一種尿素熱解裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種尿素熱解裝置，包括熱解殼體，所述殼體上設有噴槍和冷煙氣進氣管；所述噴槍設置在垂直于殼體中心軸的同一平面上，每個噴槍相對殼體傾斜設置，使從噴槍噴出的尿素溶液形成溶液旋流；所述冷煙氣進氣管設置在垂直于殼體中心軸的同一平面上，每個冷煙氣進氣管相對殼體傾斜設置，使從冷煙氣進氣管噴出的冷煙氣形成冷煙氣旋流；所述溶液旋流與冷煙氣旋流方向相反。本實用新型使尿素溶液從噴槍噴入后的旋流方式和冷煙氣的旋流方式相反，增大了煙氣與尿素溶液的接觸面積，延長了尿素溶液在爐內(nèi)的時間，使得熱解更加完全。通過設置換熱裝置，減少了尿素的結(jié)晶，同時通過回收的冷煙氣對殼體內(nèi)部的溫度進行調(diào)節(jié)，達到節(jié)能的效果。
【專利說明】
一種尿素熱解裝置
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及煙氣脫硝技術領域，具體涉及一種尿素熱解裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著霧霾的日益嚴重，國家對NOx的排放的控制愈來愈嚴格。為了滿足最新的排放要求，選擇性催化還原反應(Selective Catalyst Reduct1n，簡稱SCR)因其脫硝效率高、工作溫度低等優(yōu)點在大型電站鍋爐，尤其是300MW以上的機組上得到了廣泛的應用。
[0003]SCR的還原劑一般有三種，尿素、氨水和液氨。液氨的危險性較高，一般不作為催化劑采用。
[0004]尿素制氨有兩種工藝，熱解工藝和水解工藝。由于水解反應的不完全性、裝置不能及時響應NOx瞬時變化、氨逃逸過多或者制氨過少導致脫硝效率下降等不利因素，尿素制氨通常采用熱解工藝。
[0005]尿素熱解制氨系統(tǒng)體積緊湊，運行穩(wěn)定、安全，投用率高，基本能滿足SCR脫硝技術的各項指標，尤其適合舊鍋爐改造。
[0006]傳統(tǒng)的尿素熱解裝置存在的主要問題有:熱解不充分、殼體尾部尿素易結(jié)晶沉積、在爐內(nèi)的停留時間較短、熱解不完全，等等。
[0007]授權(quán)公告號為CN203558864U的中國專利文獻公開了一種用于煙氣脫銷的尿素熱解制氨的反應器，該裝置包括反應器本體，殼體尾部設置有用于通入空氣或者煙氣的氣體入口，反應器本體的上部設置有反應產(chǎn)物出口；反應器本體的側(cè)面設置有若干用于向反應器本體內(nèi)通入尿素溶液的溶液入口；反應器本體的外側(cè)自上而下由若干組加熱電阻絲包裹，且每組加熱電阻絲分別連接有相應的控溫裝置。該實驗裝置的尿素溶液和煙氣在反應室內(nèi)均勻分布，同時在反應器本體外側(cè)安裝用于給反應器加熱的加熱電阻絲，可以使尿素在反應器內(nèi)熱解轉(zhuǎn)化。該實用新型控制簡單，但采用電加熱，能耗較大。
[0008]現(xiàn)有的尿素熱解裝置存在的主要問題有:熱解不充分、殼體尾部尿素易結(jié)晶沉積、在爐內(nèi)的停留時間較短，熱解不完全、消耗大量的燃料或者電能等等。
【實用新型內(nèi)容】
[0009]本實用新型提供了一種尿素熱解裝置，該尿素熱解裝置可實現(xiàn)煙氣和尿素溶液的充分混合，同時冷煙氣的旋流方向與尿素溶液的旋流方向相反，增加尿素與高溫煙氣的接觸時間，同時利用冷煙氣調(diào)節(jié)爐內(nèi)的溫度，達到節(jié)能的目的。
[0010]—種尿素熱解裝置，包括帶有高溫煙氣進氣口和含氨氣體出氣口的熱解殼體，所述殼體上設有噴槍，所述殼體上還設有至少兩個冷煙氣進氣管；
[0011 ]所述噴槍至少有兩個，設置在垂直于殼體中心軸的同一平面上，每個噴槍相對殼體傾斜設置，使從噴槍噴出的尿素溶液形成溶液旋流；
[0012]所述冷煙氣進氣管設置在垂直于殼體中心軸的同一平面上，每個冷煙氣進氣管相對殼體傾斜設置，使從冷煙氣進氣管噴出的冷煙氣形成冷煙氣旋流；
