CN113461028A - 一种由热泵提供热源的尿素水解供氨系统 - Google Patents

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鲁晓宇
李明皓
白永岗
周科
王晓冰
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Abstract

本发明公开了一种由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，包括热泵加热系统及尿素水解供氨系统；尿素水解供氨系统包括尿素水解反应器、尿素溶液管道及氨气输出管道；所述热泵加热系统包括热泵换热盘管、压缩机、热泵换热盘管、节流阀及蒸发换热器；热泵换热盘管设置于尿素水解反应器中，压缩机的出口经热泵换热盘管、节流阀及蒸发换热器与压缩机的入口相连通；尿素溶液管道的出口与尿素水解反应器的入口相连通，尿素水解反应器的氨气出口与氨气输出管道相连通，该系统具有能耗低及成本低的特点。

Description

一种由热泵提供热源的尿素水解供氨系统
技术领域
本发明属于环保和工业废气净化技术领域，涉及一种由热泵提供热源的尿素水解供氨系统。
背景技术
目前，最成熟可靠且应用广泛的脱硝技术是选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。无论是SCR还是SNCR技术，都需要喷入氨气使其与烟气中的氮氧化物发生氧化还原反应，达到脱除氮氧化物的目的。所需用还原剂(氨气)的制备主要有液氨蒸发、尿素热解、尿素水解三种方式。其中，尿素水解制氨技术因其安全、稳定、运行费用低，逐渐成为脱硝还原剂制备的主流技术。
尿素水解制氨技术的原理是尿素水溶液在一定温度下发生水解反应，生成的气体中包含氨气和二氧化碳。尿素水解供氨系统中尿素水溶液在水解反应器中发生反应，尿素水解反应器的热源主要有电加热、蒸汽加热等方法。通过电加热器加热是当前国内火电机组常用的方法，系统整体比较简单，但是该技术能耗较高，运行成本较大。蒸汽直接加热存在所需高品位蒸汽量较大，能耗高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，该系统具有能耗低及成本低的特点。
为达到上述目的，本发明所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统包括热泵加热系统及尿素水解供氨系统；
尿素水解供氨系统包括尿素水解反应器、尿素溶液管道及氨气输出管道；所述热泵加热系统包括热泵换热盘管、压缩机、热泵换热盘管、节流阀及蒸发换热器；
热泵换热盘管设置于尿素水解反应器中，压缩机的出口经热泵换热盘管、节流阀及蒸发换热器与压缩机的入口相连通；
尿素溶液管道的出口与尿素水解反应器的入口相连通，尿素水解反应器的氨气出口与氨气输出管道相连通。
尿素溶液管道的出口经尿素溶液泵与尿素水解反应器的入口相连通。
尿素溶液泵经尿素溶液阀与尿素水解反应器的入口相连通。
尿素溶液泵将尿素溶液送入尿素水解反应器中，尿素溶液在尿素水解反应器中加热蒸发析出尿素并发生热分解。
尿素溶液泵将质量分数为40％～50％尿素溶液送入尿素水解反应器中。
热泵工质在压缩机中被压缩成高温高压介质，然后进入热泵换热盘管中进行放热变为高压低温液体；所述高压低温液体进入节流阀中降压变成低压低温气体，然后进入蒸发换热器中与冷却介质进行换热，以吸收循环冷却水中的低品位热源并蒸发成为低压低温气体，最后再进入压缩机中压缩。
所述冷却介质为循环冷却水。
在工作时，通过调节压缩机的转速，以调节尿素水解供氨系统的热量。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统在具体操作时，热泵加热系统输出的高温高压介质送入热泵换热盘管中，为水解尿素提供所需热量，有效减小系统冷端损失，同时减小尿素水解所需的高品位蒸汽量，安全性好、运行及投资费用适中，具有良好的应用前景，同时高温热泵的能效较高，能耗及成本较低。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1为压缩机、2为热泵换热盘管、3为节流阀、4为蒸发换热器、5为尿素水解反应器、6为尿素溶液阀、7为尿素溶液泵。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统包括热泵加热系统及尿素水解供氨系统；
尿素水解供氨系统包括尿素水解反应器5、尿素溶液管道、尿素溶液泵7、尿素溶液阀6及氨气输出管道；所述热泵加热系统包括热泵换热盘管2，热泵换热盘管2设置于尿素水解反应器5中，压缩机1的出口经热泵换热盘管2、节流阀3、蒸发换热器4与压缩机1的入口相连通；
尿素溶液管道的出口经尿素溶液泵7及尿素溶液阀6与尿素水解反应器5的入口相连通，尿素水解反应器5的氨气出口与氨气输出管道相连通，尿素溶液泵7将质量分数为40％～50％尿素溶液加入尿素水解反应器5中，尿素溶液在尿素水解反应器5中加热蒸发析出尿素并发生热分解，生成NH3及CO2，总方程式为：
CO(NH2)2+H2O→NH3+CO2
热泵工质在压缩机1中被压缩成高温高压介质，然后进入热泵换热盘管2中进行放热变为高压低温液体；所述高压低温液体进入节流阀3中降压变成低压低温气体，然后进入蒸发换热器4中与循环冷却水进行换热，以吸收循环冷却水中的低品位热源并蒸发成为低压低温气体，最后再进入压缩机1中压缩；
在工作时，通过调节压缩机1的转速，以调节供给尿素水解供氨系统的热量。
本发明为现有技术提供了一种为尿素水解供氨系统提供热源的技术路线，本发明以热泵作为热源，为现有技术提供了一种能效高的供热方法，区别于传统电加热设备及高品位蒸汽直接加热，高温热泵的能效更高，可大大降低能耗，节约能源。

