CN207713416U - 燃煤锅炉烟气scr脱硝装置尿素深度水解制氨系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统。本实用新型包括尿素溶液存储与输送系统、尿素溶液水解系统、氨气/空气混合系统、蒸汽凝结水系统和尿素溶解系统；所述的尿素溶解系统包括拆包机、皮带输送机、斗式提升机、尿素溶解罐以及溶解泵；所述的拆包机用于袋装尿素拆包，拆包后的尿素颗粒落入皮带输送机，然后经斗式提升机输送到预先加入除盐水的尿素溶解罐内，所述的溶解泵入口连接尿素溶解罐的底部，出口连接尿素溶液存储与输送系统。本实用新型利用袋装尿素易于存储和运输的特点，通过设置拆包机、皮带输送机和斗式提升机进行拆包输送，系统设备简单，布置灵活方便，提高系统的适用性并降低工程造价。
Description
技术领域
本实用新型涉及尿素水解制氨领域，具体地说是一种应用于燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统。
背景技术
氮氧化物（NOx）是主要的大气污染物之一。随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的发布，对燃煤电厂烟气污染物NOx的排放限值的要求越来越严格。烟气脱硝是国内外广泛采用的控制燃煤锅炉烟气中NOx的有效方法，燃煤电厂发电机组绝大部分都设置了烟气脱硝装置，选择性催化还原法（SCR）是目前应用最广泛、最成熟可靠、脱硝效率最高的烟气脱硝技术，目前世界上绝大多数燃煤锅炉烟气脱硝都采用该技术。而在SCR脱硝技术中所采用的还原剂可以选择液氨、氨水和尿素。由于液氨价格便宜，运行成本低，早期的SCR脱硝装置多采用液氨蒸发工艺，但由于液氨具有毒性和腐蚀性，且容易挥发，存在较大的安全隐患，属于重大危险源，运输和储存都有特殊的规定，受到严格的管制。氨水中的氨浓度较低，运输成本高，并且工业氨水中有较多的金属离子，对SCR催化剂的寿命有一定的影响，因此在燃煤电站的SCR脱硝装置中应用并不广泛。尿素是一种无毒无害的固体颗粒，运输、储存安全便利，对环境无害。出于安全性和实用性的考虑，为了克服液氨运输、卸料、储存、运行、检修等环节存在的安全隐患，适用于SCR烟气脱硝的尿素制氨技术逐渐引起人们的关注。目前尿素制氨的技术主要有尿素热解和尿素水解两种。相比热解制氨，水解制氨过程比较彻底，无副产物产生，能耗小，只需要低品位的蒸汽即可满足水解反应的热量需求，运行成本低。
目前，SCR脱硝装置尿素水解制氨系统，尿素颗粒大多数都采用筒仓存储，筒仓设备宠大，设备荷载较大，支撑结构复杂，投资成本高；另外尿素颗粒容易吸潮，筒仓下料口容易板结堵塞。而对于尿素水解反应器，工程上大多采用长圆柱状结构U型加热管束布置在反应器筒体中心下半部分，尿素溶液从反应器底部由管道直接输入筒体，与蒸汽盘管间接换热，往往导致尿素溶液浓度分布不均，随着反应的进行，换热不均匀现象越来越明显，极易导致尿素溶液局部过热或加热不足，影响反应器的正常运行，无法适用SCR脱硝装置负荷变化，同时也导致蒸汽耗量增大。尿素水解反应器腐蚀问题一直比较突出，尽管大多数设备都采用了不锈钢材质，但由于中间产物氨基甲酸胺的存在，对设备的腐蚀仍然较大，影响设备寿命。尿素水解制氨系统能耗对系统运行成本产生重大的影响，因此低能耗尿素水解系统具有广阔的应用前景。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有尿素溶液水解制氨反应器存在的上述问题，提供一种燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素溶液深度水解制氨系统，其利用袋装尿素易于运输存储的特点，设置拆包机、皮带输送机以及斗式提升机，将袋装尿素拆卸并输送至尿素溶解罐内，简化设备，方便布置，提高系统的适应性，同时降低投资成本。
