CN202983686U - 尿素热解反应装置 - Google Patents

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杨志忠
李小勤
崔有贵
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Abstract

本实用新型公开了一种尿素热解反应装置，包括上下连通、空心壳体的装置主体，所述装置主体顶部设有锅炉热一次风、热二次风或烟气引入口，底部设有出口，其内设有喷枪系统以及设于所述喷枪系统下方的扰流装置，所述扰流装置由若干相互间隔、留有连通扰流装置上、下方的气体通道的阻隔机构构成。本实用新型是一种结构简单、阻力低、可调节性好、投资和运行成本低的尿素热解反应装置。

Description

尿素热解反应装置
技术领域
本实用新型涉及一种尿素热解反应装置。 
背景技术
选择性催化还原烟气脱硝工艺（Selective Catalytic Reduction of NOx，简称SCR脱硝工艺）还原剂主要有液氨、氨水、尿素三种形态。液氨由于工艺系统简单，投资和运行成本较低，在SCR脱硝工艺中应用较广，但是液氨属于高危险还原品，其运输和储存要求苛刻且越来越多地受到政策、法规的限制，极为不便；同样，氨水也因为其运输、储存问题以及投资运行成本居高而受到应用的局限；作为安全性要求较低的SCR脱硝还原剂－尿素具有与液氨相同的脱硝性能，没有危险性政策、法规限制，可以方便地被运输、储存和使用。 
尿素作为SCR脱硝还原剂，主要工艺有热解制氨和水解制氨工艺，其中热解制氨工艺由于系统投资成本低、运行稳定、维护量小，亦越来越多地被电厂采用。 
专利文献：专利号ZL 200710092607.7，中国发明专利介绍了一种引空气进入尿素热解室、在热解室内部设置油/气燃烧器来加热尿素，使尿素受热分解制备氨气的工艺，该工艺能耗大、运行费用高、投资成本高，难以在工程中实施。 
专利文献：公布号CN 101870480 A，中国发明专利公开说明书介绍了一种在热解炉内加入尿素固体干式热解的方法，该方法不足之处：由于尿素颗粒易受潮、板结，送入热解炉的量不易控制，可调节性差，热解炉内混合气体中尿素分解的氨气的均匀性较差。 
专利文献：公布号CN 101928014 A，中国发明专利公开说明书介绍了一种引锅炉预热器上游的烟气作为热解炉的热源来分解尿素的方法，该方法由于锅炉预热器上游的烟气中含有高浓度的飞灰，飞灰很容易在热解炉内积灰和堵塞，造成热解炉难于正常运行，可靠性低，该方法难于在工程中实施。 
专利文献：公开号US 2009/0297417 A1，美国发明专利申请公开说明书提出了一种尿素热解装置，见附图图7。热的气体12从靠近气化室10顶部102侧向进入。在气化室10的上部设置有气体均布板16，均布板16上方布置1只喷枪18，喷枪18与尿素溶液管道20相连，喷枪18喷出的液滴19在气化室内受热蒸发、分解成氨气和CO2，氨气、CO2等混合气体从底部104和出口14流出。该装置缺陷：热的气体从气化室侧向进入，将导致气体在气化室内分布不均；再设置气体均布板，导致气化室内阻力增大；同时由于气化室内只设置1只喷枪，也会导致尿素溶液随工况负荷变化的调节性差和雾化的尿素液滴分布不均从而影响尿素分解。 
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提出一种结构简单、阻力低、可调节性好、投资和运行成本低的尿素热解反应装置。 
本实用新型的目的通过下述技术方案来实现： 
一种尿素热解反应装置，包括上下连通、空心壳体的装置主体，所述装置主体顶部设有锅炉热一次风、热二次风或烟气引入口，底部设有出口，其内设有喷枪系统以及设于所述喷枪系统下方的扰流装置，所述扰流装置由若干相互间隔、留有连通扰流装置上、下方的气体通道的阻隔机构构成。 
本实用新型装置通过将30-55%Wt.的尿素溶液喷射到500℃-700℃的热风/烟气中，尿素溶液快速受热、蒸发和发生化学反应生成氨气和二氧化碳：(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2。 
尿素热解热源：
装置主体顶部设置的锅炉热一次风、热二次风或烟气引入口，可以视条件引入锅炉热一次风、热二次风或烟气：
