CN203112520U - 一种尿素热解制氨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种尿素热解制氨装置，包括带喷枪（3）的反应器本体（2）、反应器本体（2）的入口和出口（5），所述入口设置在反应器本体（2）的上部，所述出口（5）设置在反应器本体（2）的下部，所述的入口包括至少两个进气管（1），所述进气管（1）位于反应器壁的上部，与反应器壁成一定角度。实现热解反应器内气流形成旋流，热空气与雾化的尿素溶液混合效果好、气体流场、温度场分布更加均匀，增加反应停留时间，有利于尿素的完全分解，且反应器本体结构简单。

Description

一种尿素热解制氨装置

技术领域

本实用新型涉及一种尿素热解装置，具体地说是一种入口为多个均匀分布在反应器本体上的与反应器侧壁成一定角度的管路的尿素热解制氨装置。

背景技术

氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，随着严格的环保标准的实施，烟气脱硝系统成为火电厂必不可少的设备之一，选择性催化还原反应（Selective CatalystReduction，简称SCR）以其脱硝效率高的优点成为了电厂脱硝项目的技术首选，得到了越来越广泛的应用。SCR技术中还原剂NH3的来源有3种：液氨、氨水和尿素，选择尿素作为还原剂，具有安全性高、来源广泛、易于运输和储存等特点，在环保领域得到了广泛的应用。

尿素制氨的方法有热解和水解两种，其中热解法因为工艺成熟可靠，又在常压下运行，不存在氨泄漏等原因，得到了快速的推广。

传统的尿素热解制氨装置是内部中空的高温容器，热空气由顶部进入，在热解装置中维持足够尿素分解的温度。热解装置一般由进口段、扩充段、主体段、收缩段及连接段组成。在进口段安装有旋流板或气流均布板。旋流板的形式一般由环形布置的多块叶片组成，叶片斜45°纵向安装，一方面用来形成旋流，提高气体在热解炉内的停留时间，另一方面尽可能的降低气体阻力。气流均布板一般为筛孔板，筛孔板与热解装置直径相同，孔均匀分布，保证流场均匀，根据不同热解装置的直径和热空气流量来确定筛孔板的开孔孔径大小和开孔率。

热空气从入口段进入，尿素经过一个提供完全分配的喷枪注入到热空气中反应，热解反应器，由入口段、放大段、本体、收缩段、出口等部分组成。为了增加尿素分解的反应停留时间，必须要降低热风在热解反应器内的流速，因此在本体上部设置有放大段，用于放大本体直径，从而达到降低热空气流速的目的。在传统热解反应器设计中，采用放大本体直径这一单一方法来达到热解反应停留时间的要求，具有一定的局限性，或者入口设置为文丘里结构，需要较长的稳定段，包括入口减缩、喉部、出口渐扩，长度要求较高，由于受现场的空间限制，这种方法对于大型反应器在实际工程中的设计布置较难实现，而且热解装置的反应室由不锈钢制成，大体积的热解装置制造成本较高。

气流进入反应器时，没有引流装置，会造成热解反应器内的气流分布不均，由于尿素分解反应在很短的时间内完成，一般只有几秒钟的时间，对气体流场和温度场的要求非常高，如果气体流场和温度场分布不均，尿素就不能完全分解，未分解的尿素会在尾管管壁上结晶沉积，尿素结晶现象的增多会造成检修次数的增加，严重的还会对尿素热解系统的运行造成影响。

专利文献CN101574616A中公开了一种碳酸氢铵制氨气的的热解炉，所述热解炉体下部分布了四根热空气引入管，所述四根热空气引入管的偏斜布置使得热空气进入热解炉后具有一定的旋转强度，使炉内流场充满度好，热解炉内温度分布均匀。然而由于所用的碳酸氢铵为固体颗粒，为了使所述固体颗粒分解需要激烈的撞击运动，所以所述热解炉中的热空气需要设计成旋转流动的，并且将热空气入口设在热解炉下部，下部的旋转气流保证固体颗粒不落地，而尿素制氨所用的尿素为溶液，需要的是自上而下具有稳定流动速度的热空气，因此上述碳酸氢铵的热解装置不适用于尿素的热解。

