一種尿素熱解制氨裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種尿素熱解制氨裝置，包括帶噴槍（3）的反應器本體（2）、反應器本體（2）的入口和出口（5），所述入口設置在反應器本體（2）的上部，所述出口（5）設置在反應器本體（2）的下部，所述的入口包括至少兩個進氣管（1），所述進氣管（1）位于反應器壁的上部，與反應器壁成一定角度。實現(xiàn)熱解反應器內(nèi)氣流形成旋流，熱空氣與霧化的尿素溶液混合效果好、氣體流場、溫度場分布更加均勻，增加反應停留時間，有利于尿素的完全分解，且反應器本體結構簡單。
【專利說明】一種尿素熱解制氨裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尿素熱解裝置，具體地說是一種入口為多個均勻分布在反應器本體上的與反應器側壁成一定角度的管路的尿素熱解制氨裝置。
【背景技術】
[0002]氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，隨著嚴格的環(huán)保標準的實施，煙氣脫硝系統(tǒng)成為火電廠必不可少的設備之一，選擇性催化還原反應(Selective CatalystReduction，簡稱SCR)以其脫硝效率高的優(yōu)點成為了電廠脫硝項目的技術首選，得到了越來越廣泛的應用。SCR技術中還原劑NH3的來源有3種:液氨、氨水和尿素，選擇尿素作為還原劑，具有安全性高、來源廣泛、易于運輸和儲存等特點，在環(huán)保領域得到了廣泛的應用。
[0003]尿素制氨的方法有熱解和水解兩種，其中熱解法因為工藝成熟可靠，又在常壓下運行，不存在氨泄漏等原因，得到了快速的推廣。
[0004]傳統(tǒng)的尿素熱解制氨裝置是內(nèi)部中空的高溫容器，熱空氣由頂部進入，在熱解裝置中維持足夠尿素分解的溫度。熱解裝置一般由進口段、擴充段、主體段、收縮段及連接段組成。在進口段安裝有旋流板或氣流均布板。旋流板的形式一般由環(huán)形布置的多塊葉片組成，葉片斜45°縱向安裝，一方面用來形成旋流，提高氣體在熱解爐內(nèi)的停留時間，另一方面盡可能的降低氣體阻力。氣流均布板一般為篩孔板，篩孔板與熱解裝置直徑相同，孔均勻分布，保證流場均勻，根據(jù)不同熱解裝置的直徑和熱空氣流量來確定篩孔板的開孔孔徑大小和開孔率。
[0005]熱空氣從入口段進入，尿素經(jīng)過一個提供完全分配的噴槍注入到熱空氣中反應，熱解反應器，由入口段、放大段、本體、收縮段、出口等部分組成。為了增加尿素分解的反應停留時間，必須要降低熱風在熱解反應器內(nèi)的流速，因此在本體上部設置有放大段，用于放大本體直徑，從而達到降低熱空氣流速的目的。在傳統(tǒng)熱解反應器設計中，采用放大本體直徑這一單一方法來達到熱解反應停留時間的要求，具有一定的局限性，或者入口設置為文丘里結構，需要較長的穩(wěn)定段，包括入口減縮、喉部、出口漸擴，長度要求較高，由于受現(xiàn)場的空間限制，這種方法對于大型反應器在實際工程中的設計布置較難實現(xiàn)，而且熱解裝置的反應室由不銹鋼制成， 大體積的熱解裝置制造成本較高。
[0006]氣流進入反應器時，沒有引流裝置，會造成熱解反應器內(nèi)的氣流分布不均，由于尿素分解反應在很短的時間內(nèi)完成，一般只有幾秒鐘的時間，對氣體流場和溫度場的要求非常高，如果氣體流場和溫度場分布不均，尿素就不能完全分解，未分解的尿素會在尾管管壁上結晶沉積，尿素結晶現(xiàn)象的增多會造成檢修次數(shù)的增加，嚴重的還會對尿素熱解系統(tǒng)的運行造成影響。
