CN210438424U - 氨气发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及氨气制备技术领域，具体提供了一种氨气发生装置，旨在解决现有烟气脱硝系统的氨气发生装置中高温烟气与雾化后的尿素溶液混合不够充分，氨气产量低的问题。为此目的，本实用新型的氨气发生装置包括内腔为圆柱状的壳体，壳体上设置有进液管、进气管、出液口以及出气口；进液管设置于壳体的顶部中间位置且向下延伸，进液管设置有用于向壳体内喷洒制氨原液的喷淋构件；用于向壳体内输送高温烟气的进气管连接到壳体的侧部，且进气管的内壁与壳体的内壁相切；出液口和出气口均设置于壳体的底部，分别用于排出制氨反应的液体产物和气体产物。高温气体进入壳体后形成旋转气流，从而促进了雾化液与高温气体的混合，提高了氨气的产量。

Description

氨气发生装置

技术领域

本实用新型涉及氨气制备技术领域，具体提供了一种氨气发生装置。

背景技术

火力发电厂、冶炼厂、工业锅炉等排放的烟气中含有大量的NOx，是大气中产生酸雨的主要污染物。目前，最成熟的烟气脱硝技术是选择性催化还原脱硝(SCR)，其原理是利用氨气在催化剂的作用下将烟气中的NOx还原成N₂和H₂O。通常，在烟气脱硝系统中，浓氨水被加入氨气发生装置中加热生成氨气，在将生成的氨气与烟气混合以便还原烟气中的NOx。不过，浓氨水作为氨气的制备原料运输不便，且存在较大的安全风险。

鉴于此，经过改进的烟气脱硝系统，将尿素颗粒与水混合形成尿素溶液，尿素溶液经过喷淋装置喷入氨气发生装置的反应腔内，同时高温烟气被通入氨气发生装置的反应腔内，雾化后的尿素溶液与高温烟气混合，高温烟气的热量使尿素溶液中的尿素分解产生氨气，氨气和烟气的混合气体排出并经过除湿后通入脱硝反应装置中在催化剂的作用下氨气与烟气中的NOx发生还原反应而消除烟气中的NOx。不过，高温烟气通常是直接从氨气发生装置的底部通入氨气发生装置中，出气口设置在氨气发生装置的顶部，高温烟气进入壳体之后直接向上流动最后从出气口流出，烟气与雾化后的尿素溶液混合不充分，氨气产量低。

相应地，本领域需要一种新的技术方案来解决上述问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有烟气脱硝系统的氨气发生装置中高温烟气与雾化后的尿素溶液混合不够充分，氨气产量低的问题，本实用新型提供了一种氨气发生装置，所述氨气发生装置包括内腔为圆柱状的壳体，所述壳体上设置有进液管、进气管、出液口以及出气口；所述进液管设置于所述壳体的顶部中间位置，所述进液管位于所述壳体内的部分设置有喷淋构件，所述喷淋构件用于向所述壳体内喷洒制氨原液；所述进气管用于向所述壳体内输送高温烟气并且按照下列方式连接到所述壳体的侧部：所述进气管的内壁与所述壳体的内壁相切；所述出液口和所述出气口均设置于所述壳体的底部，分别用于排出制氨反应的液体产物和气体产物。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述进气管的轴线与所述壳体的轴线相互垂直。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述进气管的内径小于所述壳体的内腔的半径。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述进气管的轴线与所述进液管的轴线也相互垂直。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述进气管设置于靠近所述壳体顶部的位置。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述进气管设置于靠近所述壳体的顶部的位置并且其出口端向下倾斜。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述壳体的内壁上还设置有从上向下延伸的螺旋状导流构件。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述螺旋状导流构件的上端与所述进气管的出口端连接。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述螺旋状导流构件包括沿宽度方向从所述壳体的内壁朝所述壳体的轴线延伸的螺旋导流板，所述螺旋导流板的螺距从上到下逐渐减小。