专利文献CN201907975U公开的用于尿素制氨的热解装置，包括气体入口、内部设有喷枪的反应室以及气体出口，所述气体入口设置于所述反应室上部，所述气体出口设置于所述反应室下部，还包括设置于所述反应室内部且所述喷枪上部的筛板型气流分配装置，在反应室内部且在喷枪上部设置了设有多个开孔的筛板型气流分配装置，使得进入热解装置的热气流在扩散过程中，更快地取得了均匀向下流动的热气流流场，提高了喷枪的相对布置位置，使得热解装置有更短的长度要求，有效降低了热解装置的高度，但是，气流必须通过带有很多细孔的孔板进入，阻力很大，会造成压力损失。

鉴于此提出本实用新型

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以引导热空气在反应器本体内形成旋流的气体流场，增加反应停留时间，气体流场和温度场分布均匀，有利于尿素的完全分解且结构简单的尿素热解制氨装置。

为了实现该目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种尿素热解制氨装置，包括带喷枪的反应器本体、反应器本体的入口和出口，所述入口设置在反应器本体的上部，所述出口设置在反应器本体的下部，所述的入口包括至少两个进气管，所述进气管位于反应器壁的上部，与反应器壁成一定角度。

所述的反应器壁包括反应器本体的侧壁和顶部，所述进气管沿同一方向均匀设置在反应器本体的侧壁和顶部。

所述入口位于反应器本体的侧壁的上部，反应器本体的顶部封闭，所述的多个进气管沿顺时针方向或者沿逆时针方向均匀的分布在反应器本体的侧壁上，进气管处于水平方向或者斜向下方向。

所述的进气管穿过反应器本体的侧壁伸入到反应器本体的内部，多个进气管伸入反应器本体的侧壁的距离相同。

所述进气管处于水平方向，且多个进气管的中心轴线与同一个圆分别相切于进气管伸进反应器本体的伸入端，该圆为一虚拟切圆，所述虚拟切圆与反应器本体上进气管所在的横截面为同心圆，所述的虚拟切圆的半径为R，反应器本体的半径为R1，R满足1/3R1≤R≤2/3R1。

所述的多个进气管位于入反应器本体的外部端同时与用于统一初始进气条件的进气联箱相连接，该进气联箱为一大直径管道，其半径为进气管半径R2的3～5倍，且靠近热解装置。

所述的多个进气管的结构相同，通过每个进气管的沿程压力损失相同，多个进气管同时进气时，每个进气管的进气压力相同。

所述的进气管为2-6个，优选进气管（1）为4个。

所述的进气管设置在距顶部200～600mm处，且位于喷枪（3）的上部，优选距顶部300～500mm处。

所述的反应器本体和反应器本体的出口之间设置有截面积逐渐减小的收缩段，收缩段和/或出口设置有结晶检测与维护设备，该结晶检测与维护设备为取样管和/或检查孔。

采用上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

1、多路切圆式热解装置可以在截面上获得均匀的气体环形分布，尤其是在临近壁面的区域，没有流速和温度上的盲点。

2、解决了气流分配的问题，另一方面是为了最大限度的提高整体停留时间。同时由于本技术取消了传统技术的旋流板和筛孔板，维持热解装置的中空，因而大大降低了系统阻力。

3、与传统热解装置在结构设计上的不同在于，取消进口段、扩充段，整个热解装置主体是一个圆柱体，使整体的结构更为简单。

4、可以减少尿素结晶现象的发生，气体流场和温度场分布均匀，可以充分保障尿素的完全分解，不会造成未分解的尿素在尾管发生沉积结晶。

5、可以降低反应器的高度、降低成本，节省能耗。

附图说明

图1：本实用新型尿素热解制氨装置结构图

图2：本实用新型尿素热解制氨装置进气管结构图

其中，1、进气管，2、反应器本体，3、喷枪，4、收缩段，5、出口，6、顶部，7、伸入端，8外部端，9、虚拟切圆，10、侧壁。

具体实施方式

本实用新型所述的一种尿素热解制氨装置，包括带喷枪3的反应器本体2、反应器本体2的入口和出口5，所述入口设置在反应器本体2的上部，所述出口5设置在反应器本体2的下部，所述的入口包括至少两个进气管1，所述进气管1位于反应器壁的上部，与反应器壁成一定角度。所述的反应器壁包括反应器本体2的侧壁和顶部6，所述进气管1沿同一方向均匀设置在反应器本体2的侧壁和顶部6。

