一种尿素溶液水解系统的制作方法

本实用新型涉及节能减排技术领域，尤其涉及一种尿素溶液水解系统。

背景技术：

因燃烧产生的污染物包含氮氧化物，这些氮氧化物主要以NO和NO2形式存在，是造成酸雨、雾霾和光化学烟雾的前驱体，对大气环境的危害特别大，因此，烟气NOx的治理备受关注。近年来，随着环保要求的逐渐提高，为了降低排烟尾气中氮氧化物的排放量，许多行业(如电力、化工、钢铁、水泥、垃圾焚烧等)的锅炉和其它设备(如水泥窑、烧结机等)纷纷增设烟气脱硝装置。烟气脱硝的主要技术路线有采用低氮燃烧(LNB)和选择性催化还原烟气脱硝(SCR)。

目前选择性催化还原烟气脱硝(SCR)技术，由于其效率高，性能稳定，广泛应用在国内外的工程，成为排烟尾气脱除氮氧化物的主流技术。SCR脱硝系统是指在催化剂的作用下，通过向烟气中喷入氨气，将烟气中的氮氧化物还原成氮气和水，对环境不造成二次污染。为提供脱硝系统所需氨气，其来源共有液氨、氨水和尿素溶液三种，尿素溶液制氨法由于其安全性能好，尿素来源方便等原因，逐渐成为SCR还原剂应用的首选。

尿素溶液制备氨气有热解法和水解法两种。尿素水解分为AOD、U2A和SafeDeNOx三大技术流派，原理是将尿素以水溶液方式在一定温度和压力下进行分解来制取氨气，主要区别在于前两者属于普通水解，制氨响应慢(＞1h)，而SafeDeNOx属于催化水解，制氨响应速度快(＜5min)，而且尿素分解更彻底。尿素热解原理是利用热源加热雾化后的尿素溶液颗粒来制取氨气，通常采用燃油/天然气/电为加热源，尽管制氨响应极其迅速(＜10s)，但是因反应温度极高而消耗大量的燃料或电能，故运行成本很高，而且尿素热分解不彻底，也会带入杂质进入SCR系统。

现有的尿素溶液水解系统包括尿素溶液制备系统，尿素溶液制备系统通过人工破袋或料仓将尿素注入带搅拌器的尿素溶液储罐中，在伴热条件下与注入的除盐水混合制备成一定浓度的尿素溶液。但是上述系统因尿素易板结和尿素溶液具有腐蚀性，导致尿素吸湿不易计量给料和设备腐蚀，运行可靠性偏差，因而需要改进的尿素溶液水解系统。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种尿素溶液水解系统，尿素颗粒流态化良好、不堵塞，尿素不板结，运行可靠性高，尿素利用率高，同时得到的尿素溶液浓度精确，运行能耗低。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

一种尿素溶液水解系统，包括依次相连的尿素溶液制备装置、输送泵、水解器装置和SCR装置，还包括提供流态化干尿素颗粒的干尿素给料装置，干尿素给料装置包括出料口；

尿素溶液制备装置包括压力液管道、喷射器和混合器，喷射器包括尿素进口、压力液进口、混合室和初混液出口，混合器包括初混液进口和第一混合液出口；

干尿素给料装置的出料口与尿素进口连通，压力液进口与压力液管道连接，初混液出口与初混液进口连通，第一混合液出口与输送泵连通。

优选地，尿素溶液制备装置还包括循环泵和水箱，循环泵包括进液口和出液口；进液口通过进水管道与水箱连通，出液口通过压力液管道与压力液进口连通。

优选地，混合器还包括第二混合液出口；第二混合液出口通过混合液进口管道与进液口连通，出液口通过压力液管道与喷射器的压力液进口连通。

优选地，水解器装置包括水解器和蒸汽加热器；水解器通过尿素溶液进口管道与输送泵连通，水解器的上端通过水解器出口管道与SCR装置连通；所述蒸汽加热器通过蒸汽进口管道与所述水解器连通。

优选地，在所述干尿素给料装置的出料口处设置有给料调节阀；在所述输送泵的出口处设置有浓度计。

优选地，在进水管道上设置有水调节阀和水温度计。

优选地，在混合液进口管道上设置有混合液调节阀和混合液温度计。

优选地，在尿素溶液进口管道上设置有溶液调节阀；在水解器中设置有水解器温度计、水解器压力变送器和水解器液位计。

优选地，在蒸汽加热器中设置有加热器温度计和加热器压力变送器，在蒸汽进口管道上设置有蒸汽调节阀。

优选地，在水解器出口管道上自水解器至SCR装置方向上依次设置有水解器出口温度计、水解器出口调节阀和水解器出口流量计。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：

借助于提供流态化干尿素颗粒的干尿素给料装置与喷射器和混合器相结合来制备尿素溶液；尿素颗粒流态化良好、不堵塞、便于输送，稀释水或尿素溶液高流速、高真空引射干尿素颗粒，干湿分离，尿素不板结，运行可靠性高。且喷射混合器装置没有搅拌器类似运动部件，维护成本低、占地小、安装简单。

附图说明

本实用新型借助于以下附图进行描述：

图1是根据本实用新型实施例的尿素溶液水解系统的简化结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的尿素溶液水解系统的具体结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的尿素溶液水解系统的控制方法流程图。

