专利名称：用于烟气脱硝的液氨蒸发器及液氨蒸发系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用在烟气脱硝领域中的液氨蒸发器及氨气蒸发供应系统。
背景技术：
选择性催化还原(selective catalytic reduction)脱硝工艺是目前燃煤电厂的主要脱硝工艺，其原理是在一定温度和催化剂的作用下，还原剂有选择的把烟气中的NOx还原为无污染的N2和水。目前工业应用的还原剂主要是氨，其次是尿素，其中采用氨作为还原剂需要使用氨气蒸发供应系统，即先将液氨蒸发为氨气，然后通过氨气缓冲罐，然后再与空气(利用稀释风机输送)在混合器中混合，然后再进入喷氨格栅，最后再进入催化反应器进行反应。传统的氨气蒸发供应系统包括液氨蒸发器、氨气缓冲罐、氨气稀释槽、稀释风机等设备，并且氨气的蒸发供应系统多采用蒸汽加热或盘管水浴加热，此外不论采用蒸汽或水浴加热，均设有紧急排放管道，多余的氨气将由紧急排放管道排放到吸收水池，最终排至废水厂进行处理。传统的氨气蒸发供应系统流程复杂，换热效率低，并且需要额外的蒸汽或热量，所以需要改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、换热效率高的用于烟气脱硝的液氨蒸发器及液氨蒸发系统，要解决传统的氨气蒸发供应系统结构复杂、换热效率低、并且需要额外的蒸汽或热量的技术问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种用于烟气脱硝的液氨蒸发器，包括换热室和设在换热室中的不镑钢换热管，其特征在于所述换热室由下部换热室和上部换热室组成，下部换热室的顶部开有脱硝烟气进口，下部换热室的底部开有脱硝烟气出口，上部换热室的底部开有热空气进口，上部换热室的顶部开有热空气出口。所述不锈钢换热管包括设在下部换热室中的一次换热管和设在上部换热室中的二次蒸发器换热管，并且一次换热管与二次蒸发器换热管连通，所述二次蒸发器换热管的管壁由内壁和外壁组成，其中内壁上设有均勻分布的晕米级的小孔，外壁上设有均勻分布的微米级的微孔。所述一次换热管的进口端与位于下部换热室底部的水平的下直管连通，下直管上开有与液氨输送管线连通用的液氨进口，所述二次蒸发器换热管的进口端与位于上部换热室底部的水平的上直管连通，上直管又与一次换热管的出口端连通，二次蒸发器换热管的出口端与位于上部换热室顶部的水平的二次蒸发器汇总管连通。所述下直管的管径可以是液氨输送管线的管径的4 5倍，上直管的管径可以是液氨输送管线的管径的6 8倍。所述一次换热管可为蛇形的管翅式换热管。所述管翅式换热管的管径可为15_ 25_，管翅式换热管的翅片高度可为管径的50% 60%,翅片的间距可为2. 5mm 3. 5mm,管翅式换热管之间的间距可为30mm 50mm。
所述管翅式换热管与下直管的接口为水平接口或垂直接口，所有的管翅式换热管与下直管的接口的中心线在同一水平面上。所述二次蒸发器换热管可为多根平行间隔设置的竖管。所述竖管中的内壁的厚度可为10 mm 15mm，内壁上的小孔的孔径可为Imm 3mm,外壁上的微孔的孔径可为5um 10um。所述外壁的开孔率可为1% 5%。一种用于烟气脱硝的液氨蒸发系统，包括有液氨储罐、液氨蒸发器和喷氨格栅，其中液氨蒸发器包括换热室和设在换热室内的不锈钢换热管，液氨储罐通过液氨输送管线与液氨蒸发器中的不锈钢换热管连通，喷氨格栅位于锅炉与催化反应器之间的烟气通道中，其特征在于所述液氨蒸发器为上述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，液氨蒸发器上的脱硝烟气进口通过烟气进蒸发器通道与催化反应器与空气预热器之间的烟气通道连通，液氨蒸 发器上的脱硝烟气出口通过烟气出蒸发器通道与空气预热器与烟气出口之间的烟气通道连通，液氨蒸发器上的热空气进口通过空气支路与空气预热器与锅炉之间的空气通道连通，液氨蒸发器上的热空气出口通过混合气通道与喷氨格栅连通。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果本发明中的液氨蒸发器采用了一体化设计，将传统的液氨蒸发器与扩散释放器相结合，将管翅式气液换热与直接换热相结合，所以大大提高了液氨的换热效率，简化了氨气蒸发供应系统。本发明中的液氨蒸发系统采用外排烟气和预热后的空气作为热源和稀释气，减少了蒸汽或其他能源的消耗。