在上述氨气发生装置的优选技术方案中，所述螺旋导流板与所述壳体的轴线之间的夹角在70-90度的范围内。

本领域技术人员能够理解的是，在本实用新型的技术方案中，氨气发生装置包括内腔为圆柱状的壳体，壳体上设置有进液管、进气管、出液口以及出气口，进液管设置在壳体的顶部中间位置且向下延伸，进液管位于壳体内的部分设置有喷淋构件，喷淋构件用于向壳体内喷洒制氨原液；进气管用于向壳体内输送高温烟气并且按照下列方式连接到壳体的侧部：进气管的内壁与壳体的内壁相切；出液口和出气口均设置于壳体的底部，分别用于排出制氨反应的液体产物和气体产物。需要说明的是，进气管的内壁与壳体的内壁相切，指的是进气管从壳体的侧部穿入，进气管的轴线与壳体的轴线的距离恰好等于壳体的内径(即壳体的内腔的直径)与进气管的内径(进气管内壁形成的圆柱面的直径)的差值的一半。通过这样的设置，进气管通入壳体的内腔中的高温烟气形成气流，从进气管的出口端进入壳体的内腔之后，直接顺着壳体的圆柱面不断改变流动方向，进而形成旋转向下的旋转气流。制氨原液(如碳铵溶液等)经进液管上的喷淋构件形成雾化液喷洒至壳体的内腔中部(即靠近壳体轴线的区域内)。雾化液在重力的作用下在内腔中部向下沉降，高温气体形成的旋转气流在内腔的四周螺旋向下流动，并且流速大于内腔中部的气体流速，使旋转气流内部和附近的气压小于内腔中部的气压，从而在气压差的作用下雾化液在沉降的过程中被吸入旋转气流中，旋转气流内部形成湍流，雾化液与高温气体混合，与高温气体充分接触的雾化液吸收高温气体的热量而使碳铵发生分解产生氨气，提高了高温气体热量的利用率以及雾化液中反应物(碳铵)的分解率，进而提高了氨气的产量。

附图说明

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1是本实用新型一种实施例的氨气发生装置的结构示意图一；

图2是本实用新型一种实施例的氨气发生装置的正视图；

图3是图2中沿A-A的剖视图；

图4是本实用新型一种实施例的氨气发生装置的半剖图；

图5是图4中局部B的放大图。

附图标记列表:

11、上壳体；12、下壳体；13、锥段；21、第一法兰；22、第二法兰；23、第三法兰；24、第四法兰；31、进液管；32、进气管；33、出气口；34、出液口；4、雾化喷头；5、螺旋导流板。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。例如，虽然本实用新型的氨气发生装置的壳体包括两个直径不同的上壳体和下壳体，但是本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如本实用新型的氨气发生装置的壳体可以两段直径相同的上壳体和下壳体，也可以是一体式内腔为圆柱状的壳体等。显然，调整后的技术方案仍将落入本实用新型的保护范围。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

另外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，为了更好地说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实施例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于突显本本实用新型的主旨。

参照图1至图4，图1是本实用新型一种实施例的氨气发生装置的结构示意图一；图2是本实用新型一种实施例的氨气发生装置的正视图；图3是图2中沿A-A的剖视图；图4是本实用新型一种实施例的氨气发生装置的半剖图。

如图1至图4所示并按照图2所示的方位，在一种具体的实施例中，氨气发生装置的壳体包括上下设置的内腔为圆柱状的内径不同的上壳体11和下壳体12，上壳体11的下端设置有过渡连接用的锥段13，锥段13的下端设置有第一法兰21，下壳体2的上端设置有第二法兰22，上壳体11下部与锥段13的小口端焊接固定，锥段13的大口端与第一法兰21焊接固定，下壳体12的上端与第二法兰22焊接固定，第一法兰21和第二法兰22对接在一起并通过螺栓(图中未示出)固定。上筒体11的顶部中间位置设置有进液管31，进液管31从第三法兰23的中部穿过，上筒体11的顶部焊接固定有第四法兰24，第三法兰23和第四法兰24通过螺栓(图中未示出)固定连接，使进液管31与上壳体11和下壳体12的轴线重合。进液管31位于下壳体12内的部分设置有用于向壳体内喷洒碳铵溶液(即制氨原液)的喷淋构件，如沿进液管31的轴线方向交替分布在进液管31两侧的5个雾化喷头4。上壳体11的侧部靠近顶端的位置设置有用于向壳体内输送高温烟气的进气管32，并且进气管32的内壁与上壳体11的内壁相切，并且进气管32的轴线与上壳体11的轴线垂直。也就是说，进气管32的轴线与上壳体11的轴线的距离恰好等于上壳体11的内径(即上壳体11的内腔的直径)与进气管32的内径(进气管32内壁形成的圆柱面的直径)的差值的一半，并且进气管32的轴线与上壳体11的轴线垂直。优选地，进气管32的内径小于上壳体11的内腔的半径。下壳体12的底部设置有沿其径向设置的出气口33以及朝下设置的出液口34，出气口33用于排出壳体内制氨反应生成的液体产物，出气口33用于排出壳体内制氨反应生成的气体产物。

