CN204251349U - U形流式尿素热解反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种U形流式尿素热解反应器，包括反应器壳体，反应器壳体内部的由纵向设置的分流隔板分隔成独立的下行通道和上行通道，下行通道和上行通道的底部连通，形成U形的气流通道；在下行通道的顶部设反应器进口，上行通道的顶部设反应器出口，在下行通道的上部侧面设有与其内部连通的双流体雾化喷枪。本实用新型的气体流程为U形行程，延长气体在反应器内的停留时间，使尿素分解更充分，提高热解反应效率，减少了固体产物的生成，降低反应器的高度，节省安装空间，避免固体产物随气体带入出口管道导致管道堵塞，克服常规热解反应器出口管道容易被固体产物堵塞的问题，保证了反应器连续运行时间。

Description

U形流式尿素热解反应器

技术领域

本实用新型涉及一种反应器，尤其涉及一种U形流式尿素热解反应器，属于热解反应器技术领域。

背景技术

目前，选择性催化还原烟气脱硝即SCR烟气脱硝用还原剂主要有液氨、氨水和尿素。由于液氨是危险化学品，随着国家对安全的日益重视，逐渐出台一系列相关的限制措施，使得电厂用液氨时在审批、工期、占地等诸多方面受到越来越多的制约，氨水也因为其运行成本居高而受到应用的局限。作为无危险的制氨原料，尿素具有与液氨相同的脱硝性能，并且没有危险和法规限制，可以方便的被运输、储存和使用。

尿素作为SCR脱硝还原剂，主要工艺有热解制氨和水解制氨工艺。其中，热解制氨工艺由于系统投资成本低、运行稳定、维护量小，亦越来越多地被电厂采用。尿素热解制氨工艺是将尿素在热解反应器里分解为氨(NH₃)，并通过SCR系统中氨气喷射格栅（AIG）提供脱硝系统所需的还原剂(NH₃)。

传统的热解反应器是内部中空的高温容器，热源气由顶部进入，在解热反应器中维持足够尿素分解的温度和时间。热解反应器一般由进口段、主体段、收缩段及连接段组成。为了提高气体在热解反应器内的停留时间，以增加尿素分解的反应时间，一般采用的方法是：增大反应器的高度。由于受现场空间的限制，这种方法对于大型热解反应器在实际工程中的设计布置较难实现，而且热解反应器的材质是不锈钢，大体积的热解反应器增加了设备的费用。

专利文献 CN201907975U公开了一种用于尿素制氨的热解装置，其包括内部设有喷枪的反应室、气体入口以及气体出口，所述气体入口设置于反应室上部，所述的气体出口设置于所述反应室下部，还包括设置所述反应室内部且所述喷枪上部的筛板型气流分配装置，使得进入热解装置的热气流在扩散过程中，更快地取得了均匀向下流动的热气流场，提高了喷枪的相对位置，可降低一定的热解装置的高度。然而，对于大型工程中该反应器仍不能避免反应器高度过高、难以布置以及制造成本较高的问题。

专利文献CN203173834U公开了一种逆流式尿素热解制氨装置，所述热解制氨装置包括入口段、进行尿素热解制氨反应的主体段、圆锥状的收缩段、出口段。其特征在于，入口段设置在主体段的下部，出口段设置在热解制氨装置的上部，主体段的上部通过收缩段与出口段连接，尿素热解制氨装置采用逆流式进行，延长尿素在热解装置主体段停留时间。并且在进气端、收缩段、扩展段至少一处设旋流板，让气流形成高速的旋流。但是，尿素制氨分解尿素溶液需要稳定流动的热空气，而且旋流板会增加阻力，会造成压力损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种U形流式尿素热解反应器，解决现有技术中存在的如下技术问题：

