下面与尿素溶液的充分混合做好准备。
进一步地，喷射器段的直径与第二渐扩段底面相同，高度为400～800mm。
进一步地，单个喷射器的喷射液滴夹角为10°～30°，喷射器的数量为4～12个，在同一喷射器段水平面均匀分布，且喷射器伸入炉内的长度与喷射器段直径的比(1/5～1/3):1。喷射器用以作为尿素溶液喷射的载体，提高调整喷射器进入炉体的长度和喷射尿素的角度，可以极大地控制尿素液滴的粘壁和缠绕情况，且上方旋流的热风可以将雾化的尿素打散，使得热解的接触面积更大，提高热解效率。
进一步地，主体段与第二渐扩段的高度比为(1～2):1。尿素溶液和热风在主体段进行充分接触热解。
进一步地，收缩段的上底面与下底面直径之比为(2～5):1。布置收缩段有利于热风集中，进而减小热风和生成氨气的横截面积，提升单位体积的氨气浓度，为出口段的产物的高效控制做好准备。
进一步地，出口段的底面形成所述热解炉的出口，出口段的高度与进气段相等。
采用本发明所述的技术方案，可以有如下效果：
本发明所述的这种尿素热解炉及进气装置通过在所述进气装置顶端设置一个圆片堵口对竖直进入的热风分流，使得热风可以更加均匀地分散至四侧，从而可以一定程度上提高热解炉壁面的速度，预防结晶的生成。当热风继续向下流动，在所述进气装置导流片的作用下，热风将以旋流的方式向下继续流动，从而降低热风的速度，延长尿素在热解炉的停留时间，进而保证了热风和尿素进行更加充分地接触，提高热解效率。为了防止进气时的热风流速过大和压降过高，从而采用在所述进气装置的侧面增加所述辅助进气喷口，从而可以有效地对热风流量分流，降低压降。此外，从所述辅助进气喷口流出的那部分热风的流向与进气段热风的流向相互垂直，并在重力的作用下在靠近壁面的位置斜向下流动，从而进一步增加装置的旋流效果，这样既进一步提高了热风的旋流效果，也避免了热风全部集中在进气段处从而产生的压降过高的问题并且有利于整个装置通入更大流量的热风，增强了热解炉的适用范围。在所述进气装置下布设过渡段，从而进一步稳定热风在进气装置形成的旋流效果，降低热风流速。布置所述第二渐扩段，可以缓缓增加热风在热解炉的覆盖面积，进一步降低热风流速，从而为尿素高效热解奠定基础。在喷射器段合理调节喷射器伸入炉内的长度和喷射器的角度，可以极大地控制尿素液滴的粘壁和缠绕情况。在所述喷射器段和主体段后布设收缩段，可以为出口段做有效过渡，收集氨气增加单位体积的氨气浓度。本发明可以有效分散进气，增加热风旋流效果，增加炉内壁面流速，降低热解炉进出口压降，进而有效地减少尿素结晶及堵塞现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式以及技术方案，下面将对本发明附图做简单的介绍。本发明的附图只是示意图，附图中所绘制的结构、大小等仅用于配合说明书所解释的内容，以供熟悉此方向的技术人员阅读，并非用来限定本发明可实施的限定条件，不具有技术上的实质意义，因此任何结构的修饰、比例关系的改变、大小的调整，在类同本发明所产生的功效及所能达成的目的下，均属于本发明所包括的保护范围内。
图1为本发明所提供的热解炉的一种具体实施的结构示意图；
图2为图1所示的热解炉中的进气装置在所述热解炉中布置的详图；
图3为图1所示的喷射器段和喷射器。
附图标记说明：
1-进气段；2-第一渐扩段；3-圆片堵口；4-辅助进气喷口；5-旋流片；6-过渡段；7-第二渐扩段；8-喷射器段；9-喷射器；10-热解炉主体段；11-收缩段；12-出口段。
具体实施方式
参考图1、图2和图3，图1为本发明所提供的尿素热解炉的一种具体实施方式的结构示意图；图2是图1所示的热解炉的进气装置的具体结构示意图；图3是图1所示的热解炉的喷射器段的具体结构示意图。
在一个具体实施方式中，本发明所提供的尿素热解炉包括：进气段1、第一渐扩段2、圆片堵口3、辅助进气喷口4、旋流片5、过渡段6、第二渐扩段7、喷射器段8、喷射器9、热解炉主体段10、收缩段11、出口段12。其中，进气装置由第一渐扩段2、圆片堵口3、辅助进气喷口4和旋流片5组成。
具体地，进气段1为圆柱形壳体，直径为750mm，高为300mm；第一渐扩段2为进气装置，进气装置可以对通入炉体的热风起到导流作用，壳体为圆台形，上底面直径为750mm，高度为1000mm，下底面直径1900mm；圆片堵口3的直径为475mm，高度为800mm；辅助进气喷口4的进气出入口直径为100mm，数量为4个；旋流片5的高度为800mm，相邻两旋流片5的夹角为45°；过渡段6为圆柱，直径为1900mm，高为1000mm；第二渐扩段7为一圆台，上圆面的直径为1900mm，下圆面的直径为3000mm，高为3119mm；喷射器段8为一圆柱，直径为3000mm，高为700mm；单只喷射器9伸入喷射器段8的长度为600mm，喷射器9的截面为圆面，且直径为16.7mm，位于喷射器面上圆面下350mm；热解炉主体段10为圆柱，直径为3000mm，高为5300mm；收缩段11为一倒圆台，上圆面直径为3000mm，下圆面直径为900mm，高度为1050mm；出口段12为一圆柱，直径为900mm，高为300mm。