【附图标记说明】

10：干尿素给料装置；

11：给料调节阀；

20：喷射混合器装置；

21：喷射器；22：混合器；23：循环泵；

211：压力液调节阀；212：压力液温度计；231：混合液调节阀；232：混合液温度计；

30：输送泵；

31：浓度计；

40：水解器；

41：溶液调节阀；42：水解器温度计；43：水解器压力变送器；44：水解器液位计；45：蒸汽加热器；47：水解器；

451：蒸汽调节阀；452：加热器温度计；453：加热器压力变送器；461：水解器出口调节阀；462：水解器出口温度计；463：水解器出口流量计。

50：SCR装置；

51：SCR系统；

60：控制器。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。

总体结构

参见图1，一种尿素溶液水解系统，包括依次相连的干尿素给料装置10、喷射混合器装置20、输送泵30、水解器装置40和SCR装置50。

干尿素给料装置10

如图2所示，干尿素给料装置10为提供流态化干尿素颗粒的专有给料装置，干尿素给料装置10的出料口与喷射混合器装置20连通，将流态化干尿素颗粒送入喷射混合器装置20中。尿素颗粒流态化良好，不堵塞，便于输送。在干尿素给料装置10的出料口处设置有给料调节阀11。

喷射混合器装置20

喷射混合器装置20包括喷射器21和混合器22。喷射器21包括尿素进口、压力液进口、初混液出口和混合室，混合器22包括初混液进口和第一混合液出口；尿素进口与干尿素给料装置10的出料口连通，压力液进口与压力液管道连接，压力液管道用于传送压力液通过压力液进口进入混合室，初混液出口与初混液进口连通，第一混合液出口通过输送泵30与水解器装置40连通。在输送泵30的出口处设置有浓度计31，压力液包括水或尿素溶液，其压力需大于5bar。喷射混合器装置20置于干尿素给料装置10的下游。

压力液进入混合室，引射流态化的尿素颗粒进入混合室，在混合室里，不同压力的两股流体相互混合，并发生能量交换，以形成一股居中压力的初混液，初混液经初混液出口进入混合器22中，使干尿素颗粒与压力液充分混合，得到具有一定浓度的尿素溶液；输送泵30将尿素溶液输送至水解器装置40中。通过尿素溶液高流速、高真空引射干尿素颗粒，干湿分离，尿素不易板结；没有搅拌器类似运动部件，维护成本低；喷射混合器装置20为撬装式结构，占地小且安装简单。

优选地，喷射混合器装置20还包括循环泵23和水箱，循环泵23包括进液口和出液口；进液口通过进水管道与水箱连通，出液口通过压力液管道与压力液进口连通，在进水管道上设置有水调节阀211和水温度计212。进一步优选地，混合器22还包括第二混合液出口；第二混合液出口通过混合液进口管道与进液口连通，出液口通过压力液管道与喷射器的压力液进口连通，在混合液进口管道上设置有混合液调节阀231和混合液温度计232。在混合室内，干尿素颗粒与一定浓度的尿素溶液充分混合，该装置可以精准控制所要求的尿素溶液浓度，将合格的尿素溶液输送至水解器装置40。

在上述优选方案中，压力液调节阀211、压力液温度计212、浓度计31、混合液温度计232和混合液调节阀231分别通过线缆与控制器60连接。

水解器装置40

水解器装置40包括水解器47和蒸汽加热器45；水解器47通过尿素溶液进口管道与输送泵30连通，水解器47通过水解气出口管道与SCR装置50连通，蒸汽加热器45通过蒸汽进口管道与水解器47连通。在尿素溶液进口管道上设置有溶液调节阀41，在水解器47中设置有水解器温度计42、水解器压力变送器43和水解器液位计44；在蒸汽加热器45中设置有加热器温度计452和加热器压力变送器453，在蒸汽进口管道上设置有蒸汽调节阀451；在水解器出口管道上依次设置有水解器出口温度计462、水解器出口流量计463和水解器出口调节阀461。

当然，本实施例中采用蒸汽加热器45来控制水解器47的温度仅仅是优选，可以想见，如果把它改成电加热器控制水解器47的温度，在电加热器上设置有功率监控器件，也能达到同样的效果。

在上述优选方案中，溶液调节阀41、水解器温度计42、水解器压力变送器43、水解器液位计44、加热器温度计452、加热器压力变送器453、蒸汽调节阀451、水解气出口温度计462、水解气出口流量计463和水解气出口调节阀461分别通过线缆与控制器60连接。

SCR装置

SCR装置包括SCR脱硝控制系统，SCR脱硝控制系统通过线缆与控制器60连接，从SCR脱硝控制系统获取所需氨气的流量。

工作原理

尿素溶液制备运行中，当尿素溶液浓度满足水解器47的反应要求，则输送至尿素溶液存储，否则通过控制尿素给料量和稀释水流量继续进行尿素溶液的在线制备。为保持水解器47一直处于最佳工作状态，设定输送泵30出口至水解器47的流量、水解器47中蒸汽的流量、温度和压力，水解器47中介质的工作温度、压力和液位满足最优化工艺设定参数。当SCR脱硝装置50需要氨气时，水解器47向SCR装置50的供氨。

如图3所示，控制器60检测尿素溶液浓度是否满足水解器47的反应要求，一旦达到设定预期则输送至尿素溶液存储，否则通过控制尿素给料量和稀释水流量继续进行尿素溶液的在线制备。为保持水解器47一直处于最佳工作状态，控制器60通过控制输送泵30出口至水解器47的流量、水解器47中蒸汽的流量、温度和压力，水解器47中介质的工作温度、压力和液位满足最优化工艺设定参数。水解器47向SCR装置50的供氨与否，需要控制器60从SCR脱硝控制系统获取所需氨气的流量，在控制器60发出停止制氨指令后，整个水解系统将自动停止。当然，也可以人为进行读值和判断。

需要理解的是，以上对本实用新型的具体实施例进行的描述只是为了说明本实用新型的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，但本实用新型并不限于上述特定实施方式。凡是在本实用新型权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。