CN203833626U - 一种新型尿素热解制氨装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型尿素热解制氨装置，包括沿竖直方向由下向上依次连接设置的进气管道、扩散段和反应室，其中在所述反应室的内部且位于所述喷枪的下方设置有气流分配装置，从而使得通过所述气流分配装置的气流到达喷枪位置时，流动方向更加垂直向上，平面的速度更加均匀，而对于不能被热空气带动的较大的雾化液滴，也能通过先向下移动进入所述气流分配装置进行升华分解，再被垂直向上的、速度均匀的热空气流带动向上移动进行分解，本实用新型所述筛板型气流分配装置减小了涡流的影响，热解反应器内的热气流更快的达到了尿素溶液分解的流场要求，保证了尿素溶液的均匀热解，有效防止了尿素溶液由于流场不均匀等原因而发生低温结晶的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种新型尿素热解制氨装置，属于尿素热解制氨的技术领域。
背景技术
氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一，其与碳氢化物形成的光化学烟雾严重危害人类健康。另外，氮氧化物还是造成酸雨的一个主要原因，酸雨的频繁发生给生态环境和国民经济造成极大的影响。目前，主要应用选择性催化还原技术(SCR)治理烟气NOx排放，即利用还原剂有选择性的与烟气中的NOx反应并反应生成无毒无污染的氮气和水，达到脱硝环保的目的。SCR系统流程中脱硝还原剂的制备时一个非常重要的环节，脱硝系统常用的还原剂有液氨、氨水剂尿素，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，因此尿素已经越来越多作为液氨和氨水的替代品，广泛应用于烟气脱硝领域。其作用原理是在应用现场，尿素溶液通过热解装置热解成氨气，送至SCR系统中催化剂上的氨气喷射格栅(AIG)，利用氨气与烟气中的NOx反应，实现脱硝环保的目的。
通常的尿素热解装置，是一个内部全空的容器，热空气从反应室的上部进入，下部流出，喷枪位于容器的上部，顺着热风方向向下喷射尿素溶液。热空气从反应器上部进入时流速较快，为了保证热空气到达喷枪位置时，向下的方向尽量垂直，平面速度尽量均匀，气流与尿素溶液混合充分，通常通过增加反应室的高度，即增加气体入口与喷枪喷射平面的距离，以此增加气流的停留时间来实现，传统热解装置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，从而对热解炉的长度要求较高，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现场布置较难实现，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。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是现有技术中的尿素热解装置为了保证尿素的完全分解，需要设置较长的热解炉，现场布置困难，成本较高，从而提供一种体积小、生产成本低的新型尿素热解制氨装置。
为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型提供一种新型尿素热解制氨装置，包括沿竖直方向由下向上依次连接设置的：
进气管道，为上下两端开口设置的筒体；
扩散段，与所述进气管道的上端开口连通设置，所述扩散段的直径沿竖直方向由下向上逐渐增大；
反应室，与所述扩散段的上端连接设置，在所述反应室的内部设有喷枪，在所述反应室的顶端设置有气体出口；
其中，在所述反应室的内部且位于所述喷枪的下方设置有气流分配装置。
所述进气管道的上端开口深入所述扩散段的内部设置。
所述进气管道深入所述扩散段内部的部分沿竖直方向上的长度为50-600mm。
所述气流分配装置为设有多个开孔的板。
所述开孔均匀分布于所述板上。
所述板为平板。
所述平板的厚度为5-100mm。
