適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置的製作方法

2023-05-22 05:11:01 2

本實用新型涉及尿素熱解裝置的結構設計技術領域，尤指一種適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置。

背景技術：

SCR脫硝工藝中的還原劑為氨氣，氨氣可直接來源於液氨，也可通過氨水或尿素間接置備。但在選擇還原劑製備技術時，不僅要考慮其初期投資和運行成本，還要考慮安全因素、場地因素以及系統的複雜性等問題。

由於尿素是一種白色或淺黃色的結晶體，吸溼性較強，易溶於水。尿素分子式為CO(NH2)2，在高溫高壓(160～240℃，2.0MPa)或者高溫常壓(350～650℃，0.1MPa)條件下，C—N鍵斷裂分解成NH3與CO2。因尿素運輸、儲存方便，無需安全及危險性的考慮，故隨著尿素轉氨製備技術的日漸成熟，從1999年開始，尿素逐漸用於SCR系統的還原劑製備。

目前尿素制氨通常有水解法和熱解法兩種。水解法是將尿素以水溶液的形式加以分解，熱解法是快速加熱霧化後的尿素溶液使其分解。尿素水解產生的酸性物質會腐蝕電廠設備和生成難溶於水的縮二脲及其它縮合物，易使尿素水解系統堵塞。尿素熱解反應完全，不易產生中間聚合物和堵塞管道，噴入煙道的氨氣混合物溫度約為300℃，對SCR入口煙氣溫度的影響小。

如在SCR尿素熱解系統運行的過程中，尿素溶液分解不完全，將會導致尿素沉積結晶和SCR運行成本的增加，從而影響脫硝效率。因此，設計合理的尿素熱解裝置可促進尿素溶液分解，增加熱解爐出口氨氣的體積分數，減少運行成本，提高脫硝效率是本領域技術人員急需解決的問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置，能有效促進尿素溶液與熱氣體的混合程度，防止生成尿素沉積結晶，提高尿素溶液的分解效率。

本實用新型提供的技術方案如下：

一種適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置，包括塔體；

所述塔體從上至下依次由助燃風管道、入口變徑段、熱解反應段、出口變徑段以及出口管道構成；

所述熱解反應段從上至下依次設有噴槍層、補償風管道層、氣體均流板；

其中，噴槍層至少為一層，所述噴槍層上均設有多個用於噴淋霧化後的尿素溶液的噴槍，多個噴槍徑向均勻分布於所述熱解反應段的塔壁上，且每個所述噴槍噴射方向沿所述熱解反應段的軸線方向向下。

優選地，所述噴槍層包括第一噴槍層和第二噴槍層，每層所述噴槍層上設置的所述噴槍數量均在3-5個之間，且上下相鄰設置的所述噴槍層的所述噴槍交錯排列。

優選地，所述噴槍為雙流體霧化噴槍。

優選地，所述補償風管道層上設有多個用於補償風引入的補償風管道，多個補償風管道徑向均勻分布於所述熱解反應段的塔壁上。

優選地，所述補償風管道的數量為3-5個。

優選地，每個所述補償風管道為一傾斜管道，且與所述熱解反應段塔壁連接，位於所述熱解反應段外側的為第一端，位於所述熱解反應段內側的為第二端，且所述第二端伸入所述熱解反應段內；

所述傾斜管道的第一端高於第二端；

且所述補償風管道與所述熱解反應段內壁之間形成一夾角β，5°<β<75°。

優選地，所述氣體均流板上開具多個孔徑相同的氣流孔，且多個所述氣流 孔分布在所述氣體均流板的中心處。

優選地，所述入口變徑段包括第一側壁，所述第一側壁圍成兩端開口形狀，且靠近所述助燃風管道一側的口徑小於另一側開口的口徑。

優選地，所述出口變徑段包括第二側壁，所述第二側壁圍成兩端開口形狀，且靠近所述出口管道一側的口徑小於另一側開口的口徑。

通過本實用新型提供的一種適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置，能夠帶來以下至少一種有益效果：

1、本裝置整體的流場設計結構合理，充分結合了補償風返混後熱交換效率高，以及助燃風垂直流動使物料不粘壁的優點，克服了傳統熱解裝置旋轉風易粘壁、垂直風熱效率低的缺點，有效地提高了熱能利用率；結合氣體均流板的布置，使內部氣體流場和溫度場分布均勻，避免在熱解反應段臨近壁面區域流速和溫度上的盲點，可以充分保障尿素的完全分解，有效地抑制未分解的尿素在尾管產生沉積結晶現象，提高尿素溶液的分解效率。