碳铵溶液通过进液管31输入并经过雾化喷头4喷出后形成雾化液，雾化液被喷洒至上壳体11的中部(即上壳体11内靠近其轴线的区域)并在重力的作用下向下沉降。火力发电厂、冶炼厂、工业锅炉等排放的高温烟气通过进气管32通入上壳体11。在图3所示的方位，高温烟气在进气管32中形成直线气流，直线气流沿进气管32从右向左流入上壳体11，从进气管32的出口端流出之后，直线气流在上筒体11的圆柱曲面的作用下被迫改变流向而贴合上壳体11的内壁沿逆时针旋转流动，而出气口33设置在下壳体12的底部，由于内部气压的差别以及重力的作用，高温烟气形成的气流在上壳体11内同时向下流动，从而形成向下流动的螺旋气流，螺旋气流贴合上壳体11的内壁向下旋转流动，进入下壳体12后大部分继续贴合下壳体12的内壁向下螺旋流动。壳体中部(即壳体内靠近其轴线的区域)的气体流动速度较小，旋转气流的流速较大，从而使旋转气流内部和附近的气压小于壳体中部的气压。气压差的存在，使雾化液向壳体内的旋转气流中快速扩散，而旋转气流中存在湍流，从而使雾化液与高温气体均匀混合。雾化液吸收高温烟气中的热量，其中的碳铵受热分解生成氨气、水和二氧化碳，随着热量的消耗，生成的水汽和残留的雾化液凝结成液滴落下而聚集在下壳体12的底部最终从出液口34排出，氨气、二氧化碳和烟气的混合气从下壳体12的底部的出气口33排出。

进气管32的内壁与上壳体11的内壁相切并且其轴线与上壳体的轴线垂直，能够使高温气体在从进气管32的出口端流入上壳体11后沿上壳体11的一条水平切线流动，从而在上壳体11的圆柱状曲面的作用下被迫改变流向而旋转流动。并且，这样设置能够减小上壳体11的内壁对气流的阻力，从而减小旋转气流形成的过程中气流的动能损失，保证气流的旋转速度。进气管32的内径小于上壳体11的内腔的半径，能够使高温气体沿进气管32从上壳体11的轴线一侧进入上壳体11内，进而在曲面内壁的作用下使进入的高温气体均参与旋转气流的形成。进液管31设置在壳体顶部的中间位置，且进液管31的轴线与进气管32的轴线垂直，能够使雾化液均匀喷洒至壳体中部，从而使雾化液均匀地扩散至四周的旋转气流中，提高了雾化液与高温气体混合程度，促进了制氨原液中碳铵的分解，提高了氨气的产量。碳铵溶液作为制氨溶液，由于碳铵热解温度较低，在与相同温度的高温烟气混合时，相比尿素溶液，分解率高，能够进一步提高氨气的产量。

本领域技术人员可以理解的是，氨气发生装置的壳体包括两个直径不同的上壳体和下壳体仅是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如氨气发生装置的壳体可以两段直径相同的上壳体和下壳体，也可以是一体式内腔为圆柱状的壳体等。另外，雾化喷头4的数量为5个仅是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如雾化喷头4的数量可以是4个、6个、7个或者更多个等，并且雾化喷头4的喷嘴口径可以根据实际需要进行调整，如雾化喷头4的喷嘴口径可以是0.1mm、0.3mm、0.5mm或者其他合适的尺寸等。此外，进液管31设置成与上壳体11和下壳体12的轴线重合仅是一种优选的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如进液管31也可以设置成位于壳体顶部中间位置并与壳体的轴线形成5°、10°夹角等。此外，进气管32设置在上壳体11的侧部靠近顶部的位置仅是一种示例性的描述，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如进气管32可以设置在上壳体11的侧部靠近底部的位置，与可以设置在下壳体12的侧部靠近顶部的位置，只要能够使高温气体螺旋向下流向出气口33即可。

在一种可替代的实施例中，与上述实施例的区别在于：进气管32的轴线与上壳体11的轴线不垂直，进气管32设置成出口端向下倾斜设置。通过这样的设置，高温烟气在进气管32中形成直线气流流向上壳体11，直线气流从进气管32的出口端流出并与上壳体11的内壁贴合，直线气流的速度方向倾斜向下，直线气流的速度可以分解为水平面内的水平分速度和沿竖直方向的竖直分速度。水平分速度沿着上壳体11在该处的一条切向的方向，促使气流贴合上壳体11的内壁旋转流动，竖直分速度促使气流向下流动，从而促进旋转向下的螺旋气流的形成。

参照图5并继续参照图4，图5是图4中局部B的放大图。优选地，上壳体11内设置有螺旋状导流构件，螺旋状导流构件贴合上壳体11的内壁从上向下延伸。具体地，螺旋状导流构件为螺旋导流板5。高温气体从进气口32进入上壳体11之后在其内部形成螺旋气流，螺旋气流向下流动的过程中经过螺旋导流板5后，对气流进一步塑形，促使气流螺旋向下流动，延长气流螺旋流动的行程，使螺旋气体到达下壳体12内能够长时间保持螺旋向下流动，从而促进雾化液与高温气体的混合。