[0007]專利文獻CN101574616A中公開了一種碳酸氫銨制氨氣的的熱解爐，所述熱解爐體下部分布了四根熱空氣引入管，所述四根熱空氣引入管的偏斜布置使得熱空氣進入熱解爐后具有一定的旋轉強度，使爐內(nèi)流場充滿度好，熱解爐內(nèi)溫度分布均勻。然而由于所用的碳酸氫銨為固體顆粒，為了使所述固體顆粒分解需要激烈的撞擊運動，所以所述熱解爐中的熱空氣需要設計成旋轉流動的，并且將熱空氣入口設在熱解爐下部，下部的旋轉氣流保證固體顆粒不落地，而尿素制氨所用的尿素為溶液，需要的是自上而下具有穩(wěn)定流動速度的熱空氣，因此上述碳酸氫銨的熱解裝置不適用于尿素的熱解。
[0008]專利文獻CN201907975U公開的用于尿素制氨的熱解裝置，包括氣體入口、內(nèi)部設有噴槍的反應室以及氣體出口，所述氣體入口設置于所述反應室上部，所述氣體出口設置于所述反應室下部，還包括設置于所述反應室內(nèi)部且所述噴槍上部的篩板型氣流分配裝置，在反應室內(nèi)部且在噴槍上部設置了設有多個開孔的篩板型氣流分配裝置，使得進入熱解裝置的熱氣流在擴散過程中，更快地取得了均勻向下流動的熱氣流流場，提高了噴槍的相對布置位置，使得熱解裝置有更短的長度要求，有效降低了熱解裝置的高度，但是，氣流必須通過帶有很多細孔的孔板進入，阻力很大，會造成壓力損失。
[0009]鑒于此提出本發(fā)明

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種可以引導熱空氣在反應器本體內(nèi)形成旋流的氣體流場，增加反應停留時間，氣體流場和溫度場分布均勻，有利于尿素的完全分解且結構簡單的尿素熱解制氨裝置。
[0011]為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0012]一種尿素熱解制氨裝置，包括帶噴槍的反應器本體、反應器本體的入口和出口，所述入口設置在反應器本體的上部，所述出口設置在反應器本體的下部，所述的入口包括至少兩個進氣管，所述進氣管位于反應器壁的上部，與反應器壁成一定角度。
[0013]所述的反應器壁包括反應器本體的側壁和頂部，所述進氣管沿同一方向均勻設置在反應器本體的側壁和頂部。
[0014]所述入口位于反應器本體的側壁的上部，反應器本體的頂部封閉，所述的多個進氣管沿順時針方向或者沿逆時針方向均勻的分布在反應器本體的側壁上，進氣管處于水平方向或者斜向下方向。
[0015]所述的進氣管穿過反應器本體的側壁伸入到反應器本體的內(nèi)部，多個進氣管伸入反應器本體的側壁的距離相同。
[0016]所述進氣管處于水平方向，且多個進氣管的中心軸線與同一個圓分別相切于進氣管伸進反應器本體的伸入端，該圓為一虛擬切圓，所述虛擬切圓與反應器本體上進氣管所在的橫截面為同心圓，所述的虛擬切圓的半徑為R，反應器本體的半徑為Rl，R滿足1/3R1 ≤ R ≤ 2/3R1。
[0017]所述的多個進氣管位于入反應器本體的外部端同時與用于統(tǒng)一初始進氣條件的進氣聯(lián)箱相連接，該進氣聯(lián)箱為一大直徑管道，其半徑為進氣管半徑R2的3~5倍，且靠近熱解裝置。
[0018]所述的多個進氣管的結構相同，通過每個進氣管的沿程壓力損失相同，多個進氣管同時進氣時，每個進氣管的進氣壓力相同。
[0019]所述的進氣管為2-6個，優(yōu)選進氣管(I)為4個。
[0020]所述的進氣管設置在距頂部200~600mm處，且位于噴槍(3)的上部，優(yōu)選距頂部300 ~500mm 處。[0021]所述的反應器本體和反應器本體的出口之間設置有截面積逐漸減小的收縮段，收縮段和/或出口設置有結晶檢測與維護設備，該結晶檢測與維護設備為取樣管和/或檢查孔。
[0022]采用上述技術方案，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0023]1、多路切圓式熱解裝置可以在截面上獲得均勻的氣體環(huán)形分布，尤其是在臨近壁面的區(qū)域，沒有流速和溫度上的盲點。
[0024]2、解決了氣流分配的問題，另一方面是為了最大限度的提高整體停留時間。同時由于本技術取消了傳統(tǒng)技術的旋流板和篩孔板，維持熱解裝置的中空，因而大大降低了系統(tǒng)阻力。
