CN113797754A - 一种多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置和方法 - Google Patents

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潘承基
赵毅
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罗志
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Abstract

本发明公开了一种多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置和方法，所述省煤器下方烟道包括第一水平烟道、第一竖直烟道、第二水平烟道及第二竖直烟道，其中，第一水平烟道的出口与第一竖直烟道的下端相连通，第一竖直烟道的上端与第二水平烟道的一端相连通，第二水平烟道的另一端与第二竖直烟道的上端相连通，第一水平烟道内设置有第一烟气混合器，第一竖直烟道内设置有第二烟气混合器，第一水平烟道的入口处、第一烟气混合器的入口处、第二烟气混合器的入口处均插入有双流体雾化喷枪，第二竖直烟道内设置有若干脱硝催化剂层；计量分配模块的出口与各双流体雾化喷枪的入口相连通，该装置和方法具有结构简单、能耗低且可靠性较高的特点。

Description

一种多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置和方法
技术领域
本发明涉及一种热解装置和方法，具体涉及一种多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置和方法。
背景技术
选择性催化还原(SCR)技术在火电厂烟气脱硝技术中应用较为广泛，SCR脱硝技术的还原剂为氨气。目前氨气主要依靠液氨蒸发、尿素热解和尿素水解工艺来获取。由于液氨是一种有毒的危险化学品，当氨气泄漏时，会造成相当大的危害。因此使用尿素制备还原剂近年来收到了广泛的关注。传统的尿素制备还原剂技术主要有尿素热解炉热解技术和尿素水解技术，但是尿素热解炉热解技术和尿素水解技术存在系统复杂、能耗高、初投资高等问题。尿素直喷热解技术是将尿素溶液雾化后喷入SCR进口烟道，利用SCR进口烟道内的高温烟气热量将尿素溶液热解成SCR脱硝所需要的还原剂，其系统简单、能耗较低，受到了一定的关注。
一种利用SCR系统的尿素溶液烟道内直喷热解装置(201520015482.8)是将尿素溶液雾化后喷入SCR进口竖直烟道，且尿素溶液喷枪在SCR进口竖直烟道中呈网格状布置。这种装置存在以下问题：(1)尿素直喷热解喷枪按照网格状布置，在烟道内插入深度较深，由于单支喷枪内尿素溶液流量较小，流速低，高温烟气容易使尿素溶液喷枪内的尿素溶液蒸干而堵塞喷枪；(2)喷枪插入烟道内部，烟气中的灰容易堵塞喷嘴，且喷枪长期处于高温含尘烟气中，容易造成喷枪枪杆迎风面磨损，降低尿素直喷热解装置可靠性。(3)尿素直喷热解喷枪只安装于SCR进口竖直烟道，尿素直喷热解装置的容错能力低，即可靠性低。
可以看出，传统的尿素热解炉热解技术和尿素水解技术系统复杂、能耗高；而前期提出的尿素直喷热解装置也存在可靠性低等问题，需要进行较大幅度的改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置和方法，该装置和方法具有结构简单、能耗低且可靠性较高的特点。
为达到上述目的，本发明所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，安装于省煤器下方烟道内，所述省煤器下方烟道包括第一水平烟道、第一竖直烟道、第二水平烟道及第二竖直烟道，其中，第一水平烟道的出口与第一竖直烟道的下端相连通，第一竖直烟道的上端与第二水平烟道的一端相连通，第二水平烟道的另一端与第二竖直烟道的上端相连通，第一水平烟道内设置有第一烟气混合器，第一竖直烟道内设置有第二烟气混合器，第一水平烟道的入口处、第一烟气混合器的入口处、第二烟气混合器的入口处均插入有双流体雾化喷枪，第二竖直烟道内设置有若干脱硝催化剂层；
所述多功能尿素直喷热解装置包括计量分配模块，计量分配模块的出口与各双流体雾化喷枪的入口相连通。
第一水平烟道与第一竖直烟道的连通位置处、第一竖直烟道与第二水平烟道的连通位置处以及第二水平烟道与第二竖直烟道的连通位置处均设置有烟气导流装置。
双流体雾化喷枪的喷射方向与烟气的流动方向相垂直。
双流体雾化喷枪插入到烟道内的长度小于等于50mm。
第一水平烟道与第一竖直烟道的连通位置处的底部设置有灰斗。
在工作时，向双流体雾化喷枪通入一路保护空气，保护空气在喷出的尿素液滴的外层形成一层气膜。
省煤器下方烟道内的烟气温度为290-400℃。