[0013]在殼體周向，所述溶液旋流與所述冷煙氣旋流方向相反。
[0014]作為優(yōu)選，所述進氣口設置在殼體頂部，所述出氣口設置在殼體底部;所述進氣口處設有熱煙氣導流裝置，該熱煙氣導流裝置包括:
[0015]與殼體中心軸同軸的固定軸；
[0016]沿固定軸周向輻射狀分布的至少兩個螺旋形葉片；
[0017]在殼體軸向，所述熱煙氣導流裝置、噴槍與冷煙氣進氣管自上而下依次設置;在殼體周向，從熱煙氣導流裝置排出的高溫煙氣旋流，與所述溶液旋流方向相反。
[0018]作為優(yōu)選，所述進氣口與高溫煙氣管路連接;所述殼體底部設有對殼體尾端進行加熱的換熱裝置，換熱裝置的高溫管入口與所述高溫煙氣管路連通，換熱裝置的高溫管出口通過帶有閥門的管路與所述冷煙氣進氣管連通。本技術方案中，利用高溫煙氣提高殼體尾部的溫度，減少尿素結(jié)晶。
[0019]本實用新型中，作為優(yōu)選，可將換熱裝置設置在殼體尾部的外部，熱源引自于入口處的高溫煙氣，通過對流換熱，提高殼體尾部的溫度，減少尿素的結(jié)晶，出口處的冷煙氣，通過管道、閥門及進氣管，進入到殼體上部，對裝置內(nèi)的溫度進行調(diào)節(jié)。
[0020]本實用新型尿素熱解裝置的進氣口處通入的是600°C左右的高溫煙氣，該煙氣是作為尿素熱解的熱源;通入進氣口的煙氣經(jīng)過熱煙氣導流裝置后，會以旋流的方式向下流動，并與噴槍中噴射出的尿素溶液，噴槍下方冷煙氣進氣管中進入的用于控制爐內(nèi)溫度的旋流的冷煙氣進行充分地混合，通過混合接觸和對流換熱，高溫煙氣將熱量傳遞給尿素溶液，使其達到熱解溫度開始熱解，旋流的方式延長了尿素在殼體內(nèi)的停留時間，可以熱解完全;在殼體下方溫度較低的部位設有換熱裝置，利用高溫煙氣加熱殼體的尾部，再從尿素熱解裝置的出氣口將熱解產(chǎn)生的氨引出，應用于SCR煙氣脫硝工藝中。
[0021]本實用新型中，葉片數(shù)量可根據(jù)實際需要確定，一般為2?8片。所述葉片對稱螺旋結(jié)構(gòu)，能夠使熱煙氣流場更加均勻，同時旋流的煙氣能夠?qū)δ蛩厝芤红F滴有吸引力，使得兩者接觸更加緊密，傳熱傳質(zhì)能加劇烈，熱解更加充分。作為優(yōu)選，葉片數(shù)量為4?6片。葉片數(shù)量過多不利于煙氣的順暢通入，每葉片之間的間距也可以設置為非等間距，但為使煙氣均勻分散，采用等間距設置最為適宜。另外，每葉片之間可同時等角度設置。作為進一步優(yōu)選，所述熱煙氣導流裝置采用四葉片對稱螺旋結(jié)構(gòu)。
[0022]本實用新型中，所述中心軸可選擇尖錐形結(jié)構(gòu)，有利于引導熱煙氣進入多個旋流分區(qū)。作為優(yōu)選，所述中心軸為尖端朝向進氣方向的錐形結(jié)構(gòu)。
[0023]作為優(yōu)選，所述葉片的垂直高度為進氣口直徑的0.4?1.2倍，葉片的寬度為進氣口直徑的0.4?0.5倍。
[0024]作為優(yōu)選，在殼體中心軸方向，所述冷煙氣進氣管設置在靠近殼體中部位置;所述噴槍靠近殼體的進氣口設置。本實用新型中，噴槍位于殼體的上部，多個噴槍與殼體壁面有一定的角度，便于形成液體旋流;而冷煙氣進氣管，位于噴槍的正下方。
[0025]本實用新型中，殼體一般豎直設置，所述噴槍的位置設置在沿同一水平方向的不同的位置，至少有兩個以上組成，與殼體壁面有一定的角度，形成切向旋流；
[0026]同時，本實用新型中將冷煙氣進氣管的位置設置在噴槍的正下方，數(shù)量與噴槍相同，與殼體壁面有一定的角度，形成方向與噴槍中噴出的尿素溶液旋流方向相反的旋流，可以使得尿素溶液與煙氣混合的更加均勻;尿素溶液的旋流方向和冷煙氣的旋流方向相反，加強了其在殼體內(nèi)的混合。
[0027]作為進一步優(yōu)選，所述噴槍與同一虛擬圓I相切;所述冷煙氣進氣管與同一虛擬圓II相切;所述虛擬圓I和虛擬圓11的圓心均位于殼體中心軸上，且大小相等。上述技術方案中，沿中心軸周向，每個噴槍相對殼體傾斜方向相同，每個冷煙氣進氣管相對殼體傾斜方向相同。