同时液氨蒸发系统利用了烟气和预热了的空气的压力差，不需外部动力装置，维护简便。本发明中的液氨蒸发系统结构紧凑，换热效率高，可充分利用烟气余热和预热空气的热量，液氨的换热、氨气的混合均在液氨蒸发器内完成，所以无氨气排放，避免了氨气泄漏造成的大气污染。本发明利用高温烟气作为液氨蒸发的主要热源，提供所需热量的100% 120%，利用经过空气预热器的预热空气作为液氨蒸发的补充热源和稀释气，经过稀释的氨气直接进入催化装置的喷氨格栅进行反应，适用于选择性催化还原(SCR)烟气脱硝工艺中作为还原剂的液氨的蒸发、释放和混合。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。图I是用于烟气脱硝的液氨蒸发系统的结构示意图。图2是用于烟气脱硝的液氨蒸发器的结构示意图。图3是图2中I处的放大示意图。图4是图3中II处的放大示意图。图5是图2中A-A剖面的示意图。图6是图2中B-B剖面的示意图。图7是图2中C-C剖面的示意图。附图标记1 一下部换热室、2 —上部换热室、3 —脱硝烟气进口、4 一脱硝烟气出口、5 —热空气进口、6 —热空气出口、7 —一次换热管、8 —下直管、9 一液氨进口、10 —上直管、11 一二次蒸发器换热管、12 —内壁、13 —外壁、14 一小孔、15 —微孔、16 —二次蒸发器汇总管、17 一锅炉、18 一省煤器、19 一锅炉与催化反应器之间的烟气通道、20 —催化反应器、21 —烟气进蒸发器通道、22 —烟气出蒸发器通道、23 —空气进口与空气预热器之间的空气通道、24 —空气预热器、25 —空气支路、26 —混合气通道、27 —喷氨格栅、28 —液氨储罐、29 —催化反应器与空气预热器之间的烟气通道、30 —空气预热器与烟气出口之间的烟气通道、31 —空气预热器与锅炉之间的空气通道、32 —液氨输送管线。
具体实施例方式实施例参见图2-7所示，这种用于烟气脱硝的液氨蒸发器，包括换热室和设在换
热室中的不锈钢换热管，所述换热室由下部换热室I和上部换热室2组成，下部换热室I的顶部开有脱硝烟气进口 3，下部换热室I的底部开有脱硝烟气出口 4，上部换热室2的底部开有热空气进口 5，上部换热室2的顶部开有热空气出口 6。所述不锈钢换热管包括设在下部换热室I中的一次换热管7和设在上部换热室2中的二次蒸发器换热管11，并且一次换热管7与二次蒸发器换热管11连通，所述二次蒸发器换热管11的管壁由内壁12和外壁13组成，其中内壁12上设有均匀分布的毫米级的小孔14，外壁13上设有均匀分布的微米级的微孔15。本实施例中，一次换热管7的进口端与位于下部换热室I底部的水平的下直管8(又叫下封头，为直管段组成)连通，下直管8上开有与液氨输送管线32连通用的液氨进口
9(根据液氨的流量，可以有一个或几个液氨进口，并且液氨进口的开孔位置一般为下直管最大截面积处)，二次蒸发器换热管11的进口端与位于上部换热室2底部的水平的上直管
10(又叫上封头)连通，上直管10又与一次换热管7的出口端连通，二次蒸发器换热管11的出口端与位于上部换热室2顶部的水平的二次蒸发器汇总管16连通。参见图1，本实施例中，下直管8的管径是液氨输送管线32的管径的4 5倍，上直管10的管径是液氨输送管，32的管径的6 8倍。本实施例中，一次换热管7为多根平行间隔设置的蛇形的管翅式换热管。管翅式换热管的管径为15mm 25mm,管翅式换热管的翅片高度为管径的50% 60%,翅片的间距为2. 5mm 3. 5mm,管翅式换热管之间的间距为30mm 50mm。管翅式换热管与下直管8的接口为水平接口或垂直接口，所有的管翅式换热管与下直管8的接口的中心线在同一水平面上。管翅式换热管由翅片和换热管组成，管翅式换热管的数量可以根据液氨蒸发量来确定。所述二次蒸发器换热管的长度和形状可以根据蒸发器的处理能力和烟道的空间设计。上直管在运行时水平安装，二次蒸发器换热管的出口在上直管的下部，二次蒸发器换热管的进口在下直管的上半圆柱截面均布。本实施例中，二次蒸发器换热管11包括有多根平行间隔设置的竖管。竖管中的内壁12的厚度为10 mm 15mm，内壁12上的小孔14的孔径为Imm 3mm,外壁13上的微孔15的孔径为5um 10um。外壁13的开孔率为1% 5%。二次蒸发器换热管的外壁13由不锈钢烧结滤芯构成，均匀分散的微孔可以使氨气均匀释放，较大的金属表面也为未完全蒸发的液氨提供较大的换热面积。二次蒸发器换热管的内壁由304不锈钢开孔组成。