各脱硝催化剂层自上到下依次分布。
本发明所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解方法包括以下步骤：
将30％～50％质量浓度的尿素溶液、压缩空气和保护空气分别引入计量分配模块中，再送入各双流体雾化喷枪中，通过各双流体雾化喷枪喷入到第一水平烟道及第一竖直烟道内，利用烟道内热烟气的热量将尿素颗粒热解，生成NH3及HNCO，然后经第一烟气混合器及第二烟气混合器与烟气混合后最终进入到第二竖直烟道内，并在脱硝催化剂层的作用下与烟气中的氮氧化物发生脱硝反应，生成氮气、水及二氧化碳。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置和方法在具体操作时，第一竖直烟道内设置有第二烟气混合器，第一水平烟道的入口处、第一烟气混合器的入口处、第二烟气混合器的入口处均插入有双流体雾化喷枪，第一水平烟道内设置有第一烟气混合器，第一竖直烟道内设置有第二烟气混合器，通过多区域布置的双流体雾化喷嘴、第一烟气混合器及第二烟气混合器，以提高尿素热解产物与烟气中NOx的均匀混合效果，结构简单，能耗低，且可靠性较高。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为双流体雾化喷枪、2为计量分配模块、31为第一烟气混合器、32为第二烟气混合器、4为烟气导流装置、5为脱硝催化剂层。
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，本发明所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，安装于省煤器下方烟道内，所述省煤器下方烟道包括第一水平烟道、第一竖直烟道、第二水平烟道及第二竖直烟道，其中，第一水平烟道的出口与第一竖直烟道的下端相连通，第一竖直烟道的上端与第二水平烟道的一端相连通，第二水平烟道的另一端与第二竖直烟道的上端相连通，第一水平烟道内设置有第一烟气混合器31，第一竖直烟道内设置有第二烟气混合器32，第一水平烟道的入口处、第一烟气混合器31的入口处、第二烟气混合器32的入口处均插入有双流体雾化喷枪1，其中，计量分配模块2的出口与各双流体雾化喷枪1的入口相连通，第二竖直烟道内设置有若干脱硝催化剂层5；
第一水平烟道与第一竖直烟道的连通位置处、第一竖直烟道与第二水平烟道的连通位置处以及第二水平烟道与第二竖直烟道的连通位置处均设置有烟气导流装置4。
双流体雾化喷枪1的喷射方向与烟气的流动方向相垂直。
双流体雾化喷枪1插入到烟道内的长度小于等于50mm。
第一水平烟道与第一竖直烟道的连通位置处的底部设置有灰斗。
双流体雾化喷枪1喷出的尿素溶液中的水分使得烟气中的灰颗粒发生团聚形成大颗粒灰，并最终落入灰斗中。
在工作时，双流体雾化喷枪1通入一股保护空气，在喷出的尿素液滴的外层形成一层气膜，一定程度上阻碍尿素液滴的蒸发，从而增加尿素溶液颗粒的穿透深度，再结合分区域布置的双流体雾化喷枪1、第一烟气混合器31及第二烟气混合器32，以获得最佳的氨氮混合均匀性。
本发明所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解方法包括以下步骤：
将30％～50％质量浓度的尿素溶液、压缩空气(压力为0.1MPa～0.4MPa)和保护空气(8kPa～10kPa)分别引入计量分配模块2中，再送入各双流体雾化喷枪1中，通过各双流体雾化喷枪1喷入到第一水平烟道及第一竖直烟道内，利用烟道内热烟气的热量将尿素颗粒热解，生成NH3及HNCO，然后经第一烟气混合器31及第二烟气混合器32与烟气混合后最终进入到第二竖直烟道内，并在脱硝催化剂层5的作用下与烟气中的氮氧化物发生脱硝反应，生成氮气、水及二氧化碳。
需要说明的是，省煤器下方烟道内的烟气温度为290-400℃。
本发明的原理为：尿素溶液热解的最佳反应温度区间为260℃～400℃，而SCR进口烟道的烟气温度通常在300℃～400℃，较为适合尿素溶液的热解反应，通过将双流体雾化喷枪1布置在SCR进口烟道的壁面上而不深入烟道内部，结合保护空气的作用增加了尿素溶液颗粒的穿透深度，再加上第一烟气混合器31及第二烟气混合器32的作用，最终达到尿素热解产物与烟气中NOx的均匀混合。
由于本发明在三个区域布置双流体雾化喷枪1，且双流体雾化喷枪1不深入烟道内部，降低了低流速尿素溶液在烟道内部蒸干而堵塞喷枪的风险；通过在双流体雾化喷枪1设置保护空气，以增加尿素溶液颗粒的穿透深度，再结合三个区域双流体雾化喷枪1的布置及烟气混合器的布置，达到尿素热解产物与烟气中NOx均匀混合的目的；同时通过灰斗收集烟气中的部分灰。相比于只在SCR进口竖直烟道布置喷枪，且喷枪需按照网格法布置在烟道内部的特点，本发明具有可靠性高、功能性强的特点，推广应用价值更高。