优选所述入口位于反应器本体2的侧壁10的上部，反应器本体2的顶部6封闭，所述的多个进气管1沿顺时针方向或者沿逆时针方向均匀的分布在反应器本体2的侧壁10上，进气管1处于水平方向或者斜向下方向。

所述的进气管1穿过反应器本体2的侧壁伸入到反应器本体2的内部，多个进气管1伸入反应器本体2的侧壁的距离相同。所述的进气管优选2-6个，优选进气管为4个。

所述的多个进气管1的中心轴线与同一个圆分别相切于进气管1伸进反应器本体2的伸入端，该圆为一虚拟切圆9，所述虚拟切圆9与反应器本体2上进气管所在的横截面为同心圆，且半径小于该横截面的半径。

所述的虚拟切圆的半径为R，反应器本体2的半径为R1，R满足1/3R1≤R≤2/3R1。虚拟切圆的大小要能够保证热解装置内气流完全旋流，避免尿素溶液在反应器本体2的侧壁10上附着结晶。但整个旋流区控制在喷枪层上方。

所述的多个进气管1位于入反应器本体2的外部端8同时与用于统一初始进气条件的进气联箱相连接，该进气联箱为一大直径管道，其半径为进气管1半径R2的3～5倍，且尽量靠近热解装置，保证热量损失和压力损失降到最低，避免能量的浪费。进气联箱的设置使四路管道有统一的初始进气条件。

所述的多个进气管1的结构相同，通过每个进气管1的沿程压力损失相同，保证多个进气管1同时进气时，每个进气管1的进气压力相同。这样在保证进入进气管1的气流的压力相同的情况下，经过进气管1后进入反应器本体2时的压力相同，保证多路气流均匀，有相同的速度和流量，进入反应器本体2后的旋流稳定、均匀。

所述的进气管1设置在距顶部200～600mm处。

优选进气管1设置在距顶部300～500mm处。

所述的反应器本体2和反应器本体2的出口5之间设置有截面积逐渐减小的收缩段4，收缩段4和/或出口5设置有结晶检测与维护设备，该结晶检测与维护设备为取样管和/或检查孔。

实施例一

如图1所示，本实用新型所述的尿素热解制氨装置包括：反应器本体2、进气管1、收缩段4和出口5，所述的反应器本体2为圆柱体，顶部6封闭，进气管1布置在顶部6以下300～500mm，反应器本体2上设置有用于喷射雾化的尿素溶液的喷枪3，所述喷枪3位于进气管1以下的位置。

如图2所示，优选进气管1为四路进气管1，四路进气管1成环形同方向均匀布置，且每一路进气管1的轴向中心线与同一个虚拟切圆相切，该虚拟切圆的大小可经模拟计算得出，虚拟切圆的大小与反应器本体2的大小，进气管1的直径大小，进气管1的个数，进气管1的进气速度有关，虚拟切圆的大小要能够保证热解装置内气流完全旋流，避免尿素溶液在反应器本体2的侧壁10上附着结晶。若所述的虚拟切圆的半径为R，反应器本体2的半径为R1，一般R满足1/3R1≤R≤2/3R1。

喷枪3上接有两路入口一路出口：一路入口为配置好的尿素溶液，一路入口为雾化空气，尿素溶液通过喷枪3时通过雾化空气的作用，在喷枪3的出口处喷出雾化的尿素溶液，喷入反应器本体2，喷枪3的布置应避开内循环回流区，喷枪3应选择雾化均匀，雾化粒径合适，覆盖率高的产品，使喷入溶液不破坏既有的流场、温度场。

收缩段4及出口5布置结晶监测及维护设施，监控反应器本体2内的结晶情况，并将结晶情况传送给整个装置的控制中心，采取相应的措施，或者直接控制内部的维护设施对内部的结晶进行处理，该结晶检测与维护设备为取样管和/或检查孔。

在四路进气管1之前设置进气管联箱。该联箱距离热解装置尽量短，降低四路管道的沿程阻力。联箱的目的是为了使四路管道有统一的初始进气条件。设计时使四路管道有相同的阻力损失，以保证在进入热解装置以后，有相同的速度和流量，保证进入反应器本体2后的旋流稳定、均匀。

