一种利用余热的尿素催化水解制氨系统的制作方法

本实用新型涉及烟气脱硝系统及脱硝还原剂制备方法技术领域，尤指一种利用余热的尿素催化水解制氨系统。

背景技术：

总所周知，氮氧化物NO_x是主要的大气污染物之一，随着国家环保政策要求的提高，对氮氧化物排放限值的要求愈来愈严格，而燃煤电厂的锅炉烟气是大气污染物中氮氧化物的主要排放源之一，因此火电厂烟气脱硝是继烟气脱硫之后控制火电厂污染物排放的又一个环保重点领域。

火电厂烟气脱硝技术主要包括燃烧中脱硝和燃烧后脱硝，燃烧中脱硝主要指炉内低氮燃烧技术；燃烧后脱硝是对燃烧后产生的锅炉烟气进行脱硝处理，利用还原剂把烟气中的NO_x还原成N₂和H₂O。由于炉内低氮燃烧技术的局限性，NO_x排放控制远不能达到环保要求，为进一步降低NO_x的排放，必须对燃烧后的烟气进行脱硝处理。燃烧后脱硝主要包括选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原(SCR)，选择性催化还原(SCR)技术由于其脱硝效率高，技术和工艺成熟，在锅炉烟气脱硝领域应用最广。

燃煤电厂锅炉烟气脱硝还原剂的选择是整个脱硝系统中很重要的一个环节。目前，世界上脱硝系统最常用的还原剂有三种：液氨、氨水和尿素。尿素和氨都可用作SCR和SNCR的还原剂，然而火电厂脱硝还原剂选择影响因素主要有：运输和储存安全，包括预防恐怖袭击和泄漏；一旦发生事故可能造成的影响(包括经济影响和其它影响)；操作许可的批复；占地；投资和运行费用。

尿素在性能和安全操作方面更具有明显优点，在脱硝还原剂的选择中越来越受到青睐。现有尿素制氨技术有尿素热解制氨技术、普通尿素水解技术和尿素催化水解技术。当前火电厂脱硝还原剂的制备通常采用的是尿素热解方式，但是尿素热解技术耗能大、氨转化率较低、运行成本较高；普通尿素水解技术系统响应速率较慢，还未得到普遍应用；尿素催化水解技术在普通尿素水解技术加入催化剂，系统响应时间短、技术优势明显，应用前景较好，有待进一步开发应用。现有的尿素水解一般都以电厂蒸汽作为热源，需要消耗大量高品质蒸汽，经济型不佳。

因此，本申请人致力于提供一种新型的尿素催化水解制氨系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种新型的尿素催化水解制氨系统，能够充分利用大量电厂余热、废热，从而有效降低了尿素水解制氨的成本。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种利用余热的尿素催化水解制氨系统，包括：脱硝装置；尿素催化水解装置，与所述脱硝装置连通，用于向所述脱硝装置中输送NH₃；尿素溶液箱，通过尿素溶液管道与所述尿素催化水解装置连通，用于向所述尿素催化水解装置输送尿素溶液；尿素预热器，其进口通过所述尿素溶液管道与所述尿素溶液箱连通，其出口通过所述尿素溶液管道与所述尿素催化水解装置连通，且所述尿素预热器位于所述脱硝装置的出口烟道中，用于通过所述脱硝装置的出口烟气对尿素溶液进行预热；催化剂溶液箱，通过催化剂溶液管道与所述尿素催化水解装置连通；催化剂预热器，设置在所述催化剂溶液管道中，且与所述尿素催化水解装置的贫尿素溶液出料管连通，用于通过所述尿素催化水解装置排出的热的贫尿素溶液对催化剂溶液进行预热；空气预热器，与所述脱硝装置的出口烟道连通；至少一个热一次风喷射管道，设置在所述尿素催化水解装置的底部，与所述空气预热器连通，所述热一次风喷射管道上设有多个出风口。

优选地，所述热一次风喷射管道上的出风口设有两排，两排所述出风口位于所述热一次风喷射管道的进风方向的两侧，交错排列，且两排所述出风口位于同一高度，所述热一次风喷射管道的进风方向为所述热一次风喷射管道的进风端指向另一端的方向；和/或；每排所述出风口均沿着所述热一次风喷射管道的进风方向均匀布置，所述热一次风喷射管道的进风方向为所述热一次风喷射管道的进风端指向另一端的方向；和/或；所述出风口为锥形出风口，且所述锥形出风口的小口径端靠近所述尿素催化水解装置的底部；和/或；所述热一次风喷射管道的数目为多个，且多个所述热一次风喷射管道均匀铺设在所述尿素催化水解装置的底部。