引1%左右的300℃-350℃的燃煤锅炉热一次风或热二次风作为尿素热解的原始热源，优先采用压强5000Pa-10000Pa的锅炉热一次风。
采用电加热将一次热风加热到500℃-700℃，将此再次加热后的热空气接入尿素热解反应装置，也可采用其他加热方式。 
对于燃机余热锅炉，可直接引燃机出口的烟气作为尿素热解热源。 
对于燃油或燃气锅炉，可直接引500℃-700℃的烟气作为尿素热解热源。 
装置主体： 
装置主体由自上而下相连固定的引入口、扩散段、筒体、收缩段、出口组成，所述喷枪系统和扰流装置设于所述筒体内。装置主体长度至少满足热风/烟气、和尿素热解氨气混合气体在其内停留5s。
阻隔机构为折流板。折流板水平夹角0°-30°斜下布置，适宜的夹角为15°；至少采用3块折流板，优先采用“之”字型结构布置。反应装置内设置折流板以延长尿素热解停留时间，缩短筒体结构长度，减少投资成本。 
热风/烟气、尿素热解氨气混合气体从热解反应装置底部出口排出。 
喷枪系统：
喷枪系统由若干均匀对称布置在装置主体内壁四周的喷枪构成，布置在装置主体筒体上段，根据尿素溶液的总耗量，喷枪按2只、4只、6只、8只布置，以保证喷射的尿素溶液能均匀地喷射到反应装置内部。喷枪为竖直夹角0°-90°斜上布置，适宜的夹角是30°-60°，进一步最适宜的角度是45°。
喷枪采用双介质结构，由喷嘴、内套管、外套管、内套管介质接口、外套管介质接口组成，内、外套管介质接口各自分别与尿素溶液、压缩空气管道相连，尿素溶液和压缩空气管道上分别设置有调节阀。喷枪将30-55%Wt.的尿素溶液喷射到反应装置内并雾化成细小的液滴，调节尿素溶液与压缩空气的质量比2-10，可将尿素溶液雾化成0-100μm的液滴，液滴在斜向上运动过程中与对称布置喷枪喷射雾化的液滴发生碰撞，再次形成细小的液滴。 
喷枪成对斜上布置的优点：延长液滴的行程轨迹，相当于喷嘴与反应装置筒体顶部的双倍距离（间接缩短反应装置筒体结构长度），延长液滴在反应装置内的停留时间；使雾化的液滴发生二次碰撞，形成更加细小的液滴，以利于尿素溶液快速受热、蒸发、和发生化学反应生成氨气和二氧化碳。 
本实用新型的有益效果： 
1、尿素热解反应装置结构简单、内部结构件少、阻力小、制造容易，可降低投资费用；
2、引300℃-350℃的燃煤锅炉热一次或热二次风作为尿素热解的原始热源，可最大程度节省尿素热解能耗，降低运行成本；
3、尿素溶液在500℃-700℃的温度下可快速受热蒸发、分解完全；
4、尿素溶液喷枪均匀对称布置在反应装置筒体四周，可保证尿素溶液均匀喷射到反应装置内部；
5、尿素溶液喷射方式和反应装置内部结构可延长尿素雾化颗粒行程、增加尿素受热分解停留时间，同时可最大程度地节约反应装置结构长度，节省安装空间。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图； 
图2是本实用新型2只喷枪布置示意图；
图3是本实用新型4只喷枪布置示意图；
图4是本实用新型6只喷枪布置示意图；
图5是本实用新型8只喷枪布置示意图；
图6是本实用新型的喷枪结构示意图；
图7是现有技术尿素热解炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。 
如图1至6所示，一种尿素热解反应装置，包括上下连通、空心壳体的装置主体，装置主体顶部设有锅炉热一次风、热二次风或烟气引入口31，底部设有出口35，其内设有喷枪系统以及设于喷枪系统下方的扰流装置，扰流装置由若干相互间隔、留有连通扰流装置上、下方的气体通道的阻隔机构构成。 
本实用新型装置通过将30-55%Wt.的尿素溶液喷射到500℃-700℃的热风/烟气中，尿素溶液快速受热、蒸发和发生化学反应生成氨气和二氧化碳：(NH2)2CO+H2O→2NH3+CO2。 
尿素热解热源：
装置主体顶部设置的锅炉热一次风、热二次风或烟气引入口31，可以视条件引入锅炉热一次风、热二次风或烟气：
引1%左右的300℃-350℃的燃煤锅炉热一次风或热二次风1作为尿素热解的原始热源，优先采用压强5000Pa-10000Pa的锅炉热一次风。
采用电加热2将一次热风加热到500℃-700℃，将此再次加热后的热空气接入尿素热解反应装置引入口31，也可采用其他加热方式。 
对于燃机余热锅炉，可直接引燃机出口的烟气作为尿素热解热源。 
