一种带耦合增效传热装置的尿素水解制氨反应器的制作方法

本实用新型涉及制氨反应器领域，具体地说是一种应用于燃煤电厂SCR烟气脱硝的带耦合增效传热装置的尿素水解制氨反应器。

背景技术：

氮氧化物（NO_x）是主要的大气污染物之一。随着《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的发布，对燃煤电厂烟气污染物NO_x的排放限值的要求越来越严格。烟气脱硝是国内外广泛采用的控制燃煤锅炉烟气中NOx的有效方法，燃煤电厂发电机组绝大多数都设置了烟气脱硝装置，先把性催化还原法（SCR）是目前应用最广泛、最成熟可靠、脱硝效率最高的烟气脱硝技术，目前世界上绝大多数燃煤锅炉烟气脱硝都采用该技术。而在SCR脱硝技术中所采用的还原剂可以选择液氨、氨水和尿素。由于液氨价格便宜，运行成本低，早期的SCR脱硝装置多采用液氨蒸发工艺，但由于液氨具有毒性和腐蚀性，且容易挥发，存在较大的安全隐患，属于重大危险源，运输和储存都有特殊的规定，受到严格的管制。氨水中的氨浓度较低，运输成本高，并且工业氨水中有较多的金属离子，对SCR催化剂的寿命有一定的影响，因此在燃煤电站的SCR脱硝装置中应用并不广泛。尿素是一种无毒无害的固体颗粒，运输、储存安全便利，对环境无害。出于安全性和实用性的考虑，为了克服液氨运输、卸料、储存、运行、检修等环节存在的安全隐患，适用于SCR烟气脱硝的尿素制氨技术逐渐引起人们的关注。目前尿素制氨的技术主要有尿素热解和尿素水解两种。相比热解制氨，水解制氨过程比较彻底，无副产物产生，能耗小，只需要低品位的蒸汽即可满足水解反应的热量需求，运行成本低。

目前，燃煤电厂烟气脱硝系统采用的尿素水解制氨反应器一般采用U型盘管蒸汽间接加热尿素溶液的方式，在一定温度和压力条件下，尿素溶液受热分解产生氨气和二氧化碳，最后从反应器上部排出进入SCR脱硝装置。目前实际运行的尿素水解制氨反应器中，由于U型盘管一般采取长圆柱状结构形式布置在反应器筒体中心下半部分，尿素溶液从反应器底部由管道直接输入筒体，与蒸汽盘管间接换热，往往导致尿素溶液浓度分布不均，随着反应的进行，蒸汽盘管的换热不均匀现象越来越明显，极易导致尿素溶液局部过热或加热不足，影响反应器的正常运行，无法适用SCR脱硝装置负荷变化，同时也导致蒸汽耗量增大。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有尿素溶液水解制氨反应器存在的上述问题，提供一种带耦合增效传热装置的水解制氨反应器，其在反应器内部加热蒸汽盘管两侧设置折流板和尿素溶液分配器，使水解反应器内尿素溶液和加热蒸汽盘管热量均匀分布，以避免产生尿素溶液局部过热或加热不足等问题，确保水解反应器正常运行，减少加热蒸汽的耗量，节约运行成本。

为此，本实用新型采用如下的技术方案：一种带耦合增效传热装置的尿素水解制氨反应器，包括反应器壳体和加热蒸汽盘管；

位于加热蒸汽盘管两侧的反应器壳体下半部内各设置至少一个尿素溶液分配器和多块折流板，所述的尿素溶液分配器朝加热蒸汽盘管一侧开有多个尿素溶液喷射孔。

作为上述技术方案的补充，位于加热蒸汽盘管两侧的反应器壳体下半部上各设有至少一个尿素溶液进口管，所述的尿素溶液分配器与对应的尿素溶液进口管连接。

作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶液分配器和尿素溶液进口管均呈对称设置，两者中心高度一致，并与位于反应器壳体内的加热蒸汽盘管中心高度一致。

作为上述技术方案的补充，所述的尿素溶液分配器为圆形或椭圆形不锈钢管道，两端封闭；所述的尿素溶液分配器固定连接在折流板上。

作为上述技术方案的补充，所述尿素溶液进口管数量根据尿素溶液分配器的长度，每侧分别设置2-3个，相邻尿素溶液进口管形成的多个间距等分于尿素溶液分配器长度。

作为上述技术方案的补充，所述的折流板呈倾斜布置，与水平面成一夹角β，45°≤β≤60°。

作为上述技术方案的补充，折流板的数量根据加热蒸汽盘管的长度，每间隔800~1000mm设置一块，两侧对称布置，数量相等，折流板的一端焊接在反应器壳体上。

作为上述技术方案的补充，所述的反应器壳体呈圆筒状，两端采用椭圆型封头封闭，一封头上设有视镜，另一封头上开有加热蒸汽盘管插入口；所述反应器壳体的顶部设有产品气除雾器及产品气输出口，底部设有排污口。

作为上述技术方案的补充，所述的加热蒸汽盘管呈U形圆柱状；加热蒸汽盘管的一端插于反应器壳体下半部围成的筒体内，位于筒体内的加热蒸汽盘管设有支架，支架焊接在反应器壳体上；加热蒸汽盘管的另一端置于反应器壳体外，焊接在封头上，并设有蒸汽入口和蒸汽凝液出口。