[0028]作為優(yōu)選，噴槍的數(shù)量設置為6個，等角度設置，形成的旋流方式為順時針或者逆時針。
[0029]作為優(yōu)選，冷煙氣進氣管的數(shù)量設置為6個，等角度設置，方向與噴槍的方向相反，形成的假想切圓的半徑與尿素溶液形成的假想切圓的半徑大小相同，相反形成的旋流方式為逆時針或者順時針。作為進一步優(yōu)選，所述噴槍數(shù)與所述冷煙氣進氣管數(shù)量相同且位置
——對應。
[0030]作為優(yōu)選，所述殼體包括依次連接的進口段、上變口段、中間混合段、下變口段和出口段;所述進口段內(nèi)設有熱煙氣導流裝置;所述下變口段外部設有換熱裝置;所述噴槍設置在中間混合段靠近上變口段的上部；所述冷煙氣進氣管位于噴槍的下方的中間混合段上;所述進口段與高溫煙氣管連接，所述換熱裝置的高溫管入口同時與高溫煙氣管連接，所述冷煙氣進氣管通過帶閥門的管路與換熱裝置的高溫管出口相連。本實用新型中，在進口段與中間混合段之間設置一段上變口段，使煙氣進入后緩慢均勻擴散。作為優(yōu)選，我們選取為殼體入口煙氣量的20%的高溫煙氣作為尾部換熱器的熱源，本技術方案，可通過設置閥門實現(xiàn)。
[0031]作為優(yōu)選，所述進口段與中間混合段的直徑比為1:2?4。
[0032]本實用新型中，噴槍位于殼體的上部，至少有兩個組成，噴槍與殼體的壁面成一定的角度，以便尿素噴入后形成沿順時針/逆時針旋流并均勻分布;冷煙氣(殼體尾部換熱器中的高溫煙氣與尾部內(nèi)煙氣對流換熱后，換熱器出口處溫度較低的煙氣，稱為冷煙氣)的進氣管，位于尿素噴槍的正下方，至少有兩個組成，與壁面成一定的角度，以便冷煙氣進入殼體后形成與尿素溶液相反的旋流方向(逆時針/順時針)并均勻分布，增大了煙氣與尿素溶液的接觸面積;設置在殼體尾部的外部的換熱裝置的進氣口接高溫煙氣，從另一側(cè)流出的冷煙氣從噴槍下部的進氣管以旋流的方式進入到殼體內(nèi)；根據(jù)工況不同，爐內(nèi)所需的溫度不同，通過冷煙氣管道上閥門的開度控制冷煙氣的流量，達到對裝置內(nèi)溫度進行調(diào)節(jié)的作用;冷煙氣的旋流方向與尿素溶液的旋流方向相反，加強了在殼體內(nèi)的混合;本實用新型結(jié)構(gòu)增加了煙氣和尿素溶液的接觸面積，使煙氣與噴槍噴出的尿素溶液充分混合，利用煙氣的余熱，提高了裝置尾部的溫度，減少了尿素結(jié)晶的同時，充分利用冷煙氣對進口處的溫度進行調(diào)節(jié)，達到節(jié)能的目的。
[0033]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型主要具有以下有益效果:
[0034](I)本實用新型在尿素熱解裝置的進氣口處安裝設置了導流裝置，使通入進氣口的煙氣經(jīng)過導流裝置后形成旋流并均勻分布；
[0035](2)尿素溶液從噴槍噴入后的旋流方式和冷煙氣的旋流方式相反，增大了煙氣與尿素溶液的接觸面積，延長了尿素溶液在爐內(nèi)的時間，使得熱解更加完全。
[0036](3)本實用新型尿素熱解裝置在殼體尾部設置了換熱裝置，提高了尾部的溫度，減少了尿素的結(jié)晶。
[0037](4)換熱裝置出口處的冷煙氣經(jīng)過管道已旋流的方式進入到殼體的上部，可以對殼體內(nèi)部的溫度進行調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0038]圖1為本實用新型尿素熱解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]1、殼體;2、進口段;3、上變口段;4、中間混合段;5、下變口段;6、出口段;7、熱煙氣導流裝置;8、噴槍;9、冷煙氣進氣管；10、換熱器;11、電加熱器;7-1葉片;7-2固定軸。
