一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置及方法，包括入口段、主反应段、倒圆锥管状的收缩段、出口段，入口段与主反应段的上部相连接，主反应段的下部通过收缩段与出口段连接，入口段包括蜗壳进气管道、维持旋流且减小压降的引流通道和降低热空气流速并稳定流场的扩散段，在蜗壳进气管道的螺旋旋转内环上设置有与蜗壳进气管道相连接的导向叶片，相邻的两个导向叶片组成引流通道，引流通道与扩散段相连接，本发明减少了尿素结晶的现象，延长了热解反应停留时间，保证了尿素在热解装置中达到充分热解，降低了装置压力损失，保证整个系统的高效、稳定运行，装置简单，降低运行和维护热解设备所引起的费用，延长定期维修的周期。
【专利说明】一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于选择性催化还原烟气脱硝的【技术领域】，具体涉及一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置及方法。
【背景技术】
[0002]选择性催化还原烟气脱硝即SCR烟气脱硝，SCR是当前广泛应用的电厂烟气脱硝方法。在脱硝系统中，还原剂是最大的消耗品，其消耗成本直接影响到脱硝系统的整体经济指标，目前，SCR烟气脱硝还原剂包括液氨、氨水及尿素。液氨、氨水及尿素均可作为烟气脱硝还原剂，随着脱硝还原剂制备、储存与供应技术的日渐成熟，脱硝还原剂的选择原则逐渐转为以安全与经济为主。液氨是危险化学品，随着国家对安全问题的日益重视，正逐渐出台一系列相关的限制措施，使得电厂在用液氨时在审批、工期、占地等诸多方面受到越来越多的制约，投运后通过环保验收的程序也较为繁琐；氨水因为其运行成本居高不下也受到应用的局限。作为无危险的制氨原料，尿素热解制氨具有与液氨相同的脱硝性能，尿素是绿色肥料、无毒性，因而没有法规限制，并且便于运输、储存和使用。目前在国内SCR脱硝采用尿素为还原剂已经成为一种趋势。
[0003]传统的尿素热解制氨装置是内部中空的高温容器，热空气或热烟气由装置顶部进入，保证热解装置中维持足够尿素分解的温度。一般在热解装置进口段安装有均流板或旋流板，均流板一般为 筛孔板，筛孔板上均匀开孔以保证流场均匀；旋流板一方面用来形成旋流，提高气体和反应物在热解炉内的停留时间，另一方面则是尽可能的降低气体阻力。但当前的尿素热解制氨装置普遍存在的问题包括:(I)均流板或旋流板的存在极大地增加了整个尿素热解制氨装置的压力损失，从而增加了动力消耗和运行费用；(2)对于均流板而言，系统的长久运行很容易造成均流板上的开孔因为灰尘的过多积累而堵塞，开孔一旦堵塞则会使整个装置的流场和温度场失控，进而造成装置内局部区域处反应物热解不完全；(3)对于旋流板而言，其对气流的旋流效应使得热解装置内的流场和温度场很难均匀，容易造成尿素溶液在壁面低速或低温区域的沾壁和结晶，长久运行甚至会导致热解装置的完全堵塞；(4)为了将气流从入口处合理地引进尿素热解制氨装置的主反应段，目前的装置通常设计有多段扩充管，增加了装置的总高度。
[0004]专利CN201020633701.6中公开了一种尿素制氨的热解装置，包括气体入口、内部设置有喷枪的反应室以及气体出口，气体入口设置于反应室上部，气体出口设置于反应室下部，还包括设置于反应室内部且在喷枪上部的筛板型气流分配装置。热解装置解决了现有技术中存在尿素热解装置中气流分配不佳、体积过大的问题，然而筛孔板因为开孔率不高，故而局部阻力较大，致使整体压降不理想，并且由于气体流速矢量垂直向下，不利于增强气体和反应物在装置内的停留时间，所以该方案尚有很大的改进空间。
【发明内容】
