CN210885332U - 一种用于制备氨气装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于制备氨气装置，其特征在于：包括氨气生成器和设置在氨气生成器内壁上的扰流面，氨气生成器内壁上设有支撑架，支撑架上设有扰流面；氨气生成器和扰流面的数量至少为一个；扰流面设置在氨气生成器的出口处。喷枪插入氨气生成器中，烟气方向由扰流面的底部进口进入。本实用新型具有效率高、结构简单、安全可靠、节能环保，而且制造及运行成本较低等优点，本实用新型通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率。扰流面的布置可以起到增强所形成湍流和涡流强度的作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于制备氨气装置，尤其涉及一种用于提高尿素的氨气转化率的装置，属于烟气脱硝领域。
背景技术
随着工业经济发展，大气污染越来越严重。一种主要的大气污染物为氮氧化物，氮氧化物不仅损害动植物，破坏臭氧层，刺激人的呼吸系统，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。世界各地对氮氧化物的排放限制要求都趋于更严格。
目前氮氧化物减少排放技术方案主要有：(1)低氮燃烧技术，即在燃烧过程中控制氮氧化物的生成，主要适用于大型燃煤锅炉等；(2)选择性催化还原技术 (SCR，SelectiveCatalytic Reduction)，是目前我国烟气脱硝技术中的主流应用技术；(3)选择性非催化还原技术(SNCR，Selective Non-Catalytic Reduction)，主要用于垃圾焚烧厂等中、小型锅炉，技术成熟，但其效率低于SCR工艺技术； (4)选择性催化还原技术(SCR)+选择性非催化还原技术(SNCR)，主要用于大型燃煤锅炉低氮氧化物排放和场地受限情况，也比较适合于旧锅炉改造项目。
主流的选择性催化还原技术(SCR工艺技术)，其基本原理是利用还原剂(如 NH3等)在催化剂表面通过催化作用将氮氧化物转为无害的氮气，达到氮氧化物减量排放的目的。还原剂氨气的制备技术在烟气脱硝系统中起关键的作用。
现有涉及烟气脱硝还原剂氨气制备的技术方案中，专利号CN106966409A 公开了一种制氨系统，该技术虽涉及烟气脱硝还原剂氨气制备的技术，但该技术是采用液氨蒸发的方法制备氨气；专利号CN108796537A公开了一种火电厂电解制氢合成氨系统，该技术虽涉及烟气脱硝还原剂氨气制备的技术，但该技术是采用电解水制氢再合成氨气的技术。
CN106966409A和CN108796537A分别用于烟气脱硝系统所需还原剂氨气的制备。CN106966409A中所采用的液氨对人体危害性较大，属于危险品限制使用。 CN108796537A采用电解水制氢再与氮气合成氨气的技术，该技术所涉工艺和设备较复杂，成本较高、生成氨气的效率较低，不适宜烟气脱硝系统所需氨气的制备。
为解决烟气脱硝系统所需还原剂氨气制备的问题，本实用新型提出了一种用于制备氨气的装置，该装置具有效率高、结构简单、安全可靠、节能环保，而且制造及运行成本较低等优点，本实用新型通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率。
发明内容
本实用新型的主要目的在于解决烟气脱硝系统所需还原剂氨气制备的问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为一种用于制备氨气的装置，其特征在于：包括氨气生成器和设置在氨气生成器内壁(6-1)上的扰流面(6-2)，氨气生成器内壁(6-1)上设有支撑架，支撑架上设有扰流面(6-2)；氨气生成器和扰流面的数量至少为一个；扰流面(6-2)设置在氨气生成器的出口处。喷枪(11)插入氨气生成器中，烟气方向由扰流面(6-2)的底部进口进入。