为此，本实用新型采用如下的技术方案：燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，包括尿素溶液存储与输送系统、尿素溶液水解系统、氨气/空气混合系统、蒸汽凝结水系统和尿素溶解系统；
所述的尿素溶解系统包括拆包机、皮带输送机、斗式提升机、尿素溶解罐以及溶解泵；所述的拆包机用于袋装尿素拆包，拆包后的尿素颗粒落入皮带输送机，然后经斗式提升机输送到预先加入除盐水的尿素溶解罐内，所述的溶解泵入口连接尿素溶解罐的底部，出口连接尿素溶液存储与输送系统。
作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶解罐与溶解泵出口管道之间设有尿素溶液再循环管。
作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶解罐内设有蒸汽加热盘管和搅拌器，尿素溶解罐的顶部设有排气风机。
作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶液存储与输送系统包括尿素溶液储罐和输送泵，所述的尿素溶液储罐内设蒸汽加热盘管，所述的输送泵入口与尿素溶液储罐的底部连接，出口与尿素溶液水解系统的尿素溶液进口连接。
作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶液储罐与输送泵出口管道之间设有尿素溶液再循环管。
作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶液水解系统包括尿素溶液水解反应器和压缩空气储罐，所述的尿素溶液水解反应器采用带耦合增效传热装置的水解反应器，用于增强水解反应体系传热传质效率；所述压缩空气储罐的一端连接用气总管，另一端与尿素溶液水解反应器的压缩空气入口连接。
作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶液水解反应器内设有U型蒸汽加热管束，在其两侧设置折流板和尿素溶液分配器，在其下部设有压缩空气分配管，使得尿素溶液水解反应器内尿素溶液和加热蒸汽盘管热量均匀分布，避免产生尿素溶液局部过或加热不足等问题，确保水解反应器正常运行，减少加热蒸汽的耗量，节约运行成本。压缩空气分配管由压缩空气储罐提供压缩空气，增加尿素溶液的溶解氧，有利于缓解氨基甲酸胺对水解反应器不锈钢材质的腐蚀。
作为上述技术方案的补充，所述尿素溶液水解反应器的顶部设有除雾装置，尿素溶液水解产生的氨气经除雾装置除雾后进入氨气/空气混合系统。
作为上述技术方案的补充，所述的氨气/空气混合系统包括氨气/空气混合器、空气加热器以及稀释风机，所述的氨气/空气混合器内，尿素溶液水解反应器产生的氨气与来自稀释风机经空气加热器加热后的空气混合，送至SCR脱硝装置的氨喷射格栅。所述的空气加热器利用蒸汽作为热源。所述的稀释风机提供的稀释风也可以由锅炉冷一次风代替。
作为上述技术方案的补充，所述的蒸汽凝结水系统包括凝结水箱、疏水泵以及拌热泵，所述的疏水泵入口连接凝结水箱底，出口分成两路，一路将蒸汽凝结水输送至凝结水回收系统，另一路与尿素溶解罐连接；所述的伴热泵入口连接凝结水箱底部，出口与尿素溶液输送管道的伴热管线连接，将凝结水用于尿素溶液管道伴热，伴热后的凝结水仍回到凝结水箱内。蒸汽凝结水作为尿素溶液输送管道的伴热热源，进一步提高系统热效率，降低系统能耗。