优选地，所述尿素催化水解装置中设有一液位挡板，所述液位挡板与所述尿素催化水解装置的顶部之间具有间距；和/或；所述尿素催化水解装置与所述脱硝装置之间的连通管道上设有电伴热系统；和/或；所述尿素溶液管道上设有电伴热系统。

优选地，所述利用余热的尿素催化水解制氨系统还包括：浓度监测器，设置在所述尿素催化水解装置中，用于监测所述尿素催化水解装置中的尿素溶液的浓度；浓度调节器，与所述浓度监测器通讯连接，且与所述催化剂溶液箱连接，用于根据所述浓度监测器的浓度监测值调节所述催化剂溶液的浓度。

本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统可以实现以下至少一种有益效果。

1、本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统通过脱硝装置的出口烟气对尿素溶液进行预热，通过尿素催化水解装置排出的热的贫尿素溶液对催化剂溶液进行预热，预热后的尿素溶液和催化剂在尿素催化水解装置中受热进行反应生成NH₃，NH₃通入至脱硝装置进行脱硝反应，相比于传统的尿素水解方式，本实用新型中的尿素水解方式速度快，可以及时响应脱硝装置对还原剂氨气需求的变化，且耗能低、氨转化率高、运行成本低。

2、本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统通过空气预热器向尿素催化水解装置中输入热一次风，热一次风可以与尿素溶液直接进行热交换，尿素溶液受热均匀，加热效率高，热一次风对尿素溶液进行加热的同时还可以对尿素催化剂混合溶液起到扰动、搅拌的作用，加速尿素水解反应的进行，有效加快了水解速度，并且，热一次风的余热还可以对混合后的NH₃混合气体进行保温，防止回凝。

3、本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统还可以通过空气预热器向尿素催化水解装置中输入短路一次风，热一次风和短路一次风均可以对NH₃混合气体进行稀释，从而有效控制NH₃混合气体的浓度，使NH₃浓度远离爆炸极限，消除安全隐患，不需要另外设置风机引入稀释风，降低设备投资及运行成本。

4、本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统通过在尿素催化水解装置中设置液位挡板，可以有效控制尿素催化水解装置中的液位高度，便于将反应后的贫尿素溶液排出，维持水解区域的尿素溶液的浓度和液位的稳定。

5、本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统通过设置电伴热系统可以有效防止尿素溶液和尿素催化水解装置产生的氨气混合气体结晶和冷凝。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统的一种具体实施例的结构示意图；

图2是图1中所示的利用余热的尿素催化水解制氨系统中热一次风喷射管道的局部结构示意图；

图3是图2中所示的热一次风喷射管道的剖视图；

图4是图2中所示的热一次风喷射管道的出风口的局部放大示意图。

附图标号说明：

1-锅炉；11-脱硝入口烟道；2-脱硝装置；21-脱硝出口烟道；3-空气预热器；31-热一次风管；4-尿素溶液箱；41-尿素溶液给料泵；42-尿素溶液给料管；43-尿素预热器；44-预热后尿素溶液管道；5-尿素催化水解装置；51-热一次风喷射管道；511-出风口；52液位挡板；53-氨气混合气体出口管道；54-贫尿素溶液出料管；6-催化剂溶液箱；61-催化剂溶液给料泵；62-催化剂预热器；63-催化剂溶液管道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例一

如图1所示，实施例一公开了一种利用余热的尿素催化水解制氨系统，通过脱硝入口烟道11与锅炉1连接。利用余热的尿素催化水解制氨系统包括脱硝装置2、空气预热器3、尿素溶液箱4、尿素催化水解装置5和催化剂溶液箱6。脱硝装置2具体为SCR脱硝装置。尿素催化水解装置5通过氨气混合气体出口管道53与脱硝装置2连通，向脱硝装置中输送NH₃。尿素溶液箱4通过尿素溶液管道与尿素催化水解装置5连通，向尿素催化水解装置5输送尿素溶液。