具体地，所述新型热解炉及其旋流装置示例用于630MW发电机组SCR脱硝尿素热解炉，尿素热解炉周围均布8支喷射器9。单支喷射器9喷液量为182kg/h，所用的雾化空气量为40Nm3/h，雾化液滴的最大粒径Dmax为80μm，最小粒径Dmin为20μm，平均粒径D32为60μm，液滴平均速度为23m/s。此外，雾化角度设置为20度。
本发明的工作过程：650℃的热风从进气段1和4个辅助进气喷口4进入，热风流量按照进气段1的面积分配。进气段1的热风经过进气装置，在进气装置顶端堵口3的作用下，一部分往四侧进行适当分流，另一部分热风沿4个辅助喷气口4进入，沿着进气装置内壁切向旋流进入热解炉。热风经过过渡段6和第二渐扩段7降低部分速度后，以炉壁较高速旋流，炉中心较低速旋流的状态流过热解炉喷射器段8和主体段10，喷射器9喷出液体的温度为20℃左右，尿素液滴与热风接触，在炉体内旋流运动，充分接触反应后经收缩段11集流，富集的氨气从出口段12出去。
经过模拟验证，所述热解炉的进口热风在经过进气装置后，热风的旋流效果非常好，能从炉顶一直旋流到炉低。炉壁速度明显较炉体速度高，炉壁速度在2～3m/s之间，炉体中的速度在1～2m/s之间。尿素液滴在所述喷射器喷入后，不存在尿素相互缠绕的情况且喷射的尿素液滴不沾壁。热解炉热风的流量得到了明显的分流，压降较不加辅助进气喷口下降，且进出口的压降在50～150pa之间。尿素液滴在炉中随着热风旋转，其停留时间较不加旋流进气装置明显延长。
以上所述实例仅为本方案的一个优选案例，应当指出，凡是基于本实例，在不脱离本发明的原理下所做出的变形和大小的调整，均属于本发明所包括的保护范围内。
Claims (10)
1.一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，包括由上到下依次相连的进气段、第一渐扩段、过渡段、第二渐扩段、喷射器段、主体段、收缩段和出口段；进气段、过渡段、主体段和出口段为圆柱状壳体，第二渐扩段为圆台状壳体，收缩段为倒圆台状壳体；喷射器段包括圆柱状壳体和位于壳体内部沿圆周向均布的多个喷口向下的喷射器；第一渐扩段为一个加强旋流的进气装置，该进气装置包括圆台状壳体、多个三角形或梯形的旋流片，这些旋流片围成上小下大的旋涡辐射状阵列，阵列顶部为连接各个旋流片上端的圆片堵口，每个旋流片的下边缘的一角连接于壳体内壁上，另一角连接于壳体内部的同一圆环上，相邻两片旋流片的边缘错开，壳体上开设有周向均布的多个贯通的辅助进气喷口。
2.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，旋流板的数量为6～12片，相邻两片旋流板呈30°～60°角度倾斜放置。
3.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，圆片堵口与进气段内径比为1:(3～5)。
4.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，辅助进气喷口数量为2～8个。
5.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，过渡段的高度与第一渐扩段的高度之比为1:(0.5～2)。
6.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，第二渐扩段的高度与第一渐扩段的高度之比为(3～5):1，第二渐扩段的底面直径与第一渐扩段的底面直径之比为(1.5～2):1。
7.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，喷射器段的高度为400～800mm。
8.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，喷射器的数量为4～12个，喷射器伸入炉内的长度与喷射器段直径之比(1/5～1/3):1，单个喷射器的喷射液滴夹角为10°～30°。
9.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，主体段与第二渐扩段的高度之比为(1～2):1。
10.如权利要求1所述的一种采用旋流进气的尿素热解炉，其特征在于，收缩段的上底面与下底面直径之比为(2～5):1。
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- 2021-06-10 CN CN202110647221.8A patent/CN113385107A/zh active Pending
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