所述反应室由沿竖直方向由下向上依次连接设置的圆筒和收缩段组成，其中所述收缩段的直径沿竖直方向由下向上逐渐减小，所述气体出口设置在所述收缩段的顶端，所述喷枪设置在所述圆筒的内部。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本实用新型所述的新型尿素热解制氨装置，包括沿竖直方向由下向上依次连接设置的进气管道、扩散段和反应室，其中在所述反应室的内部且位于所述喷枪的下方设置有气流分配装置，通过这样的设置方式，使得扩散进入反应器的热气流其方向和速度进行了重新的调整分配，通过所述气流分配装置的气流到达喷枪位置时，流动方向更加垂直向上，平面的速度更加均匀，之后将带动喷枪喷出的尿素溶液由下向上移动进行分解，而对于不能被热空气带动的较大的雾化液滴，也能通过先向下移动进入所述气流分配装置进行升华分解，再被垂直向上的、速度均匀的热空气流带动向上移动进行分解，较之现有技术的热解装置容易发生尿素结晶的问题，本实用新型所述筛板型气流分配装置减小了涡流的影响，热解反应器内的热气流更快的达到了尿素溶液分解的流场要求，保证了尿素溶液的均匀热解，有效防止了尿素溶液由于流场不均匀等原因而发生低温结晶的问题。
此外，由于现场锅炉设置原因，热解用的热风来自锅炉空预器，而空预器布置在锅炉的下部，尿素在热解室内热解成氨气后经出口进入脱硝反应器，脱硝反应器布置在锅炉上部，因此，所述下进上出的热解装置进出口符合锅炉现场布置，可以减少很多热风管道、弯头，降低热风压力损失，降低成本。
(2)本实用新型所述的新型尿素热解制氨装置，所述进气管道的上端开口深入所述扩散段的内部设置。通过这样的设置，使得进入所述新型尿素热解制氨装置的热空气气流在扩散的过程中，不会直接接触到所述扩散段的内壁，而是由深入扩散段内部的进气管道出来自由扩散开，从而更好更快地获得均匀向下流动的热气流，有利于热气流与尿素溶液的混合充分，以及反应室内的温度均匀，有效防止热空气直接由入口进入锥形扩散段时由于强制扩散形成涡旋而导致温度场不均匀，较之现有技术中的尿素热解装置为了保证尿素的完全分解，需要设置较长的热解炉，现场布置困难，成本较高，本实用新型所述的新型尿素热解制氨装置，能够有效缩短热解反应器的长度，降低了热解装置对高度和体积的要求，减少了生产成本。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中，
图1是本实用新型实施例1所述新型尿素热解制氨装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例2所述新型尿素热解制氨装置的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-气体入口，2-进气管道，3-扩散段，4-气流分配装置，5-喷枪，6-喷嘴，7-反应室，8-收缩段，9-气体出口。
具体实施方式
实施例1
本实用新型所述的新型尿素热解制氨装置的结构如图1所示，包括沿竖直方向由上向下依次连接设置的进气管道2、扩散段3和反应室7。
其中，所述进气管道2为上下两端开口设置的筒体，所述进气管道2的下端开口为气体入口1；所述扩散段3与所述进气管道2的下端开口连通设置，所述扩散段3的直径沿竖直方向由上向下逐渐增大；所述反应室7与所述扩散段3的下端连接设置，作为优选的实施方式，本实施例中所述的反应室7由沿竖直方向由上向下依次连接设置的圆筒和收缩段8组成，其中所述收缩段8的直径沿竖直方向由上向下逐渐减小，在所述收缩段8的底端设置有气体出口9，在所述圆筒的内部设有喷枪5，所述喷枪的一端设有喷嘴6，用于顺着热空气流向向下喷射尿素溶液。
本实施例在所述反应室7内部且位于所述喷枪5上部设置有气流分配装置4，所述气流分配装置4为设有多个开孔的板，所述开孔均匀分布于所述板上，作为可以选择的实施方式，所述气流分配装置为平板且直径与所述反应室内径相等，其厚度为5-100mm。
实施例2
本实用新型所述的新型尿素热解制氨装置的结构如图2所示，包括沿竖直方向由下向上依次连接设置的进气管道2、扩散段3和反应室7。
其中，所述进气管道2为上下两端开口设置的筒体，所述进气管道2的下端开口为气体入口1；所述扩散段3与所述进气管道2的上端开口连通设置且所述进气管道2的上端开口深入所述扩散段3的内部设置，所述扩散段3的直径沿竖直方向由下向上逐渐增大；所述反应室7与所述扩散段3的上端连接设置，作为优选的实施方式，本实施例中所述的反应室7由沿竖直方向由下向上依次连接设置的圆筒和收缩段8组成，其中所述收缩段8的直径沿竖直方向由下向上逐渐减小，在所述收缩段8的顶端设置有气体出口9，在所述圆筒的内部设有喷枪5，所述喷枪的一端设有喷嘴6，用于顺着热空气流向向上喷射尿素溶液。
