CN205500799U - 一种尿素热解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种尿素热解装置，包括热解壳体，所述壳体上设有喷枪和冷烟气进气管；所述喷枪设置在垂直于壳体中心轴的同一平面上，每个喷枪相对壳体倾斜设置，使从喷枪喷出的尿素溶液形成溶液旋流；所述冷烟气进气管设置在垂直于壳体中心轴的同一平面上，每个冷烟气进气管相对壳体倾斜设置，使从冷烟气进气管喷出的冷烟气形成冷烟气旋流；所述溶液旋流与冷烟气旋流方向相反。本实用新型使尿素溶液从喷枪喷入后的旋流方式和冷烟气的旋流方式相反，增大了烟气与尿素溶液的接触面积，延长了尿素溶液在炉内的时间，使得热解更加完全。通过设置换热装置，减少了尿素的结晶，同时通过回收的冷烟气对壳体内部的温度进行调节，达到节能的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及一种尿素热解装置。
背景技术
近年来，随着雾霾的日益严重，国家对NOx的排放的控制愈来愈严格。为了满足最新的排放要求，选择性催化还原反应(Selective CatalystReduction，简称SCR)因其脱硝效率高、工作温度低等优点在大型电站锅炉，尤其是300MW以上的机组上得到了广泛的应用。
SCR的还原剂一般有三种，尿素、氨水和液氨。液氨的危险性较高，一般不作为催化剂采用。
尿素制氨有两种工艺，热解工艺和水解工艺。由于水解反应的不完全性、装置不能及时响应NOx瞬时变化、氨逃逸过多或者制氨过少导致脱硝效率下降等不利因素，尿素制氨通常采用热解工艺。
尿素热解制氨系统体积紧凑，运行稳定、安全，投用率高，基本能满足SCR脱硝技术的各项指标，尤其适合旧锅炉改造。
传统的尿素热解装置存在的主要问题有：热解不充分、壳体尾部尿素易结晶沉积、在炉内的停留时间较短、热解不完全，等等。
授权公告号为CN 203558864U的中国专利文献公开了一种用于烟气脱销的尿素热解制氨的反应器，该装置包括反应器本体，壳体尾部设置有用于通入空气或者烟气的气体入口，反应器本体的上部设置有反应产物出口；反应器本体的侧面设置有若干用于向反应器本体内通入尿素溶液的溶液入口；反应器本体的外侧自上而下由若干组加热电阻丝包裹，且每组加热电阻丝分别连接有相应的控温装置。该实验装置的尿素溶液和烟气在反应室内均匀分布，同时在反应器本体外侧安装用于给反应器加热的加热电阻丝，可以使尿素在反应器内热解转化。该实用新型控制简单，但采用电加热，能耗较大。
现有的尿素热解装置存在的主要问题有：热解不充分、壳体尾部尿素易结晶沉积、在炉内的停留时间较短，热解不完全、消耗大量的燃料或者电能等等。
实用新型内容
本实用新型提供了一种尿素热解装置，该尿素热解装置可实现烟气和尿素溶液的充分混合，同时冷烟气的旋流方向与尿素溶液的旋流方向相反，增加尿素与高温烟气的接触时间，同时利用冷烟气调节炉内的温度，达到节能的目的。
一种尿素热解装置，包括带有高温烟气进气口和含氨气体出气口的热解壳体，所述壳体上设有喷枪，所述壳体上还设有至少两个冷烟气进气管；
所述喷枪至少有两个，设置在垂直于壳体中心轴的同一平面上，每个喷枪相对壳体倾斜设置，使从喷枪喷出的尿素溶液形成溶液旋流；
所述冷烟气进气管设置在垂直于壳体中心轴的同一平面上，每个冷烟气进气管相对壳体倾斜设置，使从冷烟气进气管喷出的冷烟气形成冷烟气旋流；
在壳体周向，所述溶液旋流与所述冷烟气旋流方向相反。
作为优选，所述进气口设置在壳体顶部，所述出气口设置在壳体底部；所述进气口处设有热烟气导流装置，该热烟气导流装置包括：
与壳体中心轴同轴的固定轴；
沿固定轴周向辐射状分布的至少两个螺旋形叶片；
在壳体轴向，所述热烟气导流装置、喷枪与冷烟气进气管自上而下依次设置；在壳体周向，从热烟气导流装置排出的高温烟气旋流，与所述溶液旋流方向相反。
作为优选，所述进气口与高温烟气管路连接；所述壳体底部设有对壳体尾端进行加热的换热装置，换热装置的高温管入口与所述高温烟气管路连通，换热装置的高温管出口通过带有阀门的管路与所述冷烟气进气管连通。本技术方案中，利用高温烟气提高壳体尾部的温度，减少尿素结晶。