作为上述技术方案的补充，所述反应器壳体上还设有液相温度计、气相温度计、压力表、安全阀以及液位计。

本实用新型具有以下的有益效果：本实用新型在水解反应制氨反应器内，加热蒸汽盘管两侧设置了折流板和尿素溶液分配器，通过尿素溶液分配器，使得进入反应器内的尿素溶液分布更加均匀，再配合以折流板，使得加热蒸汽盘管的热量分布也趋于均匀，增加尿素溶液水解过程的传热传质效率，避免尿素溶液局部过热或加热不足，保证水解反应器正常运行，提高水解反应器适应脱硝装置负荷变化的需求，同时减少蒸汽耗量，降低运行成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的A向视图；

图4为图2中B-B向剖视图；

图5为本实用新型尿素溶液分配器开孔示意图；

图6为本实用新型水解反应器内尿素溶液浓度分布示意图；

图7为本实用新型水解反应器内热流分布示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为图7的A向视图。

其中：1为反应器壳体；2为加热蒸汽盘管；3为产品气除雾器；4为产品气输出口；5为蒸汽入口；6为蒸汽凝液出口；7为排污口；8为尿素溶液分配器；9为尿素溶液进口管；10为折流板；11为视镜；12为支架；13为尿素溶液喷射孔。

具体实施方式

下面结合说明书附图给出本实用新型的一个最佳实施方式。

如图1-4所示的带耦合增效传热装置的水解制氨反应器，其由反应器壳体1、加热蒸汽盘管2、折流板10和尿素溶液分配器8组成。反应器壳体1呈圆筒形，两端采用椭圆形封头封闭。反应器壳体两侧下部设有尿素溶液进口管9，顶部设有产品气除雾器3及产品气输出口4，底部设有排污口7。两个封头的一个设有视镜11，另一个设有加热蒸汽盘管的插入口。

加热蒸汽盘管2呈U形圆柱状。加热蒸汽盘管2的一端从反应器壳体下半部中心位置插于反应器壳体围成的筒体内，筒体内的加热蒸汽盘管设有支架12，支架12焊接在反应器壳体1上；加热蒸汽盘管2的另一端置于反应器外，焊接在封头上，并设有蒸汽入口5和蒸汽凝液出口6。

折流板10焊接于反应器壳体下半部蒸汽盘管两侧的壳体1上，折流板10倾斜布置，与水平面的夹角：45º≤β≤60º。

尿素溶液分配器8采用圆形或椭圆形不锈钢管道，两端封闭，朝加热蒸汽盘管一侧开有尿素溶液喷射孔13，如图5所示。尿素溶液分配器8对称布置在反应器下半部加热蒸汽盘管2两侧，固定在两侧折流板10上。

折流板10的设置数量根据加热蒸汽盘管2的长度，每间隔800~1000mm设置一块，两侧对称布置，数量相等，一端焊接在反应器壳体1上。折流板10高度（上端面）与加热蒸汽盘管2中心高度一致。

尿素溶液分配器8与反应器壳体1上设置的尿素溶液进口管9连接，两侧尿素溶液进口管9与尿素溶液分配器8一样对称布置，两者中心高度一致，并与筒体内加热蒸汽盘管2中心高度一致。反应器壳体1两侧尿素溶液进口管9数量根据尿素溶液分配器8的长度，每侧分别设置2~3个，相信两个尿素溶液进口管形成的多个间距等分于尿素溶液分配器8管道长度。

本实用新型的工作过程如下：尿素溶液通过尿素溶液进口管9输送至尿素溶液分配器8，经尿素溶液分配器均匀分配至水解反应器壳体1内，尿素溶液在水解反应器内的浓度分布如图6所示。待反应器内尿素溶液达到一定液位后，加热用的蒸汽通过蒸汽入口5进入加热蒸汽盘管2，加热蒸汽盘管2与温度较低的尿素溶液接触间，蒸汽温度不断降低，最后达到冷凝温度，放出冷凝潜热，蒸汽变成凝结水，放出的热量加热尿素溶液。由于折流板10设置，加上尿素溶液分配器8喷射出的尿素溶液扰流作用，使得水解反应器内加热蒸汽盘管2周围热量分布逐步趋于均匀，水解反应器内热流分布如图7-9所示。在折流板10和尿素溶液分配器8的双重作用下，增强了水解反应过程中的传热传质效率。达到特定的温度和压力条件，水解反应达到最佳速度，反应生产氨气和二氧化碳，并夹带一部分水蒸汽从水解反应器顶部进入产品气除雾器3，经除雾器除去大部分水雾滴后再从产品气输出口输送至SCR脱硝装置。水解反应器可以通过排污口定期排除水解过程中产生的缩二脲等杂质，在停机检修过程，可以排空水解反应器内的液体。反应器壳体上设置的视镜、温度计、压力表、安全阀以及液位计等监控仪表及设备主要用于监测水解反应过程中的各种参数，以确保水解反应器在设计的工况下正常运行。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表达了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求书定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。