一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脫硝系統(tǒng)還原劑的制備領(lǐng)域，具體地，涉及一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的尿素的熱解主要在熱解反應(yīng)器中進(jìn)行，氣體通過加熱裝置加熱后作為反應(yīng)熱源，進(jìn)入熱解反應(yīng)器，用于完全分解傳送到氨噴射系統(tǒng)的尿素。氣體通過加熱控制裝置以維持適當(dāng)?shù)哪蛩胤纸鉁囟?。尿素?jīng)過一個能提供完全分配的噴射器注入到熱氣體中。熱解反應(yīng)器從其進(jìn)口開始算起，至出口結(jié)束，由入口段、減速段、本體、收縮段、出口等部分組成。熱氣體從反應(yīng)器入口進(jìn)入，通過減速段進(jìn)入本體，尿素溶液通過噴射器送入本體，在高溫下溶液發(fā)生汽化，尿素與水發(fā)生反應(yīng)生成NH3和⑶2。主要的化學(xué)反應(yīng)為:
[0003]CO (NH2) 2——NH3+HNCO
[0004]HNC0+H20——NH3+C02。
[0005]為了增加尿素分解的反應(yīng)停留時間，使得反應(yīng)更加充分的進(jìn)行，必須要降低熱風(fēng)在熱解反應(yīng)器內(nèi)的流速。因此，在本體上部設(shè)置有減速段，用于放大本體直徑，從而達(dá)到降低熱氣體流速的目的。
[0006]但是，現(xiàn)有的熱解反應(yīng)器一般通過一段減速段直接減速后通入本體進(jìn)行反應(yīng)，氣流速度一次性下降過快，會存在以下的問題:
[0007]一方面，會造成下部氣體流場紊亂，流場結(jié)構(gòu)失衡。氣流降速一步到位，氣流進(jìn)入反應(yīng)器后，速度下降過快，會造成熱解反應(yīng)器內(nèi)的流場不穩(wěn)、氣流分布不均。
[0008]另一方面，也會造成溫度場分布不均，影響反應(yīng)效率。
[0009]由于尿素分解反應(yīng)在很短的時間內(nèi)完成，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(jié)晶沉積。尿素結(jié)晶現(xiàn)象的增多會造成檢修次數(shù)的增加，嚴(yán)重的還會對尿素?zé)峤庀到y(tǒng)的運(yùn)行造成影響。
[0010]因此，如何提高熱解反應(yīng)器中氣流的氣體流場和溫度場對于尿素的熱解反應(yīng)的穩(wěn)定有效進(jìn)行至關(guān)重要。
[0011 ] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]為了解決上述問題，本發(fā)明的第一發(fā)明目的是提供了一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置，具體地，采用了如下的技術(shù)方案:
[0013]一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置，包括入口段、帶有噴射器的主反應(yīng)段和出口段，主反應(yīng)段的兩端分別與入口段和出口段相連通，其特征在于，所述的入口段與主反應(yīng)段之間設(shè)置至少兩級減速段，相鄰的兩級減速段之間設(shè)置穩(wěn)定段。
[0014]進(jìn)一步地，所述的入口段、減速段、穩(wěn)定段和主反應(yīng)段同軸設(shè)置，每一級減速段的橫截面面積沿著由入口段至主反應(yīng)段的方向逐漸增大，穩(wěn)定段的橫截面面積沿著由入口段至主反應(yīng)段的方向均相等。
[0015]進(jìn)一步地，所述的減速段為內(nèi)部中空的錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑沿著由入口段至主反應(yīng)段的方向逐漸增大；所述的穩(wěn)定段為內(nèi)部中空的柱狀結(jié)構(gòu)。
[0016]進(jìn)一步地，所述的減速段包括一級減速段和二級減速段，一級減速段的上端入口連通入口段，二級減速段的下端出口連通主反應(yīng)段；所述的穩(wěn)定段的兩端分別連通一級減速段和二級減速段。
[0017]進(jìn)一步地，所述的一級減速段的下端出口的內(nèi)徑、穩(wěn)定段的內(nèi)徑和二級減速段的上端入口的內(nèi)徑均相等。
[0018]進(jìn)一步地，所述的一級減速段的夾角介于30°?60°之間，其變徑比介于1:2?1:5之間。