所述的一种用于制备氨气的装置，氨气生成器内壁(6-1)沿轴线方向切面形状为多段连续连接的曲线状或折线状，各段曲线状或折线状；氨气生成器内壁 (6-1)的切面形状为中间宽两头窄的结构，氨气生成器的进烟口处的轴线长度即进烟口至氨气生成器切面形状最宽处的轴线距离小于氨气生成器的出烟口处的轴线长度即出烟口至氨气生成器切面形状最宽处的轴线距离。
扰流面(6-2)沿轴线方向的切面形状为曲线状或折线状。
所述的一种用于制备氨气的装置，各个氨气生成器之间采用串联或者并联连接。
所述的一种用于制备氨气的装置，其特征在于：各个氨气生成器串联布置；如图2-1和图2-2所示为串联布置中的两种具体方式：第一种方式是各个氨气生成器的内壁上均设有扰流面，共有M个扰流面；第二种方式是仅在第M个串联的氨气生成器处设置第M个串联氨气生成器扰流面(6-2-M)，共有一个扰流面；扰流面布置的数量和位置根据数值模拟计算的效果确定，M为正整数。
所述的一种用于制备氨气的装置，其特征在于：各个氨气生成器并联布置；如图3所示为并联布置中的一种具体方式；各个氨气生成器的出口处通过管道并联连接。
所述的一种用于制备氨气的装置，其特征在于：当烟道中烟气流速低于 0.5m/s时，可以不加扰流面(6-2)。
所述的一种用于制备氨气的装置，其特征在于：制备氨气的装置最佳工作条件为进入氨气生成器的烟气温度为300～650℃。
尿素溶液在压缩空气和喷枪(11)喷嘴的作用下在氨气生成器(6)中雾化，如图1，雾化后的尿素微液滴随烟气流动而扩散并与烟气混合，混合后的烟气在至少1段弧状的氨气生成器内壁(6-1)和曲线状的扰流面(6-2)的共同作用下，形成湍流和涡流，烟气的湍流能够增强尿素微液滴在烟气中扩散的强度，使尿素微液滴与烟气更充分地混合；烟气的涡流可延长尿素微液滴在氨气生成器(6) 中生成氨气的时间；雾化后的尿素微液滴在氨气生成器(6)中烟气温度 400～550℃条件下分解生成氨气。扰流面(6-2)起到增强所形成湍流和涡流强度的作用。
与现有技术相比较，本实用新型具有如下有益效果。
本实用新型提出了一种用于制备氨气的装置，该装置具有效率高、结构简单、安全可靠、节能环保，而且制造及运行成本较低等优点，本实用新型通过对氨气生成器结构的优化设计来提高尿素的氨气转化率。扰流面的布置可以起到增强所形成湍流和涡流强度的作用。
附图说明
图1一种用于制备氨气的装置结构示意图。
图中：6-1、氨气生成器内壁，6-2、扰流面，11、喷枪。
图2-1一种用于制备氨气的装置结构串联布置方式1示意图。
图中：6-1-M、第M氨气生成器内壁，6-2-M、第M扰流面；M为正整数。
图2-2一种用于制备氨气的装置结构串联布置方式2示意图。
图3一种用于制备氨气的装置结构并联布置示意图。
图中：6-1-N、第N个氨气生成器内壁，6-2-N、第N个氨气生成器扰流面， 11、喷枪；N为正整数。
图4一种用于燃气内燃机烟气尾部脱硝系统示意图。
图中：1、燃气锅炉，2、溴化锂设备，3、低温SCR反应器，4、低温催化剂，5、烟囱，6、氨气生成器，7、尿素溶液罐，8、压缩空气罐，9、尿素溶液管，10、压缩空气管，11、喷枪，12、调节阀，13、风机，14、旁路烟道，15、烟道，16、换热器。
具体实施方式
以下结合图，以某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组烟气脱硝系统为例，对本实用新型作进一步说明。
某分布式能源站4.4MW燃气内燃机机组烟气脱硝系统，如图1和图4，燃气内燃机(1)处烟气温度为430～550℃，最高可达600℃，发电出力均为4.4MW，在燃气内燃机负荷率为100％时烟气量均为干态19888Nm3/h，在标态、干基5％O2条件下NOx均为500mg/Nm3；溴化锂设备(2)的烟气出口温度为145℃；低温催化剂(4)适宜温度范围为170～400℃；在低温SCR反应器(3)和烟囱(5) 之间增设换热器(16)。