本实用新型具有以下的有益效果：本实用新型尿素采用袋装尿素，便于运输和存储，利用拆包机、皮带输送机以及斗式提升机拆卸和输送尿素颗粒至尿素溶解罐，设备简单，布置灵活方便，解决尿素筒仓易于板结堵塞等问题，同时降低运行及投资成本。尿素水解反应器采用带耦合增效传热装置的尿素水解反应器，水解反应器内设有U型蒸汽加热管，加热管束两侧设置折流板和尿素溶液分配器，并设有压缩空气分配管，使得水解反应器内尿素溶液和加热蒸汽盘管热量均匀分布，避免产生尿素溶液局部过或加热不足等问题，确保水解反应器正常运行，提高水解反应器适应脱硝装置负荷变化的需求，同时减少加热蒸汽的耗量，节约运行成本。压缩空气分配管由压缩空气储罐提供压缩空气，增加尿素溶液的溶解氧，有利于缓解氨基甲酸胺对水解反应器不锈钢材质的腐蚀。利用蒸汽加热器作为稀释风的加热设备及热源，设备体积小，能耗低。
附图说明
图1为本实用新型的工艺流程示意图。
其中：1为拆包机；2为皮带输送机；3为斗式提升机；4为尿素溶解罐；5为排气风机；6为搅拌器；8为溶解泵；9为尿素溶液储罐；10为加热盘管；11为输送泵；12为尿素溶液水解反应器；13为U型加热管束；14为折流板；15为尿素溶液分配器；16为压缩空气分配管；17为除雾装置；18压缩空气储罐；19为氨气/空气混合器；20为空气加热器；21为稀释风机。22为凝结水箱；23为疏水泵；24为拌热泵。
具体实施方式
下面结合说明书附图给出本实用新型的一个最佳实施方式。
如图1所示的一种燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，由尿素溶解系统、尿素溶液存储与输送系统、尿素溶液水解系统、氨气/空气混合系统以及蒸汽凝结水系统组成。
所述尿素溶解系统，包括拆包机1、皮带输送机2、斗式提升机3、尿素溶解罐4以及溶解泵8。拆包机1用于袋装尿素拆包，拆包后的尿素颗粒落入皮带输送机2；然后经斗式提升机3输送到尿素溶解罐4内，同时罐内加入除盐水；尿素溶解罐4顶部设有排气风机5，罐内设有搅拌器6和蒸汽加热盘管10；溶解泵8入口连接尿素溶解罐4底部，出口连接尿素溶液储罐9，溶解罐4与溶解泵8出口管道之间设有尿素溶液再循环管。
所述尿素溶液存储与输送系统，包括尿素溶液储罐9和输送泵11。尿素溶液储罐9内设蒸汽加热盘管10；输送泵11入口与储罐9底部连接，出口与尿素水解反应器12尿素溶液进口连接，尿素溶液储罐9与输送泵11出口管道之间设有尿素溶液再循环管。
所述尿素溶液水解系统，包括尿素溶液水解反应器12和压缩空气储罐18。尿素溶液水解反应器12采用带耦合增效传热装置的水解反应器。带耦合增效传热装置的水解反应器内设有U型蒸汽加热管束13，加热管束13两侧设有折流板14和尿素溶液分配器15，下部设有压缩空气分配管16。压缩空气储罐18的一端连接用气总管，另一端与尿素溶液水解反应器12压缩空气入口连接。在设定温度和压力条件下尿素溶液水解产生的氨气经水解反应器12顶部的除雾装置17除雾后进入氨气/空气混合系统。
所述的氨气/空气混合系统，包括氨气/空气混合器19、空气加热器20以及稀释风机21。氨气/空气混合器19内，尿素水解反应器12产生的氨气与来自稀释风机21经空气加热器20加热后的空气混合，达到设定浓度后送至SCR脱硝装置的氨喷射格栅。空气加热器20利用蒸汽作为热源。稀释风机21提供的稀释风也可以由锅炉冷一次风代替。
所述的蒸汽凝结水系统包括凝结水箱22、疏水泵23以及拌热泵24。凝结水箱收集来自尿素溶解罐4内蒸汽加热盘管10凝结水、尿素溶液储罐9蒸汽加热盘管10凝结水、尿素溶液水解反应器12U型蒸汽加热管束13凝结水、稀释风空气加热器20凝结水以及各蒸汽管路疏水。疏水泵23入口连接凝结水箱22底部，出口分成两路，一路将本系统内的蒸汽凝结水输送至全厂凝结水回收系统，另一路与尿素溶解罐4连接。伴热泵24入口连接凝结水箱22底部，出口与尿素溶液输送管道的伴热管线连接，将凝结水用于尿素溶液管道伴热，伴热后的凝结仍回到凝结水箱22内。