Claims (8)

1.一种由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，包括热泵加热系统及尿素水解供氨系统；
尿素水解供氨系统包括尿素水解反应器(5)、尿素溶液管道及氨气输出管道；所述热泵加热系统包括热泵换热盘管(2)、压缩机(1)、热泵换热盘管(2)、节流阀(3)及蒸发换热器(4)；
热泵换热盘管(2)设置于尿素水解反应器(5)中，压缩机(1)的出口经热泵换热盘管(2)、节流阀(3)及蒸发换热器(4)与压缩机(1)的入口相连通；
尿素溶液管道的出口与尿素水解反应器(5)的入口相连通，尿素水解反应器(5)的氨气出口与氨气输出管道相连通。
2.根据权利要求1所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，尿素溶液管道的出口经尿素溶液泵(7)与尿素水解反应器(5)的入口相连通。
3.根据权利要求2所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，尿素溶液泵(7)经尿素溶液阀(6)与尿素水解反应器(5)的入口相连通。
4.根据权利要求1所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，尿素溶液泵(7)将尿素溶液送入尿素水解反应器(5)中，尿素溶液在尿素水解反应器(5)中加热蒸发析出尿素并发生热分解。
5.根据权利要求4所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，尿素溶液泵(7)将质量分数为40％～50％尿素溶液送入尿素水解反应器(5)中。
6.根据权利要求1所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，热泵工质在压缩机(1)中被压缩成高温高压介质，然后进入热泵换热盘管(2)中进行放热变为高压低温液体；所述高压低温液体进入节流阀(3)中降压变成低压低温气体，然后进入蒸发换热器(4)中与冷却介质进行换热，以吸收循环冷却水中的低品位热源并蒸发成为低压低温气体，最后再进入压缩机(1)中压缩。
7.根据权利要求6所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，所述冷却介质为循环冷却水。
8.根据权利要求1所述的由热泵提供热源的尿素水解供氨系统，其特征在于，在工作时，通过调节压缩机(1)的转速，以调节尿素水解供氨系统的热量。
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