[0005]为了克服尿素结晶，装置压力损失大，热解反应停留时间不足，装置复杂的缺点，本发明提供了一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置及方法，减少了尿素结晶的现象，延长了热解反应停留时间，保证了尿素在热解装置中达到充分热解，降低了装置压力损失，保证整个系统的高效、稳定运行，装置简单，降低运行和维护热解设备所引起的费用，延长定期维修的周期。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，包括入口段、进行尿素热解制氨反应的主反应段、倒圆锥管状的收缩段、将制得氨气排出的出口段，入口段与主反应段的上部相连接，主反应段的下部通过收缩段与出口段连接，其特征在于，入口段包括蜗壳进气管道、维持旋流且减小压降的引流通道和降低热空气流速并稳定流场的扩散段，在蜗壳进气管道的螺旋旋转内环上设置有与蜗壳进气管道相连接的导向叶片，相邻的两个导向叶片组成引流通道，引流通道与扩散段相连接，形成了尿素热解所需的流场和温度场，减少了尿素结晶的现象，降低了装置压力损失，保证整个系统的闻效、稳定运行。
[0007]扩散段为圆锥管，导向叶片的一端与蜗壳进气管道相连接，另一端与扩散段的圆锥管相连接。
[0008]引流通道为两端开口四周封闭的开口通道，且沿气流旋转方向倾斜设置，使气流流入主反应段时呈旋流状态，增加气流在装置内的停留时间，保证尿素溶液的制氨效率。
[0009]引流通道呈圆周状均匀分布在蜗壳进气管道的螺旋旋转内环上，且引流通道至少设置3个，优选为3-6个，使得热空气形成均匀的旋流，稳定流场。
[0010]蜗壳进气管道设置有上盖板，上盖板与蜗壳进气管道连接，将引流通道与扩散段的顶部遮盖，防止顶部漏气。
[0011]引流通道的底部设置有下盖板，下盖板的一端与蜗壳进气管道连接，另一端与扩散段的圆锥管的端面相连接，下盖板将导向叶片支撑并将其封闭，防止底部漏气。
[0012]蜗壳进气管道为螺旋管道，其横截面积逐渐缩小。
[0013]蜗壳进气管道的端面为封闭的或者向开口端延伸使之与蜗壳进气管道相连通。
[0014]主反应段为圆柱体，在主反应段内设置有提供雾化的尿素溶液的双流体雾化喷枪，喷枪沿主反应段的内圆周面均匀布置，喷枪设置有4-6根，使得热空气与喷枪内的尿素溶液均匀接触。
[0015]蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置所采用的制氨方法，其特征在于，热空气进入到热解制氨装置内，热空气在管道内呈环形分布，环形的热空气不断地从管道内导出，导出的热空气形成旋流，由上而下地与尿素溶液均匀接触，热解制得氨气，其反应方程式如下:
[0016]CO (NH2) 2 — NH3+HNC0
[0017]HNC0+H20 — NH3+C02。
[0018]本发明的有益效果是，减少了尿素结晶的现象，延长了热解反应停留时间，保证了尿素在热解装置中达到充分热解，降低了装置压力损失，保证整个系统的高效、稳定运行，装置简单，降低运行和维护热解设备所引起的费用，延长定期维修的周期。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 下面结合附图对本发明所述的蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置及方法进行具体说明。[0020]图1是本发明的结构示意图；
[0021]图2是本发明入口段的俯视结构示意图。
[0022]如图所示，入口段1，蜗壳进气管道2，引流通道3，扩散段4，主反应段5，收缩段6，出口段7，喷枪8。
【具体实施方式】
[0023]如图1所示，蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，包括入口段1、主反应段5、倒圆锥管状的收缩段6、出口段7。其中，入口段I包括蜗壳进气管道2、引流通道3和扩散段4。如图2所示，在入口段I内，蜗壳进气管道2通过引流通道3与扩散段4相连接，将蜗壳进气管道2中的旋流气流引至扩散段4内。扩散段4与主反应段5的上部相连接，主反应段5的下部通过收缩段6与出口段7连接。整个热解装置结构简单，尿素热解装置中空，降低了整个装置的压力阻力，降低运行和维护热解设备所引起的费用，延长定期维修的周期。