优选地，螺旋导流板5的上端与进气管32的出口端连接。高温气体从进气管32的出口端流入上壳体11时，高温气体在壳体1的内壁和螺旋状导流构件的共同作用下促进气体螺旋向下流动，促进了旋转气流的快速形成，并引导螺旋气流从上向下螺旋流向下壳体12，促进雾化液和高温气体在下壳体12内充分混合。优选地，螺旋状导流板的螺距从上向下逐渐减小。高温气体形成的气流流经螺旋导流板5的过程中，气流流通的通道由宽变窄，而进气量保持不变，从而促使气流的速度加快，提高了旋转气流的流速，增大了气压差，从而提高了雾化液的扩散速度，促进雾化液与高温气体快速均匀混，延长接触时间，提高了氨气的产量。

优选地，如图5所示，在螺旋导流板5从上壳体11的内壁向上壳体11的轴线延伸的方向(即螺旋导流板5的宽度方向)，螺旋导流板5与上壳体11的轴线之间的夹角α在70°到90°的范围内。优选地，夹角α为70°。通过这样的设置，能够使高温气流在螺旋向下流动的过程中向进液管31移动少量的距离，从而使大量雾化液直接喷洒至旋转气流中，利用旋转气流中的湍流混合雾化液和高温气体，而部分雾化液通过气压差扩散至旋转气流中，使雾化液和高温气体混合更加均匀。优选地，螺旋导流板5上形成有多个微孔，高温气流沿螺旋导流板5螺旋向下流动的过程中，部分气体能够从螺旋导流板5上的微孔穿过，将旋转气流中混合的雾化液进一步打散，形成更小的雾化液滴，使雾化液与高温烟气混合更加均匀，提高了雾化液与高温气体的接触面积，进一步促进碳铵溶液中碳铵的分解，提高氨气的产量。

本领域技术人员可以理解的是，螺旋导流板5与上壳体11的轴线之间的夹角α为70°仅是一种具体的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，如夹角α可以是75°、80°、83°等。另外，螺旋状导流板5的螺距从上向下逐渐减小是一种优选的实施方式，本领域技术人员可以根据需要将螺旋状导流板5设置成等螺距；并且螺旋导流板5的上端与进气管32的出口端连接也仅是一种优选的实施方式，本领域技术人员可以根据需要将螺旋导流板5设置成其上端不与进气管32的出口端连接。此外，螺旋状导流构件为螺旋导流板仅是一种具体的实施方式，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合，如将螺旋导流构件设置成螺旋管、螺旋槽等。

通过以上描述可以看出，在本实用新型的氨气发生装置中，氨气发生装置包括内腔为圆柱状的壳体，壳体上置有进液管、进气管、出液口以及出气口，进液口设置在壳体的顶部中间位置且竖直向下延伸，进液管位于壳体内的部分设置有喷淋构件，喷淋构件用于向壳体内喷洒制氨原液，进气管连接到壳体的侧部并且进气管的内壁与壳体的内壁相切，出液口和出气口均设置于壳体的底部，分别用于排出制氨反应的液体产物和气体产物。进气管的内壁与壳体的内壁相切，能够使高温气体从进气管的出口端进入壳体的内腔之后，直接顺着壳体的圆柱面不断改变流动方向，从而形成旋转气流，与喷入壳体中部的雾化液所在的区域形成气压差，促进雾化液向气流中扩散，从而在气流内的湍流作用下促进雾化液与高温气体的混合，进而提高了氨气的产量。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种氨气发生装置，其特征在于，所述氨气发生装置包括内腔为圆柱状的壳体，所述壳体上设置有进液管、进气管、出液口以及出气口；

所述进液管设置于所述壳体的顶部中间位置且向下延伸，所述进液管位于所述壳体内的部分设置有喷淋构件，所述喷淋构件用于向所述壳体内喷洒制氨原液；

所述进气管用于向所述壳体内输送高温烟气并且按照下列方式连接到所述壳体的侧部：所述进气管的内壁与所述壳体的内壁相切；

所述出液口和所述出气口均设置于所述壳体的底部，分别用于排出制氨反应的液体产物和气体产物。

2.根据权利要求1所述的氨气发生装置，其特征在于，所述进气管的轴线与所述壳体的轴线相互垂直。

3.根据权利要求2所述的氨气发生装置，其特征在于，所述进气管的内径小于所述壳体的内腔的半径。

4.根据权利要求3所述的氨气发生装置，其特征在于，所述进气管的轴线与所述进液管的轴线也相互垂直。

5.根据权利要求4所述的氨气发生装置，其特征在于，所述进气管设置于靠近所述壳体顶部的位置。

6.根据权利要求1所述的氨气发生装置，其特征在于，所述进气管设置于靠近所述壳体的顶部的位置并且其出口端向下倾斜。

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