[0019]進(jìn)一步地，所述的二級減速段的夾角介于10°?30°之間，其變徑比介于2:3?2:5之間。
[0020]進(jìn)一步地，所述的穩(wěn)定段的長度需要滿足:氣流流經(jīng)穩(wěn)定段的時間在0.1?Is之間；
[0021]優(yōu)選地，所述的穩(wěn)定段的長度為0.2?5m。
[0022]本發(fā)明的第二發(fā)明目的是提供一種采用上述的制氨裝置的尿素?zé)峤庵瓢狈椒ǎ?，氣體加熱后以一定速度進(jìn)入入口段，經(jīng)過至少兩級減速后進(jìn)入主反應(yīng)段與尿素溶液進(jìn)行熱解反應(yīng)；所述的加熱后的氣體在經(jīng)過每一級減速段減速后進(jìn)入穩(wěn)定段停留0.1?Is。
[0023]進(jìn)一步地，所述加熱后的氣體的流速經(jīng)一級減速段較入口段處流速下降50%?80%，加熱后的氣體的流速經(jīng)二級減速段較入口段處流速下降80%?98%。
[0024]本發(fā)明的尿素?zé)峤庵瓢毖b置采用逐級放大結(jié)構(gòu)，溫度場分布均勻，提高反應(yīng)效率，利于尿素溶液的完全熱解。氣流在進(jìn)入上一級減速段之后，進(jìn)入穩(wěn)定段，維持流場穩(wěn)定并且不產(chǎn)生紊流，然后再次進(jìn)入下一級減速段。穩(wěn)定段的長度需要滿足氣流停留時間在0.1?Is之間的要求。
[0025]因此，本發(fā)明的尿素?zé)峤庵瓢毖b置基于速度分區(qū)的設(shè)計思想，各段有相應(yīng)的流速范圍，氣流速度分段下降，流速可控，且有穩(wěn)定段的設(shè)計，保證氣速下降后充分穩(wěn)定再次降速，整體流場穩(wěn)定。
[0026]具體地，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0027]1、氣流分階段降速，并且引入穩(wěn)定段，一級減速后進(jìn)入穩(wěn)定段，充分穩(wěn)定后進(jìn)行二級減速，整體流場結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不產(chǎn)生紊流。
[0028]2、避免因流場不穩(wěn)定對溫度場分布的影響，造成截面溫度分布不均勻，形成局部低溫點，尿素溶液無法充分分解，影響分解效率。
[0029]3、截面速度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差減小10%以上。
[0030]4、截面溫度相對標(biāo)準(zhǔn)偏差減小14%以上。
【附圖說明】
[0031]圖1本發(fā)明的尿素?zé)峤庵瓢毖b置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2本發(fā)明的尿素?zé)峤庵瓢毖b置的不同速度區(qū)間及風(fēng)速變化趨勢圖。
[0033]附圖中的標(biāo)號說明:1_入口段2-—級減速段3-穩(wěn)定段4-二級減速段5-噴射器6-主反應(yīng)段7-收縮段8-出口段9-出口管路。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置及方法進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的一種尿素?zé)峤庵瓢毖b置，包括入口段1、帶有噴射器5的主反應(yīng)段6和出口段8，主反應(yīng)段6的兩端分別與入口段I和出口段8相連通，所述的入口段I與主反應(yīng)段6之間設(shè)置至少兩級減速段，相鄰的兩級減速段之間設(shè)置穩(wěn)定段3。
[0036]本發(fā)明的制氨裝置逐級的將氣體的流速降低，并且在每一級降速后通入到穩(wěn)定段3，穩(wěn)定段3對氣體在其內(nèi)部流動時具有一定的緩沖效果，避免氣體流速降低過快導(dǎo)致氣體流場和溫度場的不穩(wěn)定，經(jīng)過穩(wěn)定段3穩(wěn)定后的氣體再次進(jìn)入下一級的減速段進(jìn)一步地減速。
[0037]本發(fā)明的制氨裝置經(jīng)過多級逐步減速使氣體流速達(dá)到反應(yīng)要求，并且每一級減速過后都進(jìn)入穩(wěn)定段3進(jìn)行氣體的流場和溫度場的穩(wěn)定，這相對于現(xiàn)有熱解反應(yīng)器將氣體流速一次性降低后通入到主反應(yīng)體的方式，最后進(jìn)入主反應(yīng)段6的氣體流速的流場以及溫度場的分布更加的均勻，更加有利于從噴射器5噴出的尿素?zé)峤夥磻?yīng)，使得反應(yīng)更加的穩(wěn)定尚效。