[0024]如图2所示，蜗壳进气管道2为封闭的螺旋管道，管道的截面积逐渐缩小，使得热空气呈现环形分布。蜗壳进气管道2的末端面为封闭的，或者向开口端延伸使之与蜗壳进气管道2相连通，这样热空气在蜗壳进气管道内形成循环流动的气体。
[0025]引流通道3是由相邻的两个导向叶片组成，导向叶片作为引流通道3的侧壁。导向叶片设置在蜗壳进气管道2的内部，并且与蜗壳进气管道相连接。因而引流通道3是开设在蜗壳进气管道2的螺旋旋转内环上的开口通道，开口通道为两端开口四周封闭。引流通道3的另一端与扩散段4相连接。引流通道3是连接蜗壳进气管道2和扩散段4的开口通道，使得热空气由引流通道3中流入扩散段4，而在非引流通道处为封闭的，热空气不能导出，只能呈环形状态流 向下一个引流通道，再通过引流通道将热空气导入到扩散段中。引流通道3至少设置三个，优选设置3-6个，最优选的为4个。引流通道3呈圆周状均匀排列，并且沿气流旋转方向倾斜设置，因而引流通道3整体呈弧形，以达到维持旋流、减小压降的目的。扩散段4为圆锥管，导向叶片的一端与蜗壳进气管道2相连接，另一端与扩散段4的圆锥管相连接。扩散段4由蜗壳进气管道2到主反应段5逐渐扩充，直径逐渐增加，降低了热空气流速并且稳定流场，扩散段4的扩充角为20° -60°。
[0026]蜗壳进气管道2设置有上盖板，底部设置有下盖板。上盖板与蜗壳进气管道2相连接，引流通道3的导向叶片与上盖板相接触，上盖板将引流通道3与扩散段4的顶部遮盖，防止热空气由顶部跑出。下盖板的一端与蜗壳进气管道2连接，另一端与扩散段4的圆锥管的端面相连接，下盖板将导向叶片支撑并将其封闭。防止热气流由底部跑出。
[0027]尿素热解制氨装置使用蜗壳进气管道2进气使得热空气呈环形分布，由于引流通道3的作用，将呈环形分布的热空气形成旋流，使得热空气的流场和温度场分布均匀。扩散段4降低了热空气的速度，稳定了流场，使得旋流的热空气更加稳定地与喷枪中的尿素溶液发生反应。尿素热解制氨装置采用蜗壳进气管道2并辅以引流通道3和扩散段4，在临近壁面处，使得热空气形成了速度和温度均稍高的区域，有效防止雾化尿素溶液的沾壁和结晶。
[0028]如图1所示，主反应段5为圆柱体，为尿素热解制氨的反应器，采用不锈钢材料制作。在主反应段5内设置有双流体雾化喷枪8，用来提供雾化的尿素溶液。喷枪8沿主反应段5的内圆周面均匀布置，设置有4-6根。喷枪8的布置应避开旋流造成的内循环回流区域。收缩段6由主反应段5到出口段7逐渐收缩，直径逐渐缩小，与出口段的直径相符，便于与出口段连接。收缩段6的收缩角度在50° -70°。
[0029]4800C -6500C的热空气经过蜗壳进气管道2进入，使得热空气呈环形分布，蜗壳进气管道2上开设的引流通道3引导热空气进入扩散段4，环形分布的热空气由于引流通道的引导作用形成旋流，通过扩散段4进入主反应段5。主反应段5内的喷枪8上接有两路出口:一路为配置好的尿素溶液，一路为雾化空气，两路出口使得尿素溶液雾化。尿素溶液通过喷枪8喷入主反应段5，雾化的尿素溶液在主反应段5内与自上而下旋流状态流下的热空气均匀接触发生反应，尿素热解生成氨气，其反应方程式如下:
[0030]CO (NH2) 2 — NH3+HNC0[0031 ] HNC0+H20 — NH3+C02
[0032]热解后的氨气通过收缩段6送至出口段7。
[0033]尿素热解制氨装置采用蜗壳进气管道并辅以引流通道和扩散段进气，最大限度地降低了整个系统的阻力，有利于热解系统的高效、稳定运行，并且使得气流在装置内形成旋流，并且蜗壳进气管道使得尿素热解装置在横截面上获得气体的环形分布，尤其是在临近壁面处，可以形成速 度和温度均稍高的区域，有效防止由于流速和温度不同而引起尿素溶液的沾壁和结晶，形成了尿素热解所需的流场和温度场，增加了热解反应停留时间。
