CN204569442U - 一种尿素热解制氨反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种尿素热解制氨反应装置，包括依次布置有的热介质进口、入口锥段和本体直段的容器，以及布置于所述容器内的尿素溶液喷枪，所述尿素溶液喷枪在所述容器顶部轴向布置，且尿素溶液喷枪喷口位置设在入口锥段的入口处。本实用新型解决热介质和尿素溶液混合均匀性问题，且热解反应装置整体高度低，介质反应时间长，反应效率高，系统阻力小。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制氨装置，尤其涉及选择性催化还原烟气脱硝工艺的尿素热解制氨反应装置。
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)广泛应用于火电厂烟气中氮氧化物的脱除。SCR脱硝工艺的还原剂主要有液氨、氨水和尿素三种形态。随着脱硝还原剂储存、制备技术的日渐成熟，脱硝还原剂的选择主要从安全与经济角度考虑。因此作为安全性要求较低且便于储存、运输的SCR脱硝还原剂-尿素被越来越多的应用于烟气脱硝工程中。
尿素分解制氨工艺主要有热解和水解两种工艺，其中尿素热解工艺由于是在常压运行，不存在氨泄漏，且热解工艺较水解工艺具有投资成本低，运行更稳定，变负荷时响应时间短等优势，越来越多地被电厂采用。尿素发生充分热解反应的条件是尿素溶液的雾化效果、热介质温度、足够的停留时间。当尿素溶液雾化效果和热介质温度相同的条件下，为尿素热解提供足够的停留时间是尿素热解反应装置设计需重点考虑的。
现有的尿素热解装置结构大多为内空的竖直容器，包括入口锥段，圆柱体直段和出口锥段。热介质从顶部进入，尿素溶液喷枪通常在热解装置圆柱体直段上部径向布置，顶部进入的热介质通过入口锥段降低流速后与喷枪出口尿素溶液混合发生热解反应，为了使通过锥段减速的热介质在低速区与喷入的尿素溶液混合均匀，需增加入口锥段的长度，在保证热解反应时间不变的条件下，需增加热解反应器的整体高度，增加了成本且现场安装布置困难。研究表明当热介质通过入口锥段后，流速的分布为中间速度高，四周速度低，分布并不均匀，与喷入的尿素溶液流速难以很好匹配。因此常规尿素热解装置还要在尿素喷枪后设置整流装置以改善流速分布，但这样的设置增加了热解装置的阻力。
专利文献CN202849079 U公开了一种尿素热解反应器，包括入口段，带喷射器的反应器本体和出口段，在入口段设置用于引导气体旋流的旋流装置，用于延长尿素溶液和热空气的停留时间以利于尿素的分解。但这种旋流装置安装在高流速的热解装置入口段，旋流效果有限，且当热介质引接含尘热风(如热一次风)时，在高流速下(流速一般为20m/s左右)容易发生磨损失效，同时增加了系统的阻力。为了起到旋流效果，旋流装置出口与尿素喷嘴之间需留有足够长度的稳定段，需要增加热解装置的整体高度，增加了成本且不利于现场安装和布置，在实际工程中难以实施。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提出一种尿素热解制氨反应装置，解决热介质和尿素溶液混合均匀性问题，且热解反应装置整体高度低，介质反应时间长，反应效率高，系统阻力小。
本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：
一种尿素热解制氨反应装置，包括依次布置有热介质进口、入口锥段和本体直段的容器，以及布置于所述容器内的尿素溶液喷枪，所述尿素溶液喷枪在所述容器顶部轴向布置，且尿素溶液喷枪喷口位置设在入口锥段的入口处。
上述方案中，喷枪从热解反应装置顶部轴向布置，在热解反应装置入口锥段前喷入尿素溶液，并与热介质一起随入口锥段扩散分布。相对在热解反应装置本体直段径向布置喷枪的结构，这种结构形式使尿素溶液提前喷入热介质中，延长了混合时间，使热解反应更充分。喷枪喷口位置设在热解反应装置入口锥段的入口处，喷入的尿素溶液正好在热介质扩散起点且位于中心位置，尿素溶液随热介质一起沿锥段扩散混合。相对于常规的在热介质低速区喷入尿素溶液再混合，该实用新型更容易使尿素溶液与热介质充分混合，有利于尿素溶液充分热解。
作为选择，所述容器竖直布置。
作为选择，所述热介质进口与本体直段成90°角。
上述方案中，热介质从热解反应装置顶部水平转90度后垂直向下进入，流向的改变有利于热介质进入后降速扩散。
作为选择，所述容器在本体直段之后还依次设有出口锥段和热解装置出口，所述热解装置出口与本体直段成180°角。
作为选择，所述尿素溶液喷枪设在入口锥段中心位置。
作为进一步选择，所述尿素溶液喷枪采用防磨材质或防磨结构。
上述方案中，喷枪设在入口锥段中心位置，采用防磨材质或防磨结构，喷枪对进入锥段的热介质的阻挡作用，能有效改善扩散流体体中心流速偏高而外围流速偏低的情况，有利于高速流体在反应装置截面上的均匀扩散和分布，优化流场，更有利于尿素均匀受热分解。
前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案：如本实用新型，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本实用新型的工作流程：热介质由热解反应装置顶部热介质进口进入，水平转弯90°后垂直向下进入热解反应装置内，与喷枪喷入的尿素溶液混合后经短距离的入口锥段扩散后，流速迅速降低，并沿本体直段下行过程中完成热解反应，热解产物经底部出口锥段和热解装置出口送入供氨管道中。
尿素溶液喷枪布置在入口锥段的上部入口中心处，使热介质与尿素溶液在入口锥段提前混合，并有效降低中心区域热介质流速，优化流场，改善混合效果，使热解反应更加充分。同时在停留时间相同的前提下，有效降低热解装置的高度，降低成本且便于安装。