本实用新型中，作为优选，可将换热装置设置在壳体尾部的外部，热源引自于入口处的高温烟气，通过对流换热，提高壳体尾部的温度，减少尿素的结晶，出口处的冷烟气，通过管道、阀门及进气管，进入到壳体上部，对装置内的温度进行调节。
本实用新型尿素热解装置的进气口处通入的是600℃左右的高温烟气，该烟气是作为尿素热解的热源；通入进气口的烟气经过热烟气导流装置后，会以旋流的方式向下流动，并与喷枪中喷射出的尿素溶液，喷枪下方冷烟气进气管中进入的用于控制炉内温度的旋流的冷烟气进行充分地混合，通过混合接触和对流换热，高温烟气将热量传递给尿素溶液，使其达到热解温度开始热解，旋流的方式延长了尿素在壳体内的停留时间，可以热解完全；在壳体下方温度较低的部位设有换热装置，利用高温烟气加热壳体的尾部，再从尿素热解装置的出气口将热解产生的氨引出，应用于SCR烟气脱硝工艺中。
本实用新型中，叶片数量可根据实际需要确定，一般为2～8片。所述叶片对称螺旋结构，能够使热烟气流场更加均匀，同时旋流的烟气能够对尿素溶液雾滴有吸引力，使得两者接触更加紧密，传热传质能加剧烈，热解更加充分。作为优选，叶片数量为4～6片。叶片数量过多不利于烟气的顺畅通入，每叶片之间的间距也可以设置为非等间距，但为使烟气均匀分散，采用等间距设置最为适宜。另外，每叶片之间可同时等角度设置。作为进一步优选，所述热烟气导流装置采用四叶片对称螺旋结构。
本实用新型中，所述中心轴可选择尖锥形结构，有利于引导热烟气进入多个旋流分区。作为优选，所述中心轴为尖端朝向进气方向的锥形结构。
作为优选，所述叶片的垂直高度为进气口直径的0.4～1.2倍，叶片的宽度为进气口直径的0.4～0.5倍。
作为优选，在壳体中心轴方向，所述冷烟气进气管设置在靠近壳体中部位置；所述喷枪靠近壳体的进气口设置。本实用新型中，喷枪位于壳体的上部，多个喷枪与壳体壁面有一定的角度，便于形成液体旋流；而冷烟气进气管，位于喷枪的正下方。
本实用新型中，壳体一般竖直设置，所述喷枪的位置设置在沿同一水平方向的不同的位置，至少有两个以上组成，与壳体壁面有一定的角度，形成切向旋流；
同时，本实用新型中将冷烟气进气管的位置设置在喷枪的正下方，数量与喷枪相同，与壳体壁面有一定的角度，形成方向与喷枪中喷出的尿素溶液旋流方向相反的旋流，可以使得尿素溶液与烟气混合的更加均匀；尿素溶液的旋流方向和冷烟气的旋流方向相反，加强了其在壳体内的混合。
作为进一步优选，所述喷枪与同一虚拟圆I相切；所述冷烟气进气管与同一虚拟圆II相切；所述虚拟圆I和虚拟圆II的圆心均位于壳体中心轴上，且大小相等。上述技术方案中，沿中心轴周向，每个喷枪相对壳体倾斜方向相同，每个冷烟气进气管相对壳体倾斜方向相同。
作为优选，喷枪的数量设置为6个，等角度设置，形成的旋流方式为顺时针或者逆时针。
作为优选，冷烟气进气管的数量设置为6个，等角度设置，方向与喷枪的方向相反，形成的假想切圆的半径与尿素溶液形成的假想切圆的半径大小相同，相反形成的旋流方式为逆时针或者顺时针。作为进一步优选，所述喷枪数与所述冷烟气进气管数量相同且位置一一对应。
作为优选，所述壳体包括依次连接的进口段、上变口段、中间混合段、下变口段和出口段；所述进口段内设有热烟气导流装置；所述下变口段外部设有换热装置；所述喷枪设置在中间混合段靠近上变口段的上部；所述冷烟气进气管位于喷枪的下方的中间混合段上；所述进口段与高温烟气管连接，所述换热装置的高温管入口同时与高温烟气管连接，所述冷烟气进气管通过带阀门的管路与换热装置的高温管出口相连。本实用新型中，在进口段与中间混合段之间设置一段上变口段，使烟气进入后缓慢均匀扩散。作为优选，我们选取为壳体入口烟气量的20％的高温烟气作为尾部换热器的热源，本技术方案，可通过设置阀门实现。
作为优选，所述进口段与中间混合段的直径比为1:2～4。