【权利要求】
1.一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，包括入口段(I)、进行尿素热解制氨反应的主反应段(5)、倒圆锥管状的收缩段(6)、将制得氨气排出的出口段(7)，所述入口段(I)与主反应段(5)的上部相连接，主反应段(5)的下部通过收缩段(6)与出口段(7)连接，其特征在于，所述入口段(I)包括蜗壳进气管道(2)、维持旋流且减小压降的引流通道(3)和降低热空气流速并稳定流场的扩散段(4)，在蜗壳进气管道(2)的螺旋旋转内环上设置有与蜗壳进气管道(2)相连接的导向叶片，相邻的两个导向叶片组成引流通道(3)，所述引流通道(3)与扩散段(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述扩散段(4)为圆锥管，所述导向叶片的一端与蜗壳进气管道(2)相连接，另一端与扩散段(4)的圆锥管相连接。
3.根据权利要求1所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述引流通道(3)为两端开口四周封闭的开口通道，且沿气流旋转方向倾斜设置。
4.根据权利要求1所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述引流通道(3)呈圆周状均匀分布在蜗壳进气管道(2)的螺旋旋转内环上，且引流通道(3)至少设置3个,优选为3-6个。
5.根据权利要求1所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述蜗壳进气管道(2)设置有上盖板，所述上盖板与蜗壳进气管道(2)相连接，将引流通道(3)与扩散段(4)的顶部遮盖。
6.根据权利要求1所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述引流通道(3)的底部设置有下盖板，所述下盖板的一端与蜗壳进气管道(2)连接，另一端与扩散段(4)的圆锥管的端面相连接，所述下盖板将导向叶片支撑并将其封闭。
7.根据权利要求1所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述蜗壳进气管道(2)为螺旋管道，其横截面积逐渐缩小。
8.根据权利要求7所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述蜗壳进气管道(2)的端面为封闭的或者向开口端延伸使之与蜗壳进气管道(2)相连通。
9.根据权利要求1所述的一种蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置，其特征在于，所述主反应段(5)为圆柱体，在主反应段(5)内设置有提供雾化的尿素溶液的双流体雾化喷枪(8)，所述喷枪(8)沿主反应段的内圆周面均匀布置，所述喷枪(8)设置4-6根。
10.一种根据权利要求1-9中所述蜗壳进气旋流式尿素热解制氨装置所采用的制氨方法，其特征在于，热空气进入到热解制氨装置内，热空气在管道内呈环形分布，环形的热空气不断地从管道内导出，导出的热空气形成旋流，由上而下地与尿素溶液均匀接触，热解制得氨气，其反应方程式如下:
CO (NH2) 2 — NH3+HNCO
HNCCHH2O — NH3+C02。
【文档编号】C01C1/02GK104003416SQ201310139362
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】宋红兵, 彭代军, 周烨, 仲兆平, 张波, 张茜芸 申请人:中国大唐集团环境技术有限公司, 中国大唐集团科技工程有限公司