对于燃油或燃气锅炉，可直接引500℃-700℃的烟气作为尿素热解热源。 
装置主体： 
装置主体由自上而下相连固定的引入口31、扩散段32、筒体33、收缩段34、出口35组成。装置主体长度至少满足热风/烟气、尿素热解氨气混合气体停留5s。阻隔机构为折流板36。反应装置内设置折流板36以延长尿素热解停留时间，缩短筒体结构长度。
折流板36水平夹角0°-30°斜下布置，适宜的夹角为15°；至少采用3块折流板36，优先采用“之”字型结构布置。 
热风/烟气、尿素热解氨气混合气体从热解反应装置出口35排出。 
喷枪系统：
如图2至5所示，喷枪系统由若干均匀对称布置在筒体33四周的喷枪4构成，布置在热解反应装置筒体33上段，根据尿素溶液的总耗量，喷枪按2只、4只、6只、8只布置，以保证喷射的尿素溶液能均匀地喷射到反应装置内部。喷枪与竖直方向成0°-90°夹角斜上布置，适宜的夹角是30°-60°，进一步最适宜的角度是45°。
喷枪将30-55%Wt.的尿素溶液喷射到反应装置内，并通过压缩空气雾化成细小的液滴，调节尿素溶液与压缩空气的质量比2-10，可将尿素溶液雾化成0-100μm的液滴，液滴在斜向上运动过程中与对称布置喷枪喷射雾化的液滴发生碰撞，再次形成细小的液滴。 
喷枪成对斜上布置的优点：延长液滴的行程轨迹，相当于喷嘴与反应装置筒体顶部的双倍距离（间接缩短反应装置筒体结构长度），延长液滴在反应装置内的停留时间；使雾化的液滴发生二次碰撞，形成更加细小的液滴，以利于尿素溶液快速受热、蒸发、和发生化学反应生成氨气和二氧化碳。 
喷枪结构：
如图6所示，喷枪4采用双介质结构，由喷嘴41、内套管42、外套管43、内套管介质接口44、外套管介质接口45组成。内套管介质为压缩空气、外套管介质为尿素溶液，内、外套管42、43的介质可以交换。内套管介质接口44连接压缩空气管道47，外套管介质接口45连接尿素溶液管道48。压缩空气管道47和尿素溶液管道48上设置有调节阀46。
尿素溶液管道48内介质尿素溶液浓度30-55%Wt.。 
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种尿素热解反应装置，其特征在于：包括上下连通、空心壳体的装置主体，所述装置主体顶部设有锅炉热一次风、热二次风或烟气引入口，底部设有出口，其内设有喷枪系统以及设于所述喷枪系统下方的扰流装置，所述扰流装置由若干相互间隔、留有连通扰流装置上、下方的气体通道的阻隔机构构成。
2.如权利要求1所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述装置主体由自上而下相连固定的引入口、扩散段、筒体、收缩段和出口组成，所述喷枪系统和扰流装置设于所述筒体内。
3.如权利要求1所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述阻隔机构为水平夹角0°-30°斜下布置的折流板。
4.如权利要求3所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述扰流装置至少采用3块折流板，并采用“之”字型结构布置。
5.如权利要求3或4所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述折流板水平夹角15°斜下布置。
6.如权利要求1所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述喷枪系统由若干均匀对称布置在装置主体内壁四周的喷枪构成。
7.如权利要求1所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述喷枪为竖直夹角30°-60°斜上布置。
8.如权利要求7所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述喷枪为竖直夹角45°斜上布置。
9.如权利要求1所述的尿素热解反应装置，其特征在于：所述喷枪由喷嘴、内套管、外套管、内套管介质接口、外套管介质接口组成，所述内、外套管介质接口各自分别与尿素溶液或压缩空气管道相连，尿素溶液和压缩空气管道上分别设置有调节阀。
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