2、熱解反應段設有互相間隔布置的第一噴槍層和第二噴槍層，兩組噴槍層可根據實際需要進行間隔投運或同時投運，易於清理、使用靈活，避免因尿素在噴槍內結晶堵塞而影響尿素熱解量。

3、具有一定初速度的補償熱風通過補償風管道進入該熱解裝置後，可在熱解反應段上部形成一個速度較大的湍流區域，使混合氣體發生返混現象，增加了反應的停留時間，有利於氣體的高強度混合，進一步加強尿素溶液分解率，降低熱解裝置的整體高度、節省能耗。

4、從助燃風管道處引入熱解裝置的助燃熱風可抵消補償熱風產生反混現象後的氣體回流，促進尿素溶液在熱解裝置軸線方向上的擴散，從而提高尿素的熱解率。

5、設置的氣體均流板可進一步增加湍流區域的反應停留時間，有利於氣體的高強度混合，並使熱分解後的混合氣體在擴散過程中，更快地取得均勻向 下流動的熱氣流流場。同時氣體均流板在熱解裝置壁面結合處不設開孔，可以對氣體有聚攏效果，使得混合後的氣流分配更均勻，降低熱解裝置的整體高度；以達到較優的均布效果。

附圖說明

下面將以明確易懂的方式，結合附圖說明優選實施方式，對一種適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置的上述特性、技術特徵、優點及其實現方式予以進一步說明。

圖1是本實用新型適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型中噴槍層的結構俯視圖；

圖3是本實用新型中補償風管道層的結構俯視圖；

圖4是本實用新型中氣體均流板的結構俯視圖。

附圖標號說明：

塔體A；

1-助燃風管道；2-入口變徑段；3-熱解反應段；4-第一噴槍層；5-第二噴槍層；6-補償風管道；7-氣體均流板；8-出口變徑段；9-出口管道。

具體實施方式

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對照附圖說明本實用新型的具體實施方式。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖，並獲得其他的實施方式。

為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實用新型相關的部分，它們並不代表其作為產品的實際結構。另外，以使圖面簡潔便於理解，在有些圖中具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。在本文中，「一個」不僅表示「僅此一個」，也可以表示「多於一個」的 情形。

在本實用新型的實施例一中，參看圖1所示，適用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置，包括塔體A，塔體A從上至下依次由助燃風管道1、入口變徑段2、熱解反應段3、出口變徑段8，以及出口管道9構成。其中，熱解反應段3從上至下依次設有噴槍層、用於引入補償熱風的補償風管道層和用於提高返混後氣體均布性的氣體均流板7。應說明的是，塔體A的結構可以為多種，本申請中優選為圓柱體結構。

具體的運用時，設置的噴槍層至少為一層，且噴槍層上均設有多個用於噴淋霧化後的尿素溶液的噴槍，多個噴槍徑向均勻分布於熱解反應段3的塔壁上，同時將每個噴槍噴射的方向均沿熱解反應段3的軸線方向向下，可以提高熱解反應效率。

在本實施例二中，實施例二與實施例一的結構和功能原理相同，區別僅在於：再次參看圖1所示，優選地將噴槍層設置為兩層，分別為上下設置的第一噴槍層4和第二噴槍層5，且每層噴槍層上設置的噴槍數量在3-5個之間。見圖2所示，本申請中優選為4個，且4個噴槍均勻分設，這樣上下相鄰兩層噴槍交錯排列後可以實現熱解反應段3的四壁均有尿素溶液噴入塔體A內，提高均勻度。噴槍層也可以理解為是用於尿素溶液進入塔體A內的入口，可以有效地將尿素溶液導流塔體A內，且在整個塔體界面上進行均勻熱解。當然了在其他實施例中，噴槍層的數量根據整個塔體A的高度做合理的增減，均屬於本申請保護的範圍之內。

其中，應說明的是，本申請中的噴槍優選為雙流體霧化噴槍，主要是該噴槍噴嘴的顆粒度相對較小，霧化效果較好。通過調節不同的液壓和氣壓比例，產生不同顆粒度大小的霧滴顆粒。這樣經由第一噴槍層4和/或第二噴槍層5的雙流體霧化噴槍霧化後，被噴淋入熱解裝置的熱解反應段3內，與助燃風管道1引入的助燃熱風相混合後進行一次熱解，並流至補償風管道層處(圖中的箭 頭表示煙氣入口方向)進行二次熱解。