在本实施例中，尿素溶液管道包括尿素溶液给料管42和预热后尿素溶液管道44，尿素溶液给料管道42上设有尿素溶液给料泵41。尿素预热器43的进口通过尿素溶液给料管道42与尿素溶液箱4连通，其出口通过预热后尿素溶液管道44与尿素催化水解装置5连通，且尿素预热器43位于脱硝装置2的出口烟道21中。尿素预热器43通过脱硝装置2的出口烟气对尿素溶液进行预热。

催化剂溶液箱6通过催化剂溶液管道63与尿素催化水解装置5连通，催化剂溶液管道63上设有一催化剂溶液给料泵61。催化剂预热器62设置在催化剂溶液管道63中，且与贫尿素溶液出料管54连通，通过尿素催化水解装置5排出的热的贫尿素溶液对催化剂溶液进行预热。

空气预热器3设置在脱硝装置2的出口烟道21中，空气预热器3通过热一次风管31与热一次风喷射管道51的进风口连通。热一次风喷射管道51平均铺设在尿素催化水解装置5的底部，且热一次风喷射管道51上设有多个出风口511。尿素催化水解装置5中的尿素溶液在热一次风的加热作用下进行水解反应。

具体的，在本实施例中，尿素催化水解装置中设有一液位挡板52，所述液位挡板将尿素催化水解装置分为水解区域(即尿素催化水解装置的右部区域)和溢流区域(即尿素催化水解装置的左部区域)，液位挡板52可以使尿素催化水解装置中的液位保持一定高度，从而使尿素催化水解装置中的尿素溶液保持一定的浓度。液位挡板与尿素催化水解装置的顶部之间具有间距，二者之间的间距及液位挡板的高度根据实际需要进行设定。部分进行完水解反应后的贫尿素溶液经过液位挡板从水解区域溢流至溢流区域。

贫尿素溶液出料管54与尿素催化水解装置5中的溢流区域连通，溢流区域的贫尿素溶液经过贫尿素溶液出料管54进入至催化剂预热器62中，催化剂预热器62通过贫尿素溶液的热量对催化剂进行预热，充分利用已经进行过水解反应的贫尿素溶液的热量。

热一次风喷射管道51上的出风口设有两排，两排所述出风口位于热一次风喷射管道的进风方向的两侧，交错排布，且两排所述出风口位于同一高度，热一次风喷射管道的进风方向为热一次风喷射管道51的进风端(如图1中所示的热一次风喷射管道51的左端)指向另一端(如图1中所示的热一次风喷射管道51的右端)的方向，也就是图1中所示的从左至右的方向，每排出风口均沿着热一次风喷射管道的进风方向均匀布置。

结合图3和4所示，两排出风口511相对于进风方向的倾斜角度均为45°，热一次风喷射管道51的出风口为锥形出风口，锥形出风口的开孔由里向外逐步扩张，倾斜角度为45°。

本实施例中的尿素催化水解制氨系统通过空气预热器3向尿素催化水解装置5中输入热一次风，热一次风可以与尿素溶液直接进行热交换，尿素溶液受热均匀，加热效率高，热一次风对尿素溶液进行加热的同时还可以对尿素催化剂混合溶液起到扰动、搅拌的作用，加速尿素水解反应的进行，有效加快了水解速度，并且，热一次风的余热还可以对混合后的NH₃混合气体进行保温，防止回凝。

另外，本实施例中的尿素催化水解制氨系统还可以通过空气预热器3向尿素催化水解装置5中输入短路一次风(即未经过加热的空气)，热一次风和短路一次风均可以对NH₃混合气体进行稀释，使尿素催化水解装置5输入到脱硝装置2中的NH₃混合气体中的含NH₃浓度控制在5％左右，从而使NH₃浓度远离爆炸极限，消除安全隐患。相比于传统的尿素催化水解制氨系统，本实施例中的系统不需要另外设置风机引入稀释风，降低设备投资及运行成本。

本实施例中的尿素催化水解制氨系统可以充分利用各种余热，不需要额外提供热源，循环经济，传热效率高，运行成本低，尿素在催化剂的催化作用下快速水解，能够及时响应下游脱硝系统需氨量的变化，负荷跟踪能力强。