[0025]3、與傳統(tǒng)熱解裝置在結構設計上的不同在于，取消進口段、擴充段，整個熱解裝置主體是一個圓柱體，使整體的結構更為簡單。
[0026]4、可以減少尿素結晶現(xiàn)象的發(fā)生，氣體流場和溫度場分布均勻，可以充分保障尿素的完全分解，不會造成未分解的尿素在尾管發(fā)生沉積結晶。
[0027]5、可以降低反應器的高度、降低成本，節(jié)省能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1:本發(fā)明尿素熱解制氨裝置結構圖
[0029]圖2:本發(fā)明尿素熱解制氨裝置進氣管結構圖
[0030]其中，1、進氣管，2、反應器本體，3、噴槍，4、收縮段，5、出口，6、頂部，7、伸入端，8外部端，9、虛擬切圓，10、側壁。
【具體實施方式】
[0031]本發(fā)明所述的一種尿素熱解制氨裝置，包括帶噴槍3的反應器本體2、反應器本體2的入口和出口 5，所述入口設置在反應器本體2的上部，所述出口 5設置在反應器本體2的下部，所述的入口包括至少兩個進氣管1，所述進氣管I位于反應器壁的上部，與反應器壁成一定角度。所述的反應器壁包括反應器本體2的側壁和頂部6，所述進氣管I沿同一方向均勻設置在反應器本體2的側壁和頂部6。
[0032]優(yōu)選所述入口位于反應器本體2的側壁10的上部，反應器本體2的頂部6封閉，所述的多個進氣管I沿順時針方向或者沿逆時針方向均勻的分布在反應器本體2的側壁10上，進氣管I處于水平方向或者斜向下方向。
[0033]所述的進氣管I穿過反應器本體2的側壁伸入到反應器本體2的內(nèi)部，多個進氣管I伸入反應器本體2的側壁的距離相同。所述的進氣管優(yōu)選2-6個，優(yōu)選進氣管為4個。
[0034]所述的多個進氣管I的中心軸線與同一個圓分別相切于進氣管I伸進反應器本體2的伸入端，該圓為一虛擬切圓9，所述虛擬切圓9與反應器本體2上進氣管所在的橫截面為同心圓，且半徑小于該橫截面的半徑。[0035]所述的虛擬切圓的半徑為R，反應器本體2的半徑為Rl，R滿足1/3R1 < R < 2/3R1。虛擬切圓的大小要能夠保證熱解裝置內(nèi)氣流完全旋流，避免尿素溶液在反應器本體2的側壁10上附著結晶。但整個旋流區(qū)控制在噴槍層上方。
[0036]所述的多個進氣管I位于入反應器本體2的外部端8同時與用于統(tǒng)一初始進氣條件的進氣聯(lián)箱相連接，該進氣聯(lián)箱為一大直徑管道，其半徑為進氣管I半徑R2的3~5倍，且盡量靠近熱解裝置，保證熱量損失和壓力損失降到最低，避免能量的浪費。進氣聯(lián)箱的設置使四路管道有統(tǒng)一的初始進氣條件。
[0037]所述的多個進氣管I的結構相同，通過每個進氣管I的沿程壓力損失相同，保證多個進氣管I同時進氣時，每個進氣管I的進氣壓力相同。這樣在保證進入進氣管I的氣流的壓力相同的情況下，經(jīng)過進氣管I后進入反應器本體2時的壓力相同，保證多路氣流均勻，有相同的速度和流量，進入反應器本體2后的旋流穩(wěn)定、均勻。
[0038]所述的進氣管I設置在距頂部200~600mm處。
[0039]優(yōu)選進氣管I設置在距頂部300~500mm處。
[0040]所述的反 應器本體2和反應器本體2的出口 5之間設置有截面積逐漸減小的收縮段4，收縮段4和/或出口 5設置有結晶檢測與維護設備，該結晶檢測與維護設備為取樣管和/或檢查孔。
[0041]實施例一
[0042]如圖1所示，本發(fā)明所述的尿素熱解制氨裝置包括:反應器本體2、進氣管1、收縮段4和出口 5，所述的反應器本體2為圓柱體，頂部6封閉，進氣管I布置在頂部6以下300~500mm,反應器本體2上設置有用于噴射霧化的尿素溶液的噴槍3，所述噴槍3位于進氣管I以下的位置。