本实施例在所述反应室7内部且位于所述喷枪5下部设置有气流分配装置4，所述气流分配装置4为设有多个开孔的板，所述开孔均匀分布于所述板上，作为可以选择的实施方式，所述气流分配装置为平板且直径与所述反应室内径相等，其厚度为100mm。
本实施例中所述进气管道2深入所述扩散段3内部的部分沿竖直方向上的长度为100mm，作为可选择的实施方式，所述进气管道2深入所述扩散段内部的部分沿竖直方向上的长度可以为50-600mm。
本发明所述新型尿素热解制氨装置的工艺流程具体如下：
将350-600℃的热空气通过空气管道送至气体入口1，热空气经过进气管道2，自由扩散到扩散段3后再通过所述气流分配装置4，从而使得热空气气流进行了重新分配和导流，并在到达喷枪5位置时，流动方向更加垂直向上，平面的速度更加均匀，减小涡流影响，进一步使温度场和流速均匀的热空气与喷枪5喷射的雾化尿素溶液均匀接触，加热分解成氨气。其化学反应如下：
CO(NH2)2→NH3+HNCO
HNCO+H2O→NH3+CO2
分解后的氨气通过收缩段8底端的气体出口9和输送管道进入脱硝反应室进行选择性催化还原反应。
采用本实用新型的所述新型尿素热解制氨装置，为了能够达到制氨能力为300kg/h的生产水平，设置反应室7的直径为2400mm，从气体入口1到气体出口9的整体装置高度设置不大于13000mm，气体入口1到喷枪5水平位置的距离应大于1500mm，气体在反应室内的流速为1.2m/s，作为可以选择的实施方式，本实施例设置所述圆筒沿气流方向的高度为7000m，所述收缩段沿气流方向的高度为2000m，在此条件下，喷枪向上喷射的粒径可承受的范围为小于400μm，而且现场所用的热空气的进气管道总长度为40m，弯头为3个。而利用现有的尿素制氨热解装置进行同样实验，该尿素制氨热解装置与本实用新型的尿素制氨热解装置相比不同之处仅在气体流向是上进下出，且喷枪是向下喷射，所述现有热解装置的直径也为2400mm，气体在反应室内的流速范围也在1.2m/s，但喷枪喷射粒径的承受范围则变为小于100μm，否则就会产生分解不完全，出现结晶，增大了结晶危险，且如使用所述现有的热解装置，现场热空气进气管道所需要的总长度就会增加到90m，弯头增加到7个，大大增加了系统阻力和建造成本。此外，利用本实用新型的新型尿素热解制氨装置使得设备的整体高度缩短了15％以上，最大流速标准偏差的绝对值减小了3％，最大竖直方向偏角有了3度的改善。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种新型尿素热解制氨装置，包括沿竖直方向由下向上依次连接设置的：
进气管道，为上下两端开口设置的筒体；
扩散段，与所述进气管道的上端开口连通设置，所述扩散段的直径沿竖直方向由下向上逐渐增大；
反应室，与所述扩散段的上端连接设置，在所述反应室的内部设有喷枪，在所述反应室的顶端设置有气体出口；
其特征在于，在所述反应室的内部且位于所述喷枪的下方设置有气流分配装置。
2.根据权利要求1所述的新型尿素热解制氨装置，其特征在于，所述进气管道的上端开口深入所述扩散段的内部设置。
3.根据权利要求2所述的新型尿素热解制氨装置，其特征在于，所述进气管道深入所述扩散段内部的部分沿竖直方向上的长度为50-600mm。
4.根据权利要求1-3任一所述的新型尿素热解制氨装置，其特征在于，所述气流分配装置为设有多个开孔的板。
5.根据权利要求4所述的新型尿素热解制氨装置，其特征在于，所述开孔均匀分布于所述板上。
6.根据权利要求4所述的新型尿素热解制氨装置，其特征在于，所述板为平板。
7.根据权利要求6所述的新型尿素热解制氨装置，其特征在于，所述平板的厚度为5-100mm。
8.根据权利要求1-3任一所述的新型尿素热解制氨装置，其特征在于，所述反应室由沿竖直方向由下向上依次连接设置的圆筒和收缩段组成，其中所述收缩段的直径沿竖直方向由下向上逐渐减小，所述气体出口设置在所述收缩段的顶端，所述喷枪设置在所述圆筒的内部。
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