本实用新型中，喷枪位于壳体的上部，至少有两个组成，喷枪与壳体的壁面成一定的角度，以便尿素喷入后形成沿顺时针/逆时针旋流并均匀分布；冷烟气(壳体尾部换热器中的高温烟气与尾部内烟气对流换热后，换热器出口处温度较低的烟气，称为冷烟气)的进气管，位于尿素喷枪的正下方，至少有两个组成，与壁面成一定的角度，以便冷烟气进入壳体后形成与尿素溶液相反的旋流方向(逆时针/顺时针)并均匀分布，增大了烟气与尿素溶液的接触面积；设置在壳体尾部的外部的换热装置的进气口接高温烟气，从另一侧流出的冷烟气从喷枪下部的进气管以旋流的方式进入到壳体内；根据工况不同，炉内所需的温度不同，通过冷烟气管道上阀门的开度控制冷烟气的流量，达到对装置内温度进行调节的作用；冷烟气的旋流方向与尿素溶液的旋流方向相反，加强了在壳体内的混合；本实用新型结构增加了烟气和尿素溶液的接触面积，使烟气与喷枪喷出的尿素溶液充分混合，利用烟气的余热，提高了装置尾部的温度，减少了尿素结晶的同时，充分利用冷烟气对进口处的温度进行调节，达到节能的目的。
与现有技术相比，本实用新型主要具有以下有益效果：
(1)本实用新型在尿素热解装置的进气口处安装设置了导流装置，使通入进气口的烟气经过导流装置后形成旋流并均匀分布；
(2)尿素溶液从喷枪喷入后的旋流方式和冷烟气的旋流方式相反，增大了烟气与尿素溶液的接触面积，延长了尿素溶液在炉内的时间，使得热解更加完全。
(3)本实用新型尿素热解装置在壳体尾部设置了换热装置，提高了尾部的温度，减少了尿素的结晶。
(4)换热装置出口处的冷烟气经过管道已旋流的方式进入到壳体的上部，可以对壳体内部的温度进行调节。
附图说明
图1为本实用新型尿素热解装置的结构示意图；
1、壳体；2、进口段；3、上变口段；4、中间混合段；5、下变口段；6、出口段；7、热烟气导流装置；8、喷枪；9、冷烟气进气管；10、换热器；11、电加热器；7-1叶片；7-2固定轴。
图2为本实用新型尿素热解装置中尿素溶液喷枪的结构示意图；
图3为本实用新型尿素热解装置中冷烟气进气管的结构示意图；
图4为本实用新型尿素热解装置中进口段的热烟气导流装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示，一种尿素热解装置，包括：壳体1，壳体1的顶部设有供高温烟气通入的进气口，壳体1的底部设有供含氨混合气体流出的出气口(图1中为氨气出口)。按功能分段，可将壳体分为以下五段，依次为进口段2、上变口段3、中间混合段4、下变口段5和出口段6。其中下变口段5的外部设有换热器10，烟气入口上方设有辅助的电加热器11。进气口设置在进口段2，高温烟气可通过管道引入进口段2，将烟气通入到本实用新型的尿素热解装置用于使尿素热解。出口段6可与烟气脱硝系统中还原剂分配装置连接，将热解后得到的氨气直接用于烟气脱硝工艺中。
电加热器11设置在高温烟气管路靠近进口段2的位置，根据需要对高温烟气的温度进行控制。进口段与中间混合段的直径比为1:2～4。
结合图4，本实用新型尿素热解装置的进口段2处焊接有热烟气导流装置7，热烟气导流装置7由固定轴7-2和沿固定轴7-2周向辐射状分布的4片叶片7-1组成，固定轴7-2与壳体中心轴同轴设置，叶片与叶片间的间距为等间距，也可进行非等间距设置，但为使烟气均匀分散，采用等间距设置最为适宜。叶片的垂直高度为进气口直径的0.4～1.2倍，叶片的宽度为进气口直径的0.4～0.5倍。叶片自上而下沿固定轴7-2周向逆时针布置，形成逆时针旋转的高温烟气旋流。本实用新型专利采用了对称螺旋结构，能够使热烟气流场更加均匀，同时旋流的烟气能够对尿素溶液雾滴有吸引力，使得两者接触更加紧密，传热传质能加剧烈，热解更加充分。中间的固定轴7-2可改为尖锥形，有利于引导热烟气进入四个旋流分区。
上变口段3为锥台型结构，小口朝上，大口朝下，保证高温烟气顺利的以旋流的形式进入到中间混合段4中。中间混合段4为柱形结构，半径不变。
结合图2，在尿素热解装置壳体1的壳壁上设置有喷枪8，喷枪8位于中间混合段的上方，喷枪的数量共有6个，6个喷枪沿壳体中心轴均匀布置，每个喷枪与壳体之间以相同的角度设置，保证从喷枪喷出的尿素溶液先形成顺时针的旋流，与进口段2进入的高温烟气，和从冷烟气进气管9进入的逆时针旋流的冷烟气混合，两个旋流方向相反的气流/液体流与高温烟气充分混合后，一同向下运动，从热解装置的出口段6流出。