[0043]如圖2所示，優(yōu)選進氣管I為四路進氣管1，四路進氣管I成環(huán)形同方向均勻布置，且每一路進氣管I的軸向中心線與同一個虛擬切圓相切，該虛擬切圓的大小可經(jīng)模擬計算得出，虛擬切圓的大小與反應器本體2的大小，進氣管I的直徑大小，進氣管I的個數(shù)，進氣管I的進氣速度有關，虛擬切圓的大小要能夠保證熱解裝置內(nèi)氣流完全旋流，避免尿素溶液在反應器本體2的側壁10上附著結晶。若所述的虛擬切圓的半徑為R，反應器本體2的半徑為 Rl，一般 R 滿足 1/3R1 ^ 2/3R1。
[0044]噴槍3上接有兩路入口一路出口:一路入口為配置好的尿素溶液，一路入口為霧化空氣，尿素溶液通過噴槍3時通過霧化空氣的作用，在噴槍3的出口處噴出霧化的尿素溶液，噴入反應器本體2，噴槍3的布置應避開內(nèi)循環(huán)回流區(qū)，噴槍3應選擇霧化均勻，霧化粒徑合適，覆蓋率高的產(chǎn)品，使噴入溶液不破壞既有的流場、溫度場。
[0045]收縮段4及出口 5布置結晶監(jiān)測及維護設施，監(jiān)控反應器本體2內(nèi)的結晶情況，并將結晶情況傳送給整個裝置的控制中心，采取相應的措施，或者直接控制內(nèi)部的維護設施對內(nèi)部的結晶進行處理，該結晶檢測與維護設備為取樣管和/或檢查孔。
[0046]在四路進氣管I之前設置進氣管聯(lián)箱。該聯(lián)箱距離熱解裝置盡量短，降低四路管道的沿程阻力。聯(lián)箱的目的是為了使四路管道有統(tǒng)一的初始進氣條件。設計時使四路管道有相同的阻力損失，以保證在進入熱解裝置以后，有相同的速度和流量，保證進入反應器本體2后的旋流穩(wěn)定、均勻。
[0047]使用時維持熱解裝置內(nèi)氣體的面平均速度為2.5~3m/s，臨近側壁的速度在
3.5~4.0m/s之間，中心區(qū)速度為0.5~1.0m/s之間,平均停留時間為5~15S,確保尿素到氨的100%轉化率。
[0048]上述尿素熱解制氨的工藝流程為:300~650°C的熱空氣經(jīng)過聯(lián)箱分配后，分成均勻四路進氣管I進入反應器本體2，四路熱空氣在反應器本體2內(nèi)部切向旋轉，形成均勻旋流。均勻旋流與噴槍層噴出的40~50%尿素溶液均勻接觸，生成氨氣，
[0049]在高溫條件下，尿素發(fā)生分解反應，其化學反應如下:
[0050]CO (NH2) 2 — NH3+HNC0[0051 ] HNC0+H20 — NH3+C02
[0052]熱空氣的量可以調(diào)節(jié)，一方面滿足熱解所需的熱量要求，另一方面滿足出口以后脫硝反應所需的氨濃度，分解后的氨氣經(jīng)過收縮段4和出口 5，進入輸送管道，再進入SCR反應器。相比之前的熱空氣豎直的通過熱解反應器，由于形成旋流，在反應器本體4長度不變的情況下，增加了混合氣流在反應器本體4內(nèi)的停留時間，從而有利于尿素的充分分解，在停留時間不變的情 況下，可以降低反應器本體4的高度，從而降低制造成本。
[0053]反應器本體2優(yōu)選不銹鋼制作。
[0054]實施例二
[0055]同實施例一相比，本實施例的尿素熱解制氨裝置中，所述的反應器本體2的側壁10的上部的不同高度處設置兩組進氣管路，每組進氣管路為至少兩個與側壁成一定角度的進氣管I。上下兩組進氣管路中的進氣管間隔布置，這樣保證反應器本體2中形成的旋流更加均勻。
[0056]其他同實施例一。
[0057]實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行描述，并非對本發(fā)明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設 計思想的前提下，本領域中專業(yè)技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變化和改進，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種尿素熱解制氨裝置，包括帶噴槍(3)的反應器本體(2)、反應器本體(2)的入口和出口( 5)，所述入口設置在反應器本體(2)的上部，所述出口( 5)設置在反應器本體(2)的下部，其特征在于:所述的入口包括至少兩個進氣管(I )，所述進氣管(I)位于反應器壁的上部，與反應器壁成一定角度。