1.现有热解反应器的气体流程为直行程，为了保证有足够的停留时间，只有增加反应器的高度。

2.现有热解反应器，由于停留时间短，热解过程中容易产生固体产物，并堵塞进出反应器的管道，需定期停机清除，否则影响反应器的正常运行。

3.现有热解反应器，当需要的产氨量较大时，反应器的高度将过高，需要的安装空间过高，现场安装施工困难。

4.现有热解反应器，在热解过程中产生的固体产物容易堵塞进出口管道。

本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现：一种U形流式尿素热解反应器，包括反应器壳体，反应器壳体的内部由纵向设置的分流隔板分隔成独立的下行通道和上行通道，下行通道和上行通道的底部连通，形成U形的气流通道；在下行通道的顶部连接反应器进口，上行通道的顶部连接反应器出口，在下行通道的上部侧面设有与其内部连通的双流体雾化喷枪。

U形的气流通道：使得气体的流程变长，通过改变气体流程延长在反应器内的停留时间，能延长固体产物分解时间，最大程度地减少固体产物的生成；提高热解反应效率；另外，还可以降低安装高度，节省安装空间，以灵活适应安装场地要求；

作为优选方式，反应器壳体的底部设有排污口，所述排污口为锥形、椭圆形、球形或者平底结构。热解固体产物积聚在反应器底部，通过除污口清除；反应器内足够的回收空间不会发生堵塞。

作为优选方式，所述双流体雾化喷枪包括喷嘴、外套管和内套管，外套管外接尿素溶液管道接口，内套管连接压缩空气管道接口，或者内套管外接尿素溶液管道接口，外套管连接压缩空气管道接口。

作为优选方式，所述喷枪沿着下行通道的外侧均匀布置2-6支。喷枪径向布置或倾斜一定角度布置。

作为优选，在反应器壳体的外部设有支座。支座用于将整个反应器装置固定。

本实用新型的工作流程为：

热空气通过热解反应器进口以垂直状态进入反应器壳体内，尿素溶液通过喷枪喷射入反应器壳体内。空气的热量将喷枪雾化喷入的尿素溶液加热、蒸发，使尿素分解为气氨；热解反应器壳体内尿素分解的气氨与尿素分解空气混合为氨/烟气混合气体，形成U形流式，混合气体经过反应器出口排出，再通过氨/空气混合气体管道流入SCR系统中，为氨气喷射格栅提供脱硝系统所需的还原剂。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1.将气体流程由现有的直行程改为U形行程，延长气体在反应器内的停留时间，使尿素分解更充分，提高热解反应效率；

2.热解反应产生的固体副产物在随热烟气上升至反应器出口的过程中，由于重力原因回落，回落过程中再次被热烟气加热，有利于其进一步分解，最大程度地减少了固体产物的生成；

3.在确保一定停留时间的条件下，U形流反应器可以降低反应器的高度，节省安装空间；此外，反应器的长径比还可以根据需要进行适当调整，且可以立式布置或卧式布置，灵活适应安装场地的要求；

4.反应器底部有足够的空间有利于回收和清除固体产物，避免固体产物随气体带入出口管道导致管道堵塞，克服常规热解反应器出口管道容易被固体产物堵塞的问题，保证了反应器连续运行时间。

附图说明

图1是本实用新型U形流式尿素热解反应器的结构示意图；

图2为本实用新型U形流式尿素热解反应器的俯视图。

图中：1-反应器进口，   2-反应器出口，   3-反应器壳体，   4-喷枪，   5-排污口，   6-支座，   7-分流隔板，  31-下行通道，  32-上行通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

如图1、2所示，本实用新型一种U形流式尿素热解反应器，其包括圆柱形的反应器壳体3，在反应器壳体3的外部设有支座6。反应器壳体3的中部由纵向设置的分流隔板7分隔成独立的下行通道31和上行通道32，下行通道31和上行通道32的底部连通，形成U形的气流通道；反应器壳体3的底部设有排污口5，所述排污口5为锥形、椭圆形、球形或者平底结构。在下行通道31的顶部设反应器进口1，上行通道32的顶部设反应器出口2，在下行通道31的上部设有与其内部连通的双流体雾化喷枪4。所述双流体雾化喷枪4包括喷嘴、外套管和内套管，外套管外接尿素溶液管道接口，内套管连接压缩空气管道接口，或者内套管外接尿素溶液管道接口，外套管连接压缩空气管道接口。所述喷枪4沿着下行通道31的外侧均匀布置2-6支。