使用时维持热解装置内气体的面平均速度为2.5～3m/s，临近侧壁的速度在3.5～4.0m/s之间，中心区速度为0.5～1.0m/s之间，平均停留时间为5～15S，确保尿素到氨的100%转化率。

上述尿素热解制氨的工艺流程为：300～650℃的热空气经过联箱分配后，分成均匀四路进气管1进入反应器本体2，四路热空气在反应器本体2内部切向旋转，形成均匀旋流。均匀旋流与喷枪层喷出的40～50%尿素溶液均匀接触，生成氨气，

在高温条件下，尿素发生分解反应，其化学反应如下：

CO(NH₂)₂→NH₃+HNCO

HNCO+H₂O→NH₃+CO₂

热空气的量可以调节，一方面满足热解所需的热量要求，另一方面满足出口以后脱硝反应所需的氨浓度，分解后的氨气经过收缩段4和出口5，进入输送管道，再进入SCR反应器。相比之前的热空气竖直的通过热解反应器，由于形成旋流，在反应器本体4长度不变的情况下，增加了混合气流在反应器本体4内的停留时间，从而有利于尿素的充分分解，在停留时间不变的情况下，可以降低反应器本体4的高度，从而降低制造成本。

反应器本体2优选不锈钢制作。

实施例二

同实施例一相比，本实施例的尿素热解制氨装置中，所述的反应器本体2的侧壁10的上部的不同高度处设置两组进气管路，每组进气管路为至少两个与侧壁成一定角度的进气管1。上下两组进气管路中的进气管间隔布置，这样保证反应器本体2中形成的旋流更加均匀。

其他同实施例一。

实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种尿素热解制氨装置，包括带喷枪（3）的反应器本体（2）、反应器本体（2）的入口和出口（5），所述入口设置在反应器本体（2）的上部，所述出口（5）设置在反应器本体（2）的下部，其特征在于：所述的入口包括至少两个进气管（1），所述进气管（1）位于反应器壁的上部，与反应器壁成一定角度。 

2.根据权利要求1所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的反应器壁包括反应器本体（2）的侧壁和顶部（6），所述进气管（1）沿同一方向均匀设置在反应器本体（2）的侧壁和顶部（6）。 

3.根据权利要求2所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述入口位于反应器本体（2）的侧壁（10）的上部，反应器本体（2）的顶部（6）封闭，所述的多个进气管（1）沿顺时针方向或者沿逆时针方向均匀的分布在反应器本体（2）的侧壁（10）上，进气管（1）处于水平方向或者斜向下方向。 

4.根据权利要求3所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的进气管（1）穿过反应器本体（2）的侧壁（10）伸入到反应器本体的内部，多个进气管伸入反应器本体（2）的侧壁（10）的距离相同。 

5.根据权利要求4所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述进气管（1）处于水平方向，且多个进气管（1）的中心轴线与同一个圆分别相切于进气管（1）伸进反应器本体（2）的伸入端，该圆为一虚拟切圆，所述虚拟切圆与反应器本体（2）上进气管所在的横截面为同心圆，所述的虚拟切圆的半径为R，反应器本体（2）的半径为R1，R满足1/3R1≤R≤2/3R1。 

6.根据权利要求5所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的多个进气管（1）位于入反应器本体（2）的外部端同时与用于统一初始进气条件的进气联箱相连接，该进气联箱为一大直径管道，其半径为进气管（1）半径R2的3～5倍，且靠近热解装置。 

7.根据权利要求6所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的多个进气管（1）的结构相同，通过每个进气管（1）的沿程压力损失相同，保证多个进气管（1）同时进气时，每个进气管（1）的进气压力相同。 

8.根据权利要求7所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的进气管（1）为2-6个。 

9.根据权利要求8所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的进气管（1）为4个。 

10.根据权利要求9所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的进气管（1）设置在距顶部200～600mm处，且位于喷枪（3）的上部，优选距顶部300～500mm处。 

11.根据权利要求1所述的尿素热解制氨装置，其特征在于：所述的反应器本体（2）和反应器本体（2）的出口（5）之间设置有截面积逐渐减小的收缩段（4），收缩段（4）和/或出口（5）设置有结晶检测与维护设备，该结晶检测与维护设备为取样管和/或检查孔。 

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