结合图3，在尿素热解装置壳体1的壳壁上设置有冷烟气进气管9，位于喷枪8的下方，数量为6个，靠近中间混合段4中部设置，冷烟气进气管9在竖直方向投影的位置与喷枪的相同，即冷烟气进气管9与喷枪8数量相等，上下位置一一对应，冷烟气进气管相对壳体设置的角度与喷枪的角度的相反，以便形成旋流方向相反的冷烟气流。
图2中，6个喷枪与同一个虚拟圆相切，我们称之为假想切圆I，该假想切圆与壳体中心轴垂直，且圆心位于壳体的中心轴上。图3中，6个冷烟气进气管与同一个虚拟圆相切，我们称之为假想切圆II，该假想切圆与壳体中心轴垂直，且圆心位于壳体的中心轴上。假想切圆I和假想切圆II上下对正，且半径相同，保证尿素溶液与烟气混合的更加均匀。下变口段5为倒锥台结构，大口朝上，小口朝下，保证生成的含氨混合器顺利的排出。在尿素热解装置的下变口段5的外部设有换热器10，为方形，换热器10高温管路的入口热源为高温烟气，高温管路的出口处的冷烟气经过管道、阀门及烟气进气管9喷入到尿素热解装置的壳体内，实现对尿素热解装置内温度的调整。本实施例中，我们选取为壳体入口烟气量的20％的高温烟气作为尾部换热器的热源，本技术方案，可通过设置阀门实现。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种尿素热解装置，包括带有高温烟气进气口和含氨气体出气口的热解壳体，所述壳体上设有喷枪，其特征在于，所述壳体上还设有至少两个冷烟气进气管；
所述喷枪至少有两个，设置在垂直于壳体中心轴的同一平面上，每个喷枪相对壳体倾斜设置，使从喷枪喷出的尿素溶液形成溶液旋流；
所述冷烟气进气管设置在垂直于壳体中心轴的同一平面上，每个冷烟气进气管相对壳体倾斜设置，使从冷烟气进气管喷出的冷烟气形成冷烟气旋流；
在壳体周向，所述溶液旋流与所述冷烟气旋流方向相反。
2.根据权利要求1所述的尿素热解装置，其特征在于，所述喷枪与同一虚拟圆I相切；所述冷烟气进气管与同一虚拟圆II相切；所述虚拟圆I和虚拟圆II的圆心均位于壳体中心轴上，且大小相等。
3.根据权利要求1所述的尿素热解装置，其特征在于，所述喷枪数与所述冷烟气进气管数量相同且位置一一对应。
4.根据权利要求1所述的尿素热解装置，其特征在于，在壳体中心轴方向，所述冷烟气进气管设置在靠近壳体中部位置；所述喷枪靠近壳体的进气口设置。
5.根据权利要求1所述的尿素热解装置，其特征在于，所述进气口设置在壳体顶部，所述出气口设置在壳体底部；所述进气口处设有热烟气导流装置，该热烟气导流装置包括：
与壳体中心轴同轴的固定轴；
沿固定轴周向辐射状分布的至少两个螺旋形叶片；
在壳体轴向，所述热烟气导流装置、喷枪与冷烟气进气管自上而下依次设置；在壳体周向，从热烟气导流装置排出的高温烟气旋流，与所述溶液旋流方向相反。
6.根据权利要求5所述的尿素热解装置，其特征在于，所述中心轴为尖端朝向进气方向的锥形结构。
7.根据权利要求5所述的尿素热解装置，其特征在于，所述叶片的垂直高度为进气口直径的0.4～1.2倍，叶片的宽度为进气口直径的0.4～0.5倍。
8.根据权利要求1所述的尿素热解装置，其特征在于，所述进气口与高温烟气管路连接；所述壳体底部设有对壳体尾端进行加热的换热装置，换热装置的高温管入口与所述高温烟气管路连通，换热装置的高温管出口通过带有阀门的管路与所述冷烟气进气管连通。
9.根据权利要求1所述的尿素热解装置，其特征在于，所述壳体包括依次连接的进口段、上变口段、中间混合段、下变口段和出口段；所述进口段内设有热烟气导流装置；所述下变口段外部设有换热装置；所述喷枪设置在中间混合段靠近上变口段的上部；所述冷烟气进气管位于喷枪的下方的中间混合段上；所述进口段与高温烟气管连接，所述换热装置的高温管入口同时与高温烟气管连接，所述冷烟气进气管通过带阀门的管路与换热装置的高温管出口相连。
10.根据权利要求9所述的尿素热解装置，其特征在于，所述进口段与中间混合段的直径比为1:2～4。
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