尿素水解装置、脱硝系统及水解速率调节方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，具体涉及一种尿素水解装置、脱硝系统及水解速率调节方法。

背景技术

尿素水解反应通常是将50％左右质量浓度的尿素溶液注入水解反应器，加热至一定温度和压力后发生水解反应生成NH3、CO2和水蒸汽。水解生成的产品气与热稀释风混合后能够送往脱硝反应器用于烟气的脱硝。相关技术中，需要利用热源对尿素溶液进行加热以实现水解反应的持续进行，传统的尿素水解反应器热源采用电厂高温高压蒸汽经减温减压装置制备成180℃、1MPa的加热蒸汽。然而，上述方式消耗的蒸汽量较大，能耗指标高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种尿素水解装置，该尿素水解装置能够利用高温烟气中的热量加热尿素溶液，不需要消耗高品质蒸汽，提高了运行的经济性。

本发明实施例的尿素水解装置包括换热器、水解反应器和氨空混合器，所述换热器包括一次侧管路和二次侧管路，所述一次侧管路的进口用于通入高温烟气，所述二次侧管路的进口用于通入冷风，所述二次侧管路的出口能够产出热风；所述水解反应器包括热风进口、冷风出口和产品气出口，所述热风进口与所述二次侧管路的出口连通，所述热风用于加热所述水解反应器中的反应物，所述冷风出口与所述二次侧管路的进口连通；所述氨空混合器包括产品气进口、稀释风进口和混合气出口，所述产品气进口与所述产品气出口连通，所述稀释风进口与所述二次侧管路的出口连通，所述热风用于作为稀释风与产品气形成混合气。

本发明实施例的尿素水解装置中，换热器能够回收高温烟气中的热量并用于生产热风，一部分热风用于和产品气混合后形成用于脱硝的混合气，另一部分热风用于向水解反应过程供热。上述设置不需要消耗高品质的蒸汽等热源，降低了运行成本，同时取消了蒸汽减温减压装置，降低了装置的结构成本。向水解反应供热后的热风仍具有一定的温度，可以将其与冷风混合后送回换热器，提高二次侧管路的进口冷风温度，减小换热器换热面积，节省换热器采购成本。

在一些实施例中，所述尿素水解装置包括热风管路，所述热风管路包括主路、第一支路和第二支路，所述主路连接于所述二次侧管路的出口，所述第一支路连接于所述热风进口，所述第二支路连接于所述稀释风进口。

在一些实施例中，所述尿素水解装置包括仪表组件，所述仪表组件设置有两组，一组设置于所述主路，另一组设置于所述冷风出口处。

在一些实施例中，所述仪表组件包括温度表和压力表。

在一些实施例中，所述第一支路上设置有第一调节阀和第一流量计，所述第二支路上设置有第二调节阀和第二流量计。

在一些实施例中，所述产品气出口与所述产品气进口之间的管路上设置有第三调节阀和第三流量计。

在一些实施例中，所述尿素水解装置包括补风管路，所述补风管路与所述二次侧管路的进口相连，所述二次补风管路用于对风量进行补给。

在一些实施例中，所述水解反应器包括壳体和盘管，所述盘管设置于所述壳体的内部，且所述盘管的一端形成所述热风进口，另一端形成所述热风出口，所述壳体能够盛装所述反应物，所述盘管用于加热所述反应物。

本发明实施例还提出一种脱硝系统。

本发明实施例的脱硝系统包括脱硝反应器和上述实施例中所述的尿素水解装置，所述尿素水解装置的混合气出口与所述脱硝反应器相连。

本发明实施例还提出一种水解速率调节方法。

本发明实施例的水解速率调节方法基于上述实施例中的脱硝系统：

根据脱硝反应器的需氨量实时调节产品气出口的流量；

根据所述需氨量、热风的温度和压力数据以及冷风的温度和压力数据实时计算出水解反应器所需的热风流量值G，然后实时调节进入所述水解反应器中的热风流量为G，以实时调节水解反应的速率。

附图说明

图1是本发明实施例的尿素水解装置的示意图。

附图标记：

1、换热器；2、水解反应器；21、壳体；22、盘管；221、热风进口；222、冷风出口；23、产品气出口；3、氨空混合器；31、产品气进口；32、稀释风进口；33、混合气出口；4、热风管路；41、主路；42、第一支路；421、第一调节阀；422、第一流量计；43、第二支路；431、第二调节阀；432、第二流量计；5、仪表组件；51、温度表；52、压力表；6、补风管路；7、第三调节阀；8、第三流量计。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的尿素水解装置包括换热器1、水解反应器2和氨空混合器3，换热器1包括一次侧管路和二次侧管路，一次侧管路的进口用于通入高温烟气，二次侧管路的进口用于通入冷风，二次侧管路的出口能够产出热风。水解反应器2包括热风进口221、冷风出口222和产品气出口23，热风进口221与二次侧管路的出口连通，热风用于加热水解反应器2中的反应物，冷风出口222与二次侧管路的进口连通。氨空混合器3包括产品气进口31、稀释风进口32和混合气出口33，产品气进口31与产品气出口23连通，稀释风进口32与二次侧管路的出口连通，热风用于作为稀释风与产品气形成混合气。