[0040]圖2為本實用新型尿素熱解裝置中尿素溶液噴槍的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖3為本實用新型尿素熱解裝置中冷煙氣進氣管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖4為本實用新型尿素熱解裝置中進口段的熱煙氣導流裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明。
[0044]如圖1所示，一種尿素熱解裝置，包括:殼體I，殼體I的頂部設有供高溫煙氣通入的進氣口，殼體I的底部設有供含氨混合氣體流出的出氣口(圖1中為氨氣出口)。按功能分段，可將殼體分為以下五段，依次為進口段2、上變口段3、中間混合段4、下變口段5和出口段6。其中下變口段5的外部設有換熱器10，煙氣入口上方設有輔助的電加熱器11。進氣口設置在進口段2，高溫煙氣可通過管道引入進口段2，將煙氣通入到本實用新型的尿素熱解裝置用于使尿素熱解。出口段6可與煙氣脫硝系統(tǒng)中還原劑分配裝置連接，將熱解后得到的氨氣直接用于煙氣脫硝工藝中。
[0045]電加熱器11設置在高溫煙氣管路靠近進口段2的位置，根據(jù)需要對高溫煙氣的溫度進行控制。進口段與中間混合段的直徑比為1:2?4。
[0046]結(jié)合圖4，本實用新型尿素熱解裝置的進口段2處焊接有熱煙氣導流裝置7，熱煙氣導流裝置7由固定軸7-2和沿固定軸7-2周向輻射狀分布的4片葉片7-1組成，固定軸7_2與殼體中心軸同軸設置，葉片與葉片間的間距為等間距，也可進行非等間距設置，但為使煙氣均勻分散，采用等間距設置最為適宜。葉片的垂直高度為進氣口直徑的0.4?1.2倍，葉片的寬度為進氣口直徑的0.4?0.5倍。葉片自上而下沿固定軸7-2周向逆時針布置，形成逆時針旋轉(zhuǎn)的高溫煙氣旋流。本實用新型專利采用了對稱螺旋結(jié)構(gòu)，能夠使熱煙氣流場更加均勻，同時旋流的煙氣能夠?qū)δ蛩厝芤红F滴有吸引力，使得兩者接觸更加緊密，傳熱傳質(zhì)能加劇烈，熱解更加充分。中間的固定軸7-2可改為尖錐形，有利于引導熱煙氣進入四個旋流分區(qū)。
[0047]上變口段3為錐臺型結(jié)構(gòu)，小口朝上，大口朝下，保證高溫煙氣順利的以旋流的形式進入到中間混合段4中。中間混合段4為柱形結(jié)構(gòu)，半徑不變。
[0048]結(jié)合圖2，在尿素熱解裝置殼體I的殼壁上設置有噴槍8，噴槍8位于中間混合段的上方，噴槍的數(shù)量共有6個，6個噴槍沿殼體中心軸均勾布置，每個噴槍與殼體之間以相同的角度設置，保證從噴槍噴出的尿素溶液先形成順時針的旋流，與進口段2進入的高溫煙氣，和從冷煙氣進氣管9進入的逆時針旋流的冷煙氣混合，兩個旋流方向相反的氣流/液體流與高溫煙氣充分混合后，一同向下運動，從熱解裝置的出口段6流出。
[0049]結(jié)合圖3，在尿素熱解裝置殼體I的殼壁上設置有冷煙氣進氣管9，位于噴槍8的下方，數(shù)量為6個，靠近中間混合段4中部設置，冷煙氣進氣管9在豎直方向投影的位置與噴槍的相同，即冷煙氣進氣管9與噴槍8數(shù)量相等，上下位置一一對應，冷煙氣進氣管相對殼體設置的角度與噴槍的角度的相反，以便形成旋流方向相反的冷煙氣流。
[0050]圖2中，6個噴槍與同一個虛擬圓相切，我們稱之為假想切圓I，該假想切圓與殼體中心軸垂直，且圓心位于殼體的中心軸上。圖3中，6個冷煙氣進氣管與同一個虛擬圓相切，我們稱之為假想切圓II，該假想切圓與殼體中心軸垂直，且圓心位于殼體的中心軸上。假想切圓I和假想切圓II上下對正，且半徑相同，保證尿素溶液與煙氣混合的更加均勻。下變口段5為倒錐臺結(jié)構(gòu)，大口朝上，小口朝下，保證生成的含氨混合器順利的排出。在尿素熱解裝置的下變口段5的外部設有換熱器10，為方形，換熱器10高溫管路的入口熱源為高溫煙氣，高溫管路的出口處的冷煙氣經(jīng)過管道、閥門及煙氣進氣管9噴入到尿素熱解裝置的殼體內(nèi)，實現(xiàn)對尿素熱解裝置內(nèi)溫度的調(diào)整。本實施例中，我們選取為殼體入口煙氣量的20%的高溫煙氣作為尾部換熱器的熱源，本技術方案，可通過設置閥門實現(xiàn)。