在本實施例三中，實施例三與實施例二的結構和功能原理相同，區別僅在於：參看圖1、3所示，具體的在補償風管道層上設有多個用於補償風引入的補償風管道6，且多個補償風管道6徑向均勻分布於熱解反應段3的塔壁上。補償風管道6的數量為3-5個，具體的根據熱解反應段3塔壁的直徑大小做設置，而本申請中，優選地為4個，每個補償風管道6為一傾斜管道，且與熱解反應段3塔壁連接，位於熱解反應段3外側的為第一端，位於熱解反應段3內側的為第二端，且第二端伸入熱解反應段3內；同時將傾斜管道的第一端高於第二端；使得補償風管道6與熱解反應段3內壁之間形成一夾角β，5°<β<75°。這樣可以保證補償熱風進入裝置內部的初始風速。當然在其他實施例中，假設進入熱解裝置的總風量一定情況下，可通過CFD(即計算流體動力學，是流體力學的一個分支)流場模擬和物模試驗，確定助燃熱風和補償熱風的最佳風速匹配值。具體的匹配值本申請中不再一一列出。

在本實施例四中，實施例四與實施例三的結構和功能原理相同，區別僅在於：由於熱解後生成的氣體在助燃熱風的風壓作用下繼續向下流動，經氣體均流板7。其中，設置的氣體均流板7上開具多個孔徑相同的氣流孔，且多個氣流孔分布在氣體均流板7的中心處，即可以理解為當氣體均流板7四周與熱解反應段3內壁連接後，靠近熱解反應段3內壁處的氣體均流板7上不設置氣流孔，這樣可以通過設置的氣體均流板7更快地取得均勻向下流動的熱氣流流場，且中心處設置的氣流孔可以對氣體有聚攏效果，使得混合後的氣流分配更均勻，有效地降低熱解裝置的整體高度。應說明的是，根據熱解裝置的不同直徑及不同熱空氣流量，並通過CFD流場模擬結果可確定氣體均流板7的開孔尺寸和數量，具體的如何確定本申請中不再一一贅述。

在上述四個實施例中，設置的入口變徑段2的結構包括第一側壁，第一側壁圍成兩端開口形狀，且靠近助燃風管道1一側的口徑小於另一側開口的口徑。 該結構可以有效地提高引入助燃風的流量。

在上述四個實施例中，設置的出口變徑段8的結構包括第二側壁，第二側壁圍成兩端開口形狀，且靠近出口管道9一側的口徑小於另一側開口的口徑。可以將熱解後的氣體均勻地從出口管道9流出，還可以有效地控制流出的速度，進而保證尿素溶液能夠在熱解反應段3進行充分分解，提高熱解率。

本實用新型中還提供了一種熱解方法，主要是應用前述四個實施例中的用於SCR脫硝系統的尿素返混熱解裝置，具體的熱解方法，包括以下步驟：

從助燃風管道1引入的助燃熱風與噴槍層噴入的尿素溶液混合熱解；

混合熱解的尿素溶液與從補償風管道層引入的補償熱風混合；

熱解後生產的氣體流過氣體均流板7；

均勻分布的氣體從出口管道9流出完成尿素熱解過程。

作為一個具體的熱解方法的實施例，主要是尿素水溶液經由第一噴槍層4和/或第二噴槍層5的雙流體霧化噴槍霧化後，被噴淋入熱解裝置的圓柱體熱解反應段3內，與助燃風管道1引入的助燃熱風相混合後進行一次熱解，並流至補償風管道6處；在補償風管道6處送出的補償熱風與上述氣體高強度混合後形成一個速度較大的湍流區域，發生氣體返混現象，霧化後的尿素水溶液在返混作用下進行二次熱解，完全分解生成NH3和CO2氣體；熱解後生成的氣體(NH3和CO2)在助燃風管道1中持續進入的助燃熱風的風壓作用下流過氣體均流板7，這樣在熱解裝置內的氣體均布性得到提高，最後流出熱解反應段3從出口管道9流出，完成尿素熱解的全過程。

應當說明的是，上述實施例均可根據需要自由組合。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。