整个烟气脱硝工艺可参见图1，图I中的锅炉17中设有省煤器18。锅炉尾部的烟气通道被催化反应器20和空气预热器24分为了锅炉与催化反应器之间的烟气通道19、催化反应器与空气预热器之间的烟气通道29和空气预热器与烟气出口之间的烟气通道30三段。与锅炉17连通的空气通道被空气预热器24分为了空气进口与空气预热器之间的空气通道23和空气预热器与锅炉之间的空气通道31两段。烟气通道的防腐与传统的烟道防腐措施相同。参见图I、图2，所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发系统，包括有液氨储罐28、液氨蒸发器和喷氨格栅27，其中液氨储罐2通过液氨输送管线32与液氨蒸发器中的不锈钢换热管连通，喷氨格栅27位于锅炉与催化反应器之间的烟气通道19中。液氨蒸发器上的脱硝烟气进口 3通过烟气进蒸发器通道21与催化反应器与空气预热器之间的烟气通道29连通，液氨蒸发器上的脱硝烟气出口 4通过烟气出蒸发器通道22与空气预热器与烟气出口之间的烟气通道30连通，液氨蒸发器上的热空气进口 5通过空气支路25与空气预热器与锅炉 之间的空气通道31连通，液氨蒸发器上的热空气出口 6通过混合气通道26与喷氨格栅27连通。 参见图I、图2，本实施例中，下部换热室I是烟气通道中的烟气通道放大段，上部换热室2是空气通道中的空气通道放大段，并且烟气通道放大段和空气通道放大段在管翅式换热器的上封头处隔开。本发明中主要的工艺流程包括1、脱硝后的烟气经管翅式换热管与液氨换热，然后进入烟气通道进行后续脱硫除尘处理。2、空气经过空气预热器后大部分进入锅炉，小部分引入液氨蒸发器中的上部换热室2、对蒸发和渗出的氨气、液氨进行加热气化与稀释。3、液氨首先经过管翅式换热管被大部分蒸发为氨气，氨气与夹带的液氨进入二次蒸发器换热管，在压力作用下透过微孔扩散到上部换热室，然后与热空气(从热空气进口进入的、被空气预热器加热过的空气)进行混合稀释成为混合气体，未蒸发的液氨在二次蒸发器换热管的表面(未蒸发的液氨透出微孔表面)形成微小液滴，在热空气作用下被蒸发成氨气并进入混合气体。以上空气与氨气的混合气体经过喷氨格栅27 (氨气喷嘴)用于烟气脱硝，也就是说，二次蒸发器换热管中的氨气与空气充分混合和换热后成为混合气体并进入喷氨格栅，然后又经喷氨格栅进入选择性催还还原反应区进行选择性还原脱硝反应。在整个工艺过程中，液氨的流量为主要控制对象，根据烟气中氮氧化物的浓度、流量确定液氨的流量，蒸发器中高温烟气的流量为过量保证液氨蒸发所需热量即可，不需严格控制。热空气的流量为脱硝所需氨气流量的20倍左右，将混合气中氨的浓度控制在5%左右。未完全扩散出去的氨气经管路排入空气氨气混合风道与混合气混合。在换热过程中，所述的管翅式换热器采用高热值的烟气进行换热，也就是说，管翅式换热管与烟气错流换热，液氨利用300°C 400°C的烟气进行换热后蒸发，烟气的换热量为液氨蒸发所需热量的80% 100%。所述二次蒸发器换热管采用预热后的空气进行换热，也就是说，从管翅式换热器中蒸发出来的氨气和少量液氨在二次蒸发器换热管进行释放和换热，二次蒸发器换热管采用经过空气预热器换热后的90°C 100°C的预热空气进行换热和蒸发，在上部换热室内，氨气与预热空气混合，未完全蒸发的液氨在微孔中和在二次蒸发器换热管表面均可吸收热量进行蒸发，预热空气的换热量为液氨蒸发所需热量的10% 30%，可保证已气化的氨气不会在管道中再次液化，预热空气的流量为氨气量的10 20倍。 ·
权利要求
1.一种用于烟气脱硝的液氨蒸发器，包括换热室和设在换热室中的不锈钢换热管，其特征在于所述换热室由下部换热室(I)和上部换热室(2 )组成，下部换热室(I)的顶部开有脱硝烟气进口( 3 )，下部换热室(I)的底部开有脱硝烟气出口( 4)，上部换热室(2 )的底部开有热空气进口(5)，上部换热室(2)的顶部开有热空气出口(6)； 所述不锈钢换热管包括设在下部换热室(I)中的一次换热管(7)和设在上部换热室(2 )中的二次蒸发器 换热管(11)，并且一次换热管(7 )与二次蒸发器换热管(11)连通，所述二次蒸发器换热管(11)的管壁由内壁(12)和外壁(13)组成，其中内壁(12)上设有均匀分布的毫米级的小孔(14)，外壁(13 )上设有均匀分布的微米级的微孔(15)。