在本实施例中，尿素催化水解装置5与脱硝装置2之间的连通管道(即图1中所示的氨气混合气体出口管道53)上设有电伴热系统，尿素溶液给料管上也设有电伴热系统，通过设置电伴热系统可以有效防止氨气混合气和尿素溶液结晶和凝结。

当然，在尿素催化水解制氨系统的其他实施例中，液位挡板和电伴热系统均可以根据实际需要进行选择性设置；热一次风喷射管道还可以仅设置一个；热一次风喷射管道上的出风口还可以为圆柱形或者长方形开孔；多个出风口的排布方式还可以根据实际需要进行调整。

实施例二

实施例二公开了本实用新型的利用余热的尿素催化水解制氨系统的另一种具体实施例，其结构与实施例一基本相同，不同之处在于，在本实施例中的尿素催化水解制氨系统还包括浓度监测器和浓度调节器。浓度监测器设置在尿素催化水解装置中，用于监测尿素溶液的浓度。浓度调节器与浓度监测器通讯连接，且与催化剂溶液箱连接，浓度调节器根据浓度监测器的浓度监测值调节催化剂溶液的浓度。

具体的，浓度调节器包括一判断模块和调节模块。判断模块与浓度监测器通讯连接，用于判断浓度监测器监测到的尿素溶液的浓度是否大于预设值，若判断结果为是，则通过调节模块得到调节催化剂溶液浓度的调节指令，根据此调节指令调节催化剂溶液的浓度，若判断结果为否，则不调节催化剂溶液的浓度。

通过调节催化剂溶液的浓度可实现对尿素催化水解装置的补水，防止在尿素水解过程中，由于水分的消耗和蒸发导致尿素溶液浓度变大，析出尿素晶体。

实施例三

本实施例公开了一种利用余热的尿素催化水解制氨方法，包括步骤：

S10：通过脱硝后的烟气对尿素溶液进行预热；

S20：将预热后的尿素溶液通入到尿素催化水解装置中；

S30：通过尿素催化水解装置排出的热的贫尿素溶液对催化剂进行预热；

S40：将预热后的催化剂通入到所述尿素催化水解装置中；

S50：向所述尿素催化水解装置通入热一次风，通过热一次风对尿素溶液加热进行水解反应；

S60：将所述尿素催化水解装置中的产生的NH₃通入到脱硝装置中，进行烟气脱硝。

具体的，在步骤S50中，热一次风从尿素催化水解装置的底部向上喷射。

实施例四

本实施例公开了尿素催化水解制氨方法的另一种具体实施例，其步骤与实施例三基本相同，不同之处在于，在本实施例中，尿素催化水解制氨方法还包括步骤S70：向尿素催化水解装置通入短路一次风，通过短路一次风降低混合气体中的NH₃浓度。

具体的，经过步骤S70的调节后，在步骤S60中，从尿素催化水解装置通入到脱硝装置中的NH₃的浓度为4％～6％。

实施例五

本实施例公开了尿素催化水解制氨方法的另一种具体实施例，其步骤与实施例三基本相同，不同之处在于，在本实施例中，尿素催化水解制氨方法还包括步骤：

S80：监测所述尿素催化水解装置中尿素溶液的浓度；

S90：根据所述尿素催化水解装置中的尿素溶液的浓度调节输入到所述尿素催化水解装置中催化剂溶液的浓度。

步骤S90包括步骤：

S91：判断尿素溶液的浓度是否大于预设浓度值；

S92：若尿素溶液的浓度大于预设浓度值，则根据尿素溶液的浓度得到催化剂溶液的浓度调节指令；

S93：若尿素溶液的浓度不大于预设浓度值，则不调节催化剂溶液的浓度。

实施例六

本实施例公开了尿素催化水解制氨方法的另一种具体实施例，其步骤与实施例三基本相同，不同之处在于，在本实施例中，尿素催化水解制氨方法通过液位挡板将尿素催化水解装置分为水解区域和溢流区域，并控制尿素催化水解装置中尿素溶液的液位高度，水解区域中充分反应后的尿素溶液经过液位挡板从水解区域溢流至溢流区域。

在步骤S30中，具体通过尿素催化水解装置的溢流区域中的贫尿素溶液对催化剂进行预热。

当然了，还可以将实施例三至六进行任意组合得到尿素催化水解制氨方法的其他具体实施例，此处不再赘述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。