热介质可以是加热后的热空气、热烟气、热一次风、或热二次风。热介质与尿素溶液在进入热解装置直段前已预先进行混合，热解装置可不设置均流或旋流装置，系统阻力很低，并且无需考虑均流或旋流装置的更换和检修，结构简单，维护工作量小。
本实用新型在热解装置热流体的入口设置喷枪，此处热流体的流速较快，动量大，有利于尿素溶液和热流体的充分混合。另外热介质和尿素溶液的提前混合相当于增加了热解装置的有效长度，延长了尿素溶液在热解装置内的停留时间，有利于尿素在热解装置内完全热解。
本实用新型的有益效果：装置采用尿素喷枪轴向布置，尿素溶液与热介质提前混合，与热介质在流速上能更好地匹配，混合时间长，混合效果好，热解反应更加充分，系统阻力小；因入口更好的降速扩散效果，可以做到锥形入口高度更短，设备整体高度更低的情况下为尿素溶液提供更长的停留时间，尿素热解反应更充分彻底，减少因反应不充分产生的固体产物堵塞管道的风险；热解装置内部不需要设置均流装置，系统阻力更低，不存在均流装置或旋流装置在含尘高温热介质中磨损更换的问题。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图；
图中，1为热介质进口，2为热解装置出口，3为本体直段，4为尿素溶液喷枪，5为底部排污口，6为入口锥段，7为出口锥段。
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。
参考图1所示，一种尿素热解制氨反应装置，包括设有自上至下的热介质进口1、入口锥段6、本体直段3、出口锥段7和热解装置出口2的竖直容器，以及布置于竖直容器内的尿素溶液喷枪4，还包括底部排污口5以及支撑装置(未示出)等。尿素溶液喷枪4在竖直容器顶部轴向布置，且尿素溶液喷枪4喷口位置设在入口锥段6的入口处。作为选择，如本实施例所示，热介质进口1与本体直段3成90°角，尿素溶液喷枪4在热介质入口的转弯处轴向布置。还可以热介质进口1直接垂直方向进入热解炉。热解装置本体直段3为圆柱体结构，采用耐高温的材料制作。热解装置出口2与本体直段3成180°角。尿素溶液喷枪4设在入口锥段6中心位置。尿素溶液喷枪4采用高效的双介质喷枪，采用防磨材质或防磨结构。喷枪采用压缩气体对尿素溶液进行雾化，雾化气体可以是压缩空气、氮气等其他惰性气体。热介质进入热解装置前的温度为600～650℃，热介质可以是加热后的热空气、热烟气、热一次风、或热二次风。
热介质从热解反应装置顶部热介质进口1水平方向进入，经90度弯头导流后垂直向下进入热解反应装置入口锥段6并扩散。顶部轴向布置的尿素溶液喷枪4，在入口锥段的入口处喷入雾化尿素溶液，在此与热介质混合并一起沿入口锥段6扩散至圆柱形本体直段3的整个截面，流速迅速降低。低速的混合流体在下行过程中受热汽化并使尿素发生充分热解，产生的NH3和CO2的混合产物气体经热解反应装置的出口锥段7收集后从热解装置出口2排出。底部排污口5可以在停运时打开清除沉积的固体杂物，避免出口管道堵塞。
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 (6)
1.一种尿素热解制氨反应装置，包括依次布置有的热介质进口、入口锥段和本体直段的容器，以及布置于所述容器内的尿素溶液喷枪，其特征在于：所述尿素溶液喷枪在所述容器顶部轴向布置，且尿素溶液喷枪喷口位置设在入口锥段的入口处。
2.如权利要求1所述的尿素热解制氨反应装置，其特征在于：所述热介质进口与本体直段成90°角。
3.如权利要求1所述的尿素热解制氨反应装置，其特征在于：所述容器在本体直段之后还依次设有出口锥段和热解装置出口，所述热解装置出口与本体直段成180°角。
4.如权利要求1所述的尿素热解制氨反应装置，其特征在于：所述尿素溶液喷枪设在入口锥段中心位置。
5.如权利要求4所述的尿素热解制氨反应装置，其特征在于：所述尿素溶液喷枪采用防磨材质或防磨结构。
6.如权利要求1所述的尿素热解制氨反应装置，其特征在于：所述容器竖直布置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520189049.6U CN204569442U (zh) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 一种尿素热解制氨反应装置 |
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| CN201520189049.6U CN204569442U (zh) | 2015-03-31 | 2015-03-31 | 一种尿素热解制氨反应装置 |
Publications (1)
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| CN (1) | CN204569442U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106622043A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-10 | 中核四0四有限公司 | 一种用于流化床脱硝技术的硝酸铀酰进料装置 |
| CN113083206A (zh) * | 2021-05-12 | 2021-07-09 | 北京未来明能科技有限公司 | 一种尿素分解制氨方法及装置 |
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- 2015-03-31 CN CN201520189049.6U patent/CN204569442U/zh active Active
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