CN201751387U - 一种尿素固体干式热解制氨气的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种尿素固体干式热解制NH₃的装置，包括尿素固体储罐、计量加料装置、热解炉、高温风机、电加热器及配备储能系统的光伏发电系统，其中，尿素固体储罐通过计量加料装置安装至热解炉；热解炉的底部依次连接流量计以及高温风机；热解炉内设有电加热器，配备储能系统的光伏发电系统与电加热器连接；热解炉出口与喷氨格栅相连。本实用新型省去了尿素溶解与溶液储存装置，占地面积小，运行费用低；热解能量由光伏发电系统提供，节能高效。

Description

一种尿素固体干式热解制氨气的装置

技术领域

本实用新型涉及一种尿素固体干式热解制氨气的装置，属于燃煤烟气中氮氧化物(NO_X)处理装置领域。

背景技术

在现有的对燃煤烟气进行脱除NO_X的技术中，选择性催化还原法(SCR)是脱硝效率最高，发展最为成熟的脱硝技术。SCR技术中还原剂NH₃的来源主要有三种：液氨、氨水和尿素。液氨和氨水属于危险品，在存储及运输过程中均有严格的法律法规要求。相对而言，尿素是无毒、无害的化学品，易于运输和保存，不需要特别的安全措施。

尿素制取氨的方法主要采用热解法。尿素在温度高于150℃时不稳定，会分解成NH₃和HNCO，而HNCO与水反应生成NH₃和CO₂，反应式如下：

CO(NH₂)₂→NH₃+HNCO       (1)

HNCO+H₂O→NH₃+CO₂        (2)

现有的热解制氨工艺，主要采用40％～60％的尿素溶液，经过特殊的喷嘴雾化后喷入热解室，与经由稀释风机和电加热器输送过来的高温空气混合热解，生成NH₃、H₂O和CO₂，分解产物与稀释空气混合均匀并喷入脱硝系统。现有装置存在的问题是：

(1)尿素的溶解和溶液储存都需要配备相应装置以及辅助设备，而且需要额外消耗蒸汽，工艺复杂，占地面积大；

(2)尿素溶液容易结晶，必须对所有相关的容器和管道进行伴热，将温度保持在相应结晶温度之上，而且尿素溶液存在一定的腐蚀性，对设备和管道的材质有较高要求；

(3)热解过程中除了尿素分解耗能，溶液中水的蒸发也需要大量的能量，为满足这些能耗需求，高温空气温度一般控制在600℃以上，电加热器的材质需要耐高温的合金钢，成本大幅提高；

(4)用于溶解尿素的水，有着严格的要求，必须是纯水(冷凝水，去盐水)；如不用纯水，必须使用相应添加剂稳定才行，因为不纯净的水会引起脱硝催化剂堵塞以及硫/金属毒害等，从而缩短催化剂寿命，提高还原剂消耗量，增加投资成本；而且生成的热解气含有多余的水汽，对脱硝效率有一定的抑制作用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种节能、高效的尿素固体干式热解制NH₃的装置。

为了实现上述技术问题，本实用新型采用如下的技术方案来实现的：

一种尿素固体干式热解制NH₃的装置，包括尿素固体储罐、计量加料装置、热解炉、高温风机、电加热器及配备储能系统的光伏发电系统，其中，尿素固体储罐通过计量加料装置安装至热解炉；热解炉的底部依次连接流量计以及高温风机；热解炉内设有电加热器，配备储能系统的光伏发电系统与电加热器连接；热解炉出口与喷氨格栅相连。