二次侧管路的出口能够产出热风，可以理解为：换热器1将一次侧高温烟气中的热量传递给二次侧的冷风，使得冷风的温度提高成为热风，这一过程中高温烟气的温度降低成为低温烟气并从一次侧的出口排出。具体地，烟气换热器1的二次侧出口热风温度一般超过200℃，而产品气所需的稀释风一般达到140℃以上就可防止结晶。

冷风出口222与二次侧管路的进口连通，可以理解为：热风由热风进口221进入水解反应器2加热反应物，之后热风的温度降低成为冷风并通过冷风出口222流出，流出的冷风通过二次侧管路的入口进入换热器1被再次加热成为热风。水解反应过程中产生的产品气通过产品气出口23排出。

稀释风进口32与二次侧管路的出口连通，热风用于作为稀释风与产品气形成混合气，可以理解为：从二次侧出口的热风分为两路，一路流向水解反应器2用于加热反应物，另一路流向氨空混合器3与产品气混合。

本发明实施例的尿素水解装置中，换热器1能够回收高温烟气中的热量并用于生产热风，一部分热风用于和产品气混合后形成用于脱硝的混合气，另一部分热风用于向水解反应过程供热。上述设置不需要消耗高品质的蒸汽等热源，降低了运行成本，同时取消了蒸汽减温减压装置，降低了装置的结构成本。

向水解反应器2供热后的热风仍具有一定的温度，可以将其与冷风混合后送回换热器1的二次侧管路，提高二次侧管路的进口冷风温度，减小换热器1换热面积，节省换热器1采购成本。

可选地，如图1所示，尿素水解装置包括热风管路4，热风管路4包括主路41、第一支路42和第二支路43，主路41连接于二次侧管路的出口，第一支路42连接于热风进口221，第二支路43连接于稀释风进口32。

可选地，如图1所示，第一支路42上设置有第一调节阀421和第一流量计422，第二支路43上设置有第二调节阀431和第二流量计432。

通过设置第一支路42和第二支路43，可以将热风分为两路并分别送至水解反应器2和氨空混合器3。在第一支路42上设置第一调节阀421和第一流量计422便于调控流向水解反应器2的热风流量，进而起到调控水解反应速率的问题；在第二支路43上设置第二调节阀431和第二流量计432便于调控流向氨空混合器3的热风流量，进而可以调节稀释风与产品气的混合比例。

在一些实施例中，如图1所示，尿素水解装置包括仪表组件5，仪表组件5设置有两组，一组设置于主路41，另一组设置于冷风出口222处。

可选地，如图1所示，仪表组件5包括温度表51和压力表52。

可选地，如图1所示，产品气出口23与产品气进口31之间的管路上设置有第三调节阀7和第三流量计8。

由于尿素水解反应消耗热量较大，且产品气流量必须时刻满足机组供氨量需求，因此，必须对进入水解反应器2的热风流量、压力、温度进行实时监测，因此可以将产品气出口23的第三调节阀7与第一调节阀421联动，自动调整尿素水解反应速率。

在一些实施例中，如图1所示，尿素水解装置包括补风管路6，补风管路6与二次侧管路的进口相连，二次补风管路6用于对风量进行补给。

由于热风仅有部分回流至换热器1，另一部分进入氨空反应器后与产品气混合，因此需要设置补风管路6对风量进行补给。

在一些实施例中，如图1所示，水解反应器2包括壳体21和盘管22，盘管22设置于壳体21的内部，且盘管22的一端形成热风进口221，另一端形成热风出口，壳体21能够盛装反应物，盘管22用于加热反应物。

下面描述本发明实施例的脱硝系统。

本发明实施例的脱硝系统包括脱硝反应器和上述实施例中的尿素水解装置，尿素水解装置的混合气出口33与脱硝反应器相连。

下面描述本发明实施例的水解速率调节方法。

本发明实施例的水解速率调节方法基于上述实施例中的脱硝系统：

根据脱硝反应器的需氨量实时调节产品气出口23的流量；

根据需氨量、热风的温度和压力数据以及冷风的温度和压力数据实时计算出水解反应器2所需的热风流量值G，然后实时调节进入水解反应器2中的热风流量为G，以实时调节水解反应的速率。

具体地，尿素水解为吸热反应，反应器工作压力一般为0.5～0.6MPa，产品气流量必须时刻满足脱硝反应器的需氨量。因此，需要调节第三调节阀7的开度以使产品气流量与机组需氨量相匹配。然后根据机组需氨量、热风温度及压力、冷风温度及压力等参数计算处水解反应器2所需的热风流量，并调节第一调节阀421的开度以实时调整水解反应速率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。