Claims (9)

1.一种多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，安装于省煤器下方烟道内，所述省煤器下方烟道包括第一水平烟道、第一竖直烟道、第二水平烟道及第二竖直烟道，其中，第一水平烟道的出口与第一竖直烟道的下端相连通，第一竖直烟道的上端与第二水平烟道的一端相连通，第二水平烟道的另一端与第二竖直烟道的上端相连通，第一水平烟道内设置有第一烟气混合器(31)，第一竖直烟道内设置有第二烟气混合器(32)，第一水平烟道的入口处、第一烟气混合器(31)的入口处、第二烟气混合器(32)的入口处均插入有双流体雾化喷枪(1)，第二竖直烟道内设置有若干脱硝催化剂层(5)；
所述多功能尿素直喷热解装置包括计量分配模块(2)，计量分配模块(2)的出口与各双流体雾化喷枪(1)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，第一水平烟道与第一竖直烟道的连通位置处、第一竖直烟道与第二水平烟道的连通位置处以及第二水平烟道与第二竖直烟道的连通位置处均设置有烟气导流装置(4)。
3.根据权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，双流体雾化喷枪(1)的喷射方向与烟气的流动方向相垂直。
4.根据权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，双流体雾化喷枪(1)插入到烟道内的长度小于等于50mm。
5.根据权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，第一水平烟道与第一竖直烟道的连通位置处的底部设置有灰斗。
6.根据权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，在工作时，向双流体雾化喷枪(1)通入一路保护空气，保护空气在喷出的尿素液滴的外层形成一层气膜。
7.根据权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，省煤器下方烟道内的烟气温度为290-400℃。
8.根据权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，其特征在于，各脱硝催化剂层(5)自上到下依次分布。
9.一种多区域喷射的多功能尿素直喷热解方法，其特征在于，基于权利要求1所述的多区域喷射的多功能尿素直喷热解装置，包括以下步骤：
将30％～50％质量浓度的尿素溶液、压缩空气和保护空气分别引入计量分配模块(2)中，再送入各双流体雾化喷枪(1)中，通过各双流体雾化喷枪(1)喷入到第一水平烟道及第一竖直烟道内，利用烟道内热烟气的热量将尿素颗粒热解，生成NH3及HNCO，然后经第一烟气混合器(31)及第二烟气混合器(32)与烟气混合后最终进入到第二竖直烟道内，并在脱硝催化剂层(5)的作用下与烟气中的氮氧化物发生脱硝反应，生成氮气、水及二氧化碳。
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