本实用新型的有益效果是：

(1)用于尿素固体干式热解制氨气工艺，省去了尿素溶解和溶液储存设备，结构简化，占地面积小；

(2)管道少，避免尿素热解过程带来管道腐蚀问题；

(3)加热的能量由配备储能系统的光伏发电系统提供，节能高效；

附图说明

图1是本实用新型尿素固体干式热解制NH₃的装置示意图。

附图1中主要标记的说明如下：1.尿素固体储罐，2.计量加料装置，3.热解炉，4.流量计，5.高温风机，6.配备储能系统的光伏发电系统，7.电加热器，8.喷氨格栅。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型尿素固体干式热解制NH₃的装置示意图，参照图1所示，一种尿素固体干式热解制NH₃的装置，包括尿素固体储罐1、计量加料装置2、热解炉3、高温风机5、电加热器7及配备储能系统的光伏发电系统6。其中，尿素固体储罐1通过计量加料装置2安装至热解炉3；热解炉的底部依次连接流量计4以及高温风机5；热解炉内设有电加热器7，配备储能系统的光伏发电系统6与电加热器7连接；热解炉出口与喷氨格栅8相连。

所述热解炉3采用合金钢材制备，中部设有膨胀节，可降低钢材受热应力的影响。根据高温气体流量和停留时间，设计热解炉体积。尿素固体热解所需能量主要由高温气体提供，热解炉出口气体温度在300～400℃区间；如果检测到热解气低于300℃，电加热器与配备储能系统的光伏发电系统组成的加热系统补充供热，使尿素充分受热分解成气体，这样可有效去除气流中夹带的尿素固体，防止尿素固体沉积在SCR催化剂上，提高其纯度。

实施例

下面结合某50MW工程烟气脱硝项目对本实用新型作进一步描述：

原始设计数据：该项目烟气量为211600Nm³/h，烟温320℃，水汽含量为9％，脱硝效率48％，氨逃逸率3ppm，尿素氮含量46％。

(1)尿素固体储罐1中的尿素固体由计量加料装置2输送到热解炉3内。尿素的加料量根据脱硝机组负荷信号以及来自烟气NO_x分析仪或者CEM系统的反馈实时控制。计算公式为：

$G=\frac{0.625K\·Q\·C_{\mathrm{NO}}\×{10}^{-4}}{\mathrm{\η}}\mathrm{kg}/h,---\left(I\right)$

其中K为NH₃/NOx摩尔比；Q为烟气量，Nm³/h；C_NO为烟气中实测NO体积含量，μL/L；η为尿素氮含量，％。实时测到NO的含量为200μL/L，则实时加入热解炉3的尿素量为29kg/h。

(2)从省煤器出口引出总烟气量约0.3％的烟气作为高温气体，由高温风机5输送，流量计4计量后从热解炉3底部进入热解炉。高温气体在热解炉往上流动，对从热解炉下部喷入的尿素固体产生向上的作用力，尿素在气流中呈“沸腾”状态，气固两相充分混合。在热解炉下部区域，尿素固体约停留2秒，吸收高温气体热量，分解生成异氰酸和氨气，异氰酸与气体中的水汽进一步反应生成NH₃和CO₂。

(3)电加热器7安装在热解炉3内，功率为40kw，由配备800kwh储能系统的60kw屋顶光伏发电系统供电。高温气体与尿素交换热量后，温度下降，沿着热解炉上升过程中吸收电加热器7提供的热量，气体温度升到350℃；整个热解过程为5～25秒。

(4)从热解炉出口排出含3.4％氨浓度的热解气被导入脱硝反应器中的喷氨格栅，用于选择性催化还原燃煤烟气中的NO_x。

(5)实施例一与现有技术的工艺指标比较如下：

	现有工艺	实施例一
			稀释水耗量，kg/hr	24	0
蒸气耗量，T/d	16	0
			热解电耗量，kw	130	40
占地面积，m2	400	300
			设备造价，万	400	200

Claims (1)

1.一种尿素固体干式热解制NH₃的装置，其特征在于包括尿素固体储罐、计量加料装置、热解炉、高温风机、电加热器及配备储能系统的光伏发电系统，其中，尿素固体储罐通过计量加料装置安装至热解炉；热解炉的底部依次连接流量计以及高温风机；热解炉内设有电加热器，配备储能系统的光伏发电系统与电加热器连接；热解炉出口与喷氨格栅相连。

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