实施例1：

U形流式尿素热解反应器包括反应器壳体3、反应器进口1、反应器出口2、喷枪4、排污口5和支座6。

反应器壳体3为圆柱体，采用不锈钢材料制作，内部设有分流隔板7，分流隔板7将反应器壳体3的内部空间沿纵向分隔成两个独立的上行通道和下行通道，且两个通道的底部连通，进而形成U形的液体流式。在反应器壳体上设置双流体雾化喷枪4，为反应器容器内提供雾化的尿素溶液。喷枪由喷嘴、外套管、内套管组成。外套管介质为尿素溶液，连接尿素溶液管道接口，内套管介质为压缩空气，连接压缩空气管道接口。或者内套管介质尿素溶液、外套管介质压缩空气。喷枪沿本体入口段截面均匀布置，实际工程中根据计算，本实施例中，设置2支喷枪，必要时还可以增加喷枪的数量。

由外部热源加热后形成的热空气，通过位于顶部的反应器进口以垂直向下的状态引入反应器壳体内做为尿素分解的加热气源。尿素分解烟气的热量将喷枪雾化喷入的尿素溶液加热、蒸发，使尿素分解为气氨。

反应方程式如下：

CO(NH₂)₂→NH₃+HNCO；HNCO+H₂O→NH₃+CO₂

反应器壳体内的尿素分解形成的气氨与尿素分解烟气混合，形成氨/烟气混合气体，该混合气体经过反应器出口排出，再通过氨/烟气混合气体管道流入SCR系统中，为氨气喷射格栅提供脱硝系统所需的还原剂。

热空气与雾化尿素溶液在混合加热过程中的流程为U形流，有利于尿素溶液与热空气充分接触，迅速升温发生热解反应。尿素溶液热解过程中产生的固体副产物被气流带到热解反应器出口方向的过程中由于重力作用回落，与热空气延长接触，进一步被加热分解，减少了固体副产物的产生及堵塞现象。其次，U形流的气流在热解反应器内部的停留时间在相同安装高度的情况下与现有技术相比可以大大增加，使热解反应更充分，提高了产氨率和减少了副产物产生；另一方面，在保证足够停留时间的情况下，大大降低了高度，节省安装空间，并可根据安装场地需要调整热解反应器的长径比，灵活适应安装要求。

热解反应器底部最低处设有排污口，有利于固体副产物的回收和清除，避免固体副产物聚集和堵塞而影响热解反应。

在安装时，还可以根据场地情况布置为立式或卧式，当卧式布置时，排污口设置在壳侧底部，以便于清污。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种U形流式尿素热解反应器，其特征在于：包括反应器壳体（3），反应器壳体（3）的内部由纵向设置的分流隔板（7）分隔成独立的下行通道（31）和上行通道（32），下行通道（31）和上行通道（32）的底部连通，形成U形的气流通道；在下行通道（31）的顶部连接反应器进口（1），上行通道（32）的顶部连接反应器出口（2），在下行通道（31）的上部侧面设有与其内部连通的双流体雾化喷枪（4）。

2.如权利要求1所述的U形流式尿素热解反应器，其特征在于：反应器壳体（3）的底部设有排污口（5），所述排污口（5）为锥形、椭圆形、球形或者平底结构。

3.如权利要求1所述的U形流式尿素热解反应器，其特征在于：所述双流体雾化喷枪（4）包括喷嘴、外套管和内套管，外套管外接尿素溶液管道接口，内套管连接压缩空气管道接口，或者内套管外接尿素溶液管道接口，外套管连接压缩空气管道接口。

4.如权利要求3所述的U形流式尿素热解反应器，其特征在于：所述喷枪（4）沿着下行通道（31）的外侧均匀布置2-6支。

5.如权利要求1所述的U形流式尿素热解反应器，其特征在于：在反应器壳体（3）的外部设有支座（6）。