2.根据权利要求I所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述一次换热管(7)的进口端与位于下部换热室(I)底部的水平的下直管(8)连通，下直管(8)上开有与液氨输送管线(32 )连通用的液氨进口( 9 )，所述二次蒸发器换热管(11)的进口端与位于上部换热室(2)底部的水平的上直管(10)连通，上直管(10)又与一次换热管(7)的出口端连通，二次蒸发器换热管(11)的出口端与位于上部换热室(2)顶部的水平的二次蒸发器汇总管(16)连通。
3.根据权利要求2所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述下直管(8)的管径是液氨输送管线(32)的管径的4 5倍，上直管(10)的管径是液氨输送管线(32)的管径的6 8倍。
4.根据权利要求2所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述一次换热管(7)为蛇形的管翅式换热管。
5.根据权利要求4所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述管翅式换热管的管径为15mm 25mm，管翅式换热管的翅片高度为管径的50% 60%，翅片的间距为2.5mm 3. 5mm,管翅式换热管之间的间距为30mm 50mm。
6.根据权利要求4所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述管翅式换热管与下直管(8)的接口为水平接口或垂直接口，所有的管翅式换热管与下直管(8)的接口的中心线在同一水平面上。
7.根据权利要求2所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述二次蒸发器换热管(11)为多根平行间隔设置的竖管。
8.根据权利要求7所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述竖管中的内壁(12)的厚度为10 mm 15mm,内壁(12)上的小孔(14)的孔径为Imm 3mm,外壁(13)上的微孔(15)的孔径为5um 10um。
9.根据权利要求7所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，其特征在于所述外壁(13)的开孔率为1% 5%。
10.一种用于烟气脱硝的液氨蒸发系统，包括有液氨储罐(28)、液氨蒸发器和喷氨格栅(27)，其中液氨蒸发器包括换热室和设在换热室内的不锈钢换热管，液氨储罐(2)通过液氨输送管线(32)与液氨蒸发器中的不锈钢换热管连通，喷氨格栅(27)位于锅炉与催化反应器之间的烟气通道(19)中，其特征在于所述液氨蒸发器为上述权利要求1-9中任意一项所述的用于烟气脱硝的液氨蒸发器，液氨蒸发器上的脱硝烟气进口(3)通过烟气进蒸发器通道(21)与催化反应器与空气预热器之间的烟气通道(29)连通，液氨蒸发器上的脱硝烟气出口(4)通过烟气出蒸发器通道(22)与空气预热器与烟气出口之间的烟气通道(30 )连通，液氨蒸发器上的热空气进口( 5 )通过空气支路(25 )与空气预热器与锅炉之间的空气通道(31)连通，液氨蒸发器上的热空气出口(6)通过混合气通道(26)与喷氨格栅(27) 连通。
全文摘要
一种用于烟气脱硝的液氨蒸发器及液氨蒸发系统，其中液氨蒸发器包括换热室和设在换热室中的不锈钢换热管，换热室由下部换热室和上部换热室组成，下部换热室的顶部开有脱硝烟气进口，下部换热室的底部开有脱硝烟气出口，上部换热室的底部开有热空气进口，上部换热室的顶部开有热空气出口，不锈钢换热管包括设在下部换热室中的一次换热管和设在上部换热室中的二次蒸发器换热管，所述二次蒸发器换热管的管壁由内壁和外壁组成，其中内壁上设有均匀分布的毫米级的小孔，外壁上设有均匀分布的微米级的微孔。所述的液氨蒸发器大大提高了液氨的换热效率，简化了氨气蒸发供应系统，所述的液氨蒸发系统结构紧凑，可充分利用烟气余热和预热空气的热量。
文档编号B01D1/02GK102743889SQ201210249329
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月19日 优先权日2012年7月19日
发明者夏长亮, 张平凡, 张芳, 杨超峰 申请人:北京中新国能环保科技有限公司