[0051]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種尿素熱解裝置，包括帶有高溫煙氣進氣口和含氨氣體出氣口的熱解殼體，所述殼體上設有噴槍，其特征在于，所述殼體上還設有至少兩個冷煙氣進氣管； 所述噴槍至少有兩個，設置在垂直于殼體中心軸的同一平面上，每個噴槍相對殼體傾斜設置，使從噴槍噴出的尿素溶液形成溶液旋流； 所述冷煙氣進氣管設置在垂直于殼體中心軸的同一平面上，每個冷煙氣進氣管相對殼體傾斜設置，使從冷煙氣進氣管噴出的冷煙氣形成冷煙氣旋流； 在殼體周向，所述溶液旋流與所述冷煙氣旋流方向相反。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述噴槍與同一虛擬圓I相切;所述冷煙氣進氣管與同一虛擬圓II相切;所述虛擬圓I和虛擬圓II的圓心均位于殼體中心軸上，且大小相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述噴槍數(shù)與所述冷煙氣進氣管數(shù)量相同且位置 對應。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素熱解裝置，其特征在于，在殼體中心軸方向，所述冷煙氣進氣管設置在靠近殼體中部位置;所述噴槍靠近殼體的進氣口設置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述進氣口設置在殼體頂部，所述出氣口設置在殼體底部;所述進氣口處設有熱煙氣導流裝置，該熱煙氣導流裝置包括: 與殼體中心軸同軸的固定軸； 沿固定軸周向輻射狀分布的至少兩個螺旋形葉片； 在殼體軸向，所述熱煙氣導流裝置、噴槍與冷煙氣進氣管自上而下依次設置;在殼體周向，從熱煙氣導流裝置排出的高溫煙氣旋流，與所述溶液旋流方向相反。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述中心軸為尖端朝向進氣方向的錐形結(jié)構(gòu)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述葉片的垂直高度為進氣口直徑的0.4?1.2倍，葉片的寬度為進氣口直徑的0.4?0.5倍。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述進氣口與高溫煙氣管路連接;所述殼體底部設有對殼體尾端進行加熱的換熱裝置，換熱裝置的高溫管入口與所述高溫煙氣管路連通，換熱裝置的高溫管出口通過帶有閥門的管路與所述冷煙氣進氣管連通。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述殼體包括依次連接的進口段、上變口段、中間混合段、下變口段和出口段;所述進口段內(nèi)設有熱煙氣導流裝置;所述下變口段外部設有換熱裝置;所述噴槍設置在中間混合段靠近上變口段的上部;所述冷煙氣進氣管位于噴槍的下方的中間混合段上;所述進口段與高溫煙氣管連接，所述換熱裝置的高溫管入口同時與高溫煙氣管連接，所述冷煙氣進氣管通過帶閥門的管路與換熱裝置的高溫管出口相連。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的尿素熱解裝置，其特征在于，所述進口段與中間混合段的直徑比為1:2?4。
【文檔編號】C01C1/08GK205500799SQ201620168176
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月4日
【發(fā)明人】顧瀟力, 陸晶, 李 雨, 楊載濤, 蘇玉棟, 周昊, 郭無雙, 趙鍇
【申請人】上海電氣電站環(huán)保工程有限公司, 浙江大學