所述尿素溶液水解制氨系统的各管道上还设有相应截止阀、闸阀、球阀、止回阀、疏水阀以及调节阀等控制阀门及阀组。
所述尿素溶液水解制氨系统内的各设备上还设有相应的温度计、压力表、安全阀、液位计以及流量计等监控仪器仪表及设备。
本实用新型的工作过程如下：
袋装尿素经拆包机1拆卸后，尿素颗粒落入皮带输送机2，输送至斗式提升机3入料口，斗式提升机3将尿素颗粒输送至尿素溶解罐4内，尿素溶解罐4内预先通过管道加入除盐水。尿素溶解罐4内的蒸汽加热盘管10通入蒸汽，加热除盐水，在搅拌器6作用下，尿素溶液逐渐溶解达到设计浓度。蒸汽换热后的凝结水排入凝结水箱22。尿素溶液通过溶解泵8输送至尿素溶液储罐9内备用。溶解泵8入口连接尿素溶解罐4底部，出口连接尿素溶液储罐9，在尿素溶解罐4与溶解泵8出口管道之间设有尿素溶液再循环管。尿素溶解罐4顶部设有排气风机5，以排除罐内的水雾。
尿素溶液储罐9内的尿素溶液经输送泵11打至尿素溶液水解反应器12尿素溶液入口。尿素溶液储罐9内设有蒸汽加热盘管10，保持罐内溶液温度不低于设计值，以防止尿素结晶。蒸汽换热后的凝结水排入凝结水箱22。输送泵11入口与储罐9底部连接，出口与尿素溶液水解反应器12尿素溶液进口连接，尿素溶液储罐9与输送泵11出口管道之间设有尿素溶液再循环管。
尿素溶液水解反应器12采用带耦合增效传热装置的水解反应器。带耦合增效传热装置的水解反应器内设有U型蒸汽加热管束13，在其两侧设有折流板14和尿素溶液分配器15，下部设有压缩空气分配管16。尿素溶液经尿素溶液分配器15均匀分配至水解反应器12筒体内。U型蒸汽加热管束13通入蒸汽后，在折流板14、尿素溶液分配器15以及压缩空气分配管16的作用下，U型蒸汽加热管束13产生的热量在水解反应器12内的分布更加均匀，增强了系统的传热效率。压缩空气储罐18一端连接用气总管，另一端与尿素溶液水解反应器12压缩空气入口连接。压缩空气经压缩空气分配管16均匀分配至水解反应器12筒体内，增加尿素溶液溶解氧，减缓氨基甲酸胺对不锈钢材质的腐蚀。在设定温度和压力下，尿素水解反应器12内的尿素溶液逐步水解成生成NH3和CO2。混合气体夹带水雾从尿素水解反应器12顶部经除雾装置17除雾后排出，进入氨气/空气混合系统。蒸汽换热后的凝结水排入凝结水箱22。
在氨气/空气混合系统，由尿素水解反应器12产生的氨气与来自稀释风机21经空气加热器20加热后的空气在氨气/空气混合器19内混合，达到设定浓度后送至SCR脱硝装置的氨喷射格栅。空气加热器20利用蒸汽作为热源，换热后的凝结水排入凝结水箱。稀释风机21提供的稀释风也可以由锅炉冷一次风代替。
凝结水系统内的凝结水箱收集来自尿素溶解罐4内蒸汽加热盘管10凝结水、尿素溶液储罐9蒸汽加热盘管10凝结水、尿素溶液水解反应器U型蒸汽加热管束13凝结水、稀释风空气加热器20凝结水以及各蒸汽管路疏水。疏水泵23入口连接凝结水箱22底部，出口分成两路，一路将本系统内的蒸汽凝结水输送至全厂凝结水回收系统，另一路与尿素溶解罐4连接。伴热泵24入口连接凝结水箱22底部，出口与尿素溶液输送管道的伴热管线连接，将凝结水用于尿素溶液管道伴热，伴热后的凝结仍回到凝结水箱22内。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表达了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求书定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，包括尿素溶液存储与输送系统、尿素溶液水解系统、氨气/空气混合系统以及蒸汽凝结水系统，其特征在于，还包括尿素溶解系统；