[0038]因此，本發(fā)明的尿素?zé)峤庵瓢毖b置采用逐級放大結(jié)構(gòu)，溫度場分布均勻，提高反應(yīng)效率，利于尿素溶液的完全熱解。氣流在進(jìn)入上一級減速段之后，進(jìn)入穩(wěn)定段，維持流場穩(wěn)定并且不產(chǎn)生紊流，然后再次進(jìn)入下一級減速段。
[0039]本發(fā)明的減速段可根據(jù)實際的反應(yīng)要求進(jìn)行設(shè)置，主要取決于入口段I處氣體流速、進(jìn)入主反應(yīng)段6的氣體流速以及制氨裝置的規(guī)格(即容量)所決定。一般，減速段的級數(shù)可在滿足反應(yīng)效率的條件下盡可能多的設(shè)置，這樣可以確保氣體流速穩(wěn)定降低。但是，減速段也不應(yīng)設(shè)置的過多，因為減速段越多，穩(wěn)定段3設(shè)置的也就越多，會影響氣體的傳輸效率，進(jìn)而影響到反應(yīng)效率。
[0040]為了實現(xiàn)本發(fā)明的減速段的減速效果和穩(wěn)定段3的穩(wěn)定氣體流場和溫度場的效果，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的入口段1、減速段、穩(wěn)定段3和主反應(yīng)段6同軸設(shè)置，每一級減速段的橫截面面積沿著由入口段I至主反應(yīng)段6的方向逐漸增大，穩(wěn)定段3的橫截面面積沿著由入口段I至主反應(yīng)段6的方向均相等。
[0041]本發(fā)明的每一級減速段的橫截面面積沿著由入口段I至主反應(yīng)段6的方向逐漸增大，使得氣體再由入口段I流向主反應(yīng)段6的過程中，傳輸空間逐漸增大，氣體流速逐漸降低。本發(fā)明的穩(wěn)定段3的橫截面面積沿著由入口段I至主反應(yīng)段6的方向均相等，說明穩(wěn)定段3是內(nèi)部通道均勻，不會發(fā)生徑向尺寸的改變而影響到氣體的正常傳輸，從而使得氣體能夠在流經(jīng)穩(wěn)定段3的過程中，內(nèi)部的流場和溫度場得以緩沖而變得更加的均勻。
[0042]本發(fā)明的制氨裝置整體呈柱狀結(jié)構(gòu)，柱狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部中空，優(yōu)選地，采用圓柱狀結(jié)構(gòu)。
[0043]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，所述的減速段為內(nèi)部中空的錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑沿著由入口段I至主反應(yīng)段6的方向逐漸增大；所述的穩(wěn)定段3為內(nèi)部中空的柱狀結(jié)構(gòu)。
[0044]本發(fā)明的減速段為內(nèi)部中空的錐形結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)氣體減速效果，穩(wěn)定段3為內(nèi)部中空的柱狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)氣體流場和溫度場的穩(wěn)定效果。而且錐形結(jié)構(gòu)和柱狀結(jié)構(gòu)的連接過渡更加平滑，避免連接處尺寸突變對氣體造成紊流，影響氣體流場和溫度場的穩(wěn)定性。
[0045]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的減速段包括一級減速段2和二級減速段4，一級減速段2的上端入口連通入口段1，二級減速段4的下端出口連通主反應(yīng)段6 ;所述的穩(wěn)定段3的兩端分別連通一級減速段2和二級減速段4。
[0046]本發(fā)明的具體的采用了兩級減速的方式，這是在滿足反應(yīng)效率的基礎(chǔ)上做出的一種較優(yōu)的方式。本發(fā)明的兩級減速中一級減速段2起到主要的減速作用，二級減速段4在一級減速段2減速后的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減速以達(dá)到反應(yīng)要求。因此，將穩(wěn)定段3設(shè)置在一級減速段2和二級減速段4，氣體在經(jīng)過一級減速段2減速后氣體流速變化較大，氣