通过高温变频风机(13)和调节阀(12)调节旁路烟道(14)中的烟气量，使低温SCR反应器(3)入口处烟气温度为175℃；低温SCR反应器(3)出口处、换热器(16)入口处烟气温度基本为175℃，烟气通过换热器(16)后温度为72℃，通过烟囱(5)排空。
在低温SCR反应器(3)和烟囱(5)之间增设换热器(16)后能效更高。
尿素溶液罐(7)中浓度为30～50％的尿素溶液通过尿素溶液管(9)进入喷枪(11)，压缩空气罐(8)中压力为0.3～0.8公斤的压缩空气通过压缩空气管(10) 进入喷枪(11)，喷枪(11)垂直轴向插入氨气生成器(6)。尿素溶液在压缩空气和喷枪(11)喷嘴的作用下在氨气生成器(6)中雾化，如图1，雾化后的尿素微液滴随烟气流动而扩散并与烟气混合，混合后的烟气在至少一段弧状的氨气生成器内壁(6-1)和曲线状的扰流面(6-2)的共同作用下，形成湍流和涡流，烟气的湍流可增强尿素微液滴在烟气中扩散的强度，使尿素微液滴与烟气更充分地混合；烟气的涡流能够延长尿素微液滴在氨气生成器(6)中生成氨气的时间；雾化后的尿素微液滴在氨气生成器(6)中烟气温度400～550℃条件下分解生成氨气，通过对氨气生成器(6)如图1的结构优化设计提高了尿素的氨气转化率。
所生成的氨气随烟气进入低温SCR反应器(3)，烟气中的氮氧化物与所生成氨气在低温催化剂(4)的表面进行催化反应生成氮气，低温SCR反应器(3) 出口处NOx在标态、干基5％O2条件浓度下为30mg/Nm3。
特例：当烟道中烟气流速低于0.5m/s时，可以不加扰流面。
最后说明的是：以上实施方式仅用以说明本实用新型，而非限制本实用新型所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述实施方式对本实用新型已进行了详细的描述，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换；而一切不脱离本实用新型精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。
Claims (5)
1.一种用于制备氨气装置，其特征在于：包括氨气生成器和设置在氨气生成器内壁(6-1)上的扰流面(6-2)，氨气生成器内壁(6-1)上设有支撑架，支撑架上设有扰流面(6-2)；氨气生成器和扰流面的数量至少为一个；扰流面(6-2)设置在氨气生成器的出口处；喷枪(11)插入氨气生成器中，烟气方向由扰流面(6-2)的底部进口进入；
氨气生成器内壁(6-1)沿轴线方向切面形状为多段连续连接的曲线状或折线状，各段曲线状或折线状；氨气生成器内壁(6-1)的切面形状为中间宽两头窄的结构，氨气生成器的进烟口处的轴线长度即进烟口至氨气生成器切面形状最宽处的轴线距离小于氨气生成器的出烟口处的轴线长度即出烟口至氨气生成器切面形状最宽处的轴线距离。
2.根据权利要求1所述的一种用于制备氨气装置，其特征在于：各个氨气生成器之间采用串联或者并联连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于制备氨气装置，其特征在于：各个氨气生成器串联布置；串联布置有两种具体方式：第一种方式是各个氨气生成器的内壁上均设有扰流面，共有M个扰流面；第二种方式是仅在第M个串联的氨气生成器处设置第M个串联氨气生成器扰流面(6-2-M)，共有一个扰流面；扰流面布置的数量和位置根据数值模拟计算的效果确定，M为正整数。
4.根据权利要求2所述的一种用于制备氨气装置，其特征在于：各个氨气生成器并联布置；各个氨气生成器的出口处通过管道并联连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于制备氨气装置，其特征在于：当烟道中烟气流速低于0.5m/s时，不加扰流面(6-2)。
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