所述的尿素溶解系统包括拆包机(1)、皮带输送机(2)、斗式提升机(3)、尿素溶解罐(4)以及溶解泵(8)；所述的拆包机(1)用于袋装尿素拆包，拆包后的尿素颗粒落入皮带输送机(2)，然后经斗式提升机(3)输送到预先加入除盐水的尿素溶解罐(4)内，所述的溶解泵(8)入口连接尿素溶解罐(4)的底部，出口连接尿素溶液存储与输送系统。
2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的尿素溶解罐(4)与溶解泵(8)出口管道之间设有尿素溶液再循环管。
3.根据权利要求1所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的尿素溶解罐(4)内设有蒸汽加热盘管(10)和搅拌器(6)，尿素溶解罐(4)的顶部设有排气风机(5)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的尿素溶液存储与输送系统包括尿素溶液储罐(9)和输送泵(11)，所述的尿素溶液储罐(9)内设蒸汽加热盘管(10)，所述的输送泵(11)入口与尿素溶液储罐(9)的底部连接，出口与尿素溶液水解系统的尿素溶液进口连接。
5.根据权利要求4所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的尿素溶液储罐(9)与输送泵(11)出口管道之间设有尿素溶液再循环管。
6.根据权利要求1-3任一项所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的尿素溶液水解系统包括尿素溶液水解反应器(12)和压缩空气储罐(18)，所述的尿素溶液水解反应器采用带耦合增效传热装置的水解反应器，所述压缩空气储罐(18)的一端连接用气总管，另一端与尿素溶液水解反应器的压缩空气入口连接。
7.根据权利要求6所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的尿素溶液水解反应器内设有U型蒸汽加热管束(13)，在其两侧设置折流板(14)和尿素溶液分配器(15)，在其下部设有压缩空气分配管(16)。
8.根据权利要求6所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述尿素溶液水解反应器(12)的顶部设有除雾装置(17)，尿素溶液水解产生的氨气经除雾装置(17)除雾后进入氨气/空气混合系统。
9.根据权利要求1-3任一项所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的氨气/空气混合系统包括氨气/空气混合器(19)、空气加热器(20)以及稀释风机(21)，所述的氨气/空气混合器(19)内，尿素溶解水解反应器(12)产生的氨气与来自稀释风机(21)经空气加热器(20)加热后的空气混合，送至SCR脱硝装置的氨喷射格栅。
10.根据权利要求1-3任一项所述的燃煤锅炉烟气SCR脱硝装置尿素深度水解制氨系统，其特征在于，所述的蒸汽凝结水系统包括凝结水箱(22)、疏水泵(23)以及伴热泵(24)，所述的疏水泵入口连接凝结水箱底，出口分成两路，一路将蒸汽凝结水输送至凝结水回收系统，另一路与尿素溶解罐连接；所述的伴热泵入口连接凝结水箱底部，出口与尿素溶液输送管道的伴热管线连接，将凝结水用于尿素溶液管道伴热，伴热后的凝结水仍回到凝结水箱内。
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