2.根據(jù)權利要求1所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述的反應器壁包括反應器本體(2)的側壁和頂部(6)，所述進氣管(I)沿同一方向均勻設置在反應器本體(2)的側壁和頂部(6)。
3.根據(jù)權利要求2所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述入口位于反應器本體(2)的側壁(10)的上部，反應器本體(2)的頂部(6)封閉，所述的多個進氣管(I)沿順時針方向或者沿逆時針方向均勻的分布在反應器本體(2 )的側壁(10 )上，進氣管(I)處于水平方向或者斜向下方向。
4.根據(jù)權利要求3所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述的進氣管(I)穿過反應器本體(2)的側壁(10)伸入到反應器本體的內(nèi)部，多個進氣管伸入反應器本體(2)的側壁(10)的距離相同。
5.根據(jù)權利要求4所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述進氣管(I)處于水平方向，且多個進氣管(I)的中心軸線與同一個圓分別相切于進氣管(I)伸進反應器本體(2)的伸入端，該圓為一虛擬切圓，所述虛擬切圓與反應器本體(2)上進氣管所在的橫截面為同心圓，所述的虛擬切圓的半徑為R，反應器本體(2)的半徑為Rl，R滿足1/3R1≤R≤2/3R1。
6.根據(jù)權利要求5所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述的多個進氣管(I)位于入反應器本體(2)的外部端同時與用于統(tǒng)一初始進氣條件的進氣聯(lián)箱相連接，該進氣聯(lián)箱為一大直徑管道，其半徑為進氣管(I)半徑R2的3~5倍，且靠近熱解裝置。
7.根據(jù)權利要求6所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述的多個進氣管(I)的結構相同，通過每個進氣管(I)的沿程壓力損失相同，保證多個進氣管(I)同時進氣時，每個進氣管(I)的進氣壓力相同。
8.根據(jù)權利要求7所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述的進氣管(I)為2-6個，優(yōu)選進氣管(I)為4個。
9.根據(jù)權利要求8所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述的進氣管(I)設置在距頂部200~600mm處，且位于噴槍(3)的上部，優(yōu)選距頂部300~500mm處。
10.根據(jù)權利要求1所述的尿素熱解制氨裝置，其特征在于:所述的反應器本體(2)和反應器本體(2)的出口(5)之間設置有截面積逐漸減小的收縮段(4)，收縮段(4)和/或出口(5)設置有結晶檢測與維護設備，該結晶檢測與維護設備為取樣管和/或檢查孔。
【文檔編號】C01C1/08GK103964469SQ201310047259
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月6日 優(yōu)先權日:2013年2月6日
【發(fā)明者】周燁, 宋紅兵, 彭代軍 申請人:中國大唐集團環(huán)境技術有限公司, 中國大唐集團科技工程有限公司