尿素热解制氨设备的制作方法

本实用新型涉及氨气制备技术领域，具体涉及一种用于火电厂烟气脱硝系统的尿素热解制氨设备。

背景技术：

火电厂脱硝技术当中，选择性催化还原(scr)脱硝技术的应用非常广泛，在还原剂的使用方面，尿素相对于液氨、氨水有一定的优势。每台发电机组的脱硝系统配置一套尿素制氨系统。尿素制氨技术主要分为尿素水解和尿素热解两种。

其中，尿素水解制氨工艺采用冷再蒸汽作为热源，在温度140-160℃、压力0.8-0.9mpa下进行水解反应制取氨气。按照电力设计规范，尿素水解区和液氨储罐区的火灾危险性均为乙类。尿素水解系统运行过程中需要消耗大量的冷再蒸汽，单台300mw机组每年的冷再蒸汽耗量约1.5万吨。由于尿素水解工艺没有完全消除安全隐患，且无明显节能优势，其应用受到一定限制。

而传统的尿素热解制氨工艺则采用热空气作为热源，在650℃左右、常压下进行热解反应制取氨气。传统尿素热解制氨工艺系统安全，运行稳定，能满足scr脱硝要求，但需要采用大功率的电加热器将冷风加热至650℃左右，单台300mw机组电加热器的年耗电费用约250万元。传统尿素热解制氨工艺运行费用高、加热设备耗能较大是其面临的主要问题。

技术实现要素：

为此，本实用新型提供一种尿素热解制氨设备，以期至少部分解决上述至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

一种尿素热解制氨设备，包括：

尿素热解炉，所述尿素热解炉包括高温介质入口、尿素混料入口和混合气出口，所述混合气出口用于与下游设备相连通；

烟气导入组件，所述烟气导入组件的入口端与锅炉的尾部烟道相连通，所述烟气导入组件的出口端与所述高温介质入口相连通；

尿素混料导入组件，所述尿素混料导入组件的进口端分别与尿素储仓、去离子水源和蒸汽源相连通，所述尿素混料导出组件的出口端通过主管道与所述尿素混料入口相连通；

所述尿素混料导入组件包括文丘里喷射器，所述尿素储仓通过尿素管道与所述文丘里喷射器的喉部相连通，所述蒸汽源通过蒸汽管道与所述文丘里喷射器的进口端相连通，文丘里管的出口端与所述主管道相连通。

在氨气制备过程中，锅炉产生的高温烟气作为反应所需的高温介质经烟气导入组件的处理后导入尿素热解炉，与此同时，由尿素、去离子水和蒸汽形成的蒸汽混料经尿素混料导入组件处理和混合后导入尿素热解炉，在尿素热解炉中，尿素反应生成氨气所需的高温由锅炉高温烟气提供，从而可利用经除尘净化后的高温烟气直接作为尿素热解炉的热源，节省了电加热器的投资费用和运行电耗，降低运行成本，提高了经济性。

进一步地，所述烟气导入组件包括进烟管道、除尘器和出烟管道，所述进烟管道的入口端与所述锅炉的尾部烟道相连通，其出口端与所述除尘器的进烟口相连通，所述出烟管道的入口端与所述除尘器的出烟口相连通，其出口端与所述高温介质入口相连通。

进一步地，所述烟气导入组件还包括离心风机，所述离心风机设置于所述出烟管道上。

进一步地，所述烟气导入组件还包括仓泵，所述仓泵的进口与所述除尘器的固态出口相连通，其出口与所述锅炉相连通。

进一步地，所述尿素管道上设置有称重给料器，且/或，所述蒸汽管道上设置有流量调节阀。

进一步地，所述尿素混料导入组件还包括射流器，所述射流器的第一进口与所述文丘里喷射器的出口端相连通，所述射流器的第二进口通过水流通道与所述去离子水源相连通，所述射流器的出口端与所述主管道相连通。

进一步地，所述水流通道上设置有变频调节高压水泵。

进一步地，所述主管道上设置有管道混合器。

本实用新型在尿素热解炉内，高温净烟气为尿素热解反应提供能量，尿素溶液发生热解反应生成包含有氨气成分的混合气体，并输出至下游设备，并在下游设备中实现氨气提取。可利用经除尘净化后的高温烟气直接作为尿素热解炉的热源，从而节省了电加热器的投资费用和运行电耗，降低运行成本，提高了经济性；并且，采用两级喷射的方式完成蒸汽、去离子水和尿素颗粒的气液固三相混合加热，提高了加热效率，进一步降低了尿素热解制氨的能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型所提供的尿素热解制氨设备一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的尿素热解制氨设备烟气导入组件的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的尿素热解制氨设备尿素混料导入组件的结构示意图；

附图标记说明：

1-除尘器2-离心风机3-尿素热解炉4-尿素储仓5-流量调节阀

6-称重给料器7-文丘里喷射器8-变频调节高压水泵9-射流器

10-管道混合器11-仓泵

100-蒸汽源200-去离子水源

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1-3，在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的尿素热解制氨设备包括尿素热解炉3、烟气导入组件(参见图2)和尿素混料导入组件(参见图3)，其中尿素热解炉3是主要的反应容器，其用于在高温的情况下进行尿素热分解反应以制备氨气，应当理解的是，尿素制备氨气的化学反应过程和化学反应原理为本领域公知技术，且并非本申请请求保护的方案，在此不做赘述。所述尿素热解炉3包括高温介质入口、尿素混料入口和混合气出口，所述混合气出口用于与下游设备相连通，所述烟气导入组件的入口端与锅炉的尾部烟道相连通，所述烟气导入组件的出口端与所述高温介质入口相连通，用于将燃煤锅炉产生的高温烟气经过处理后导入到尿素热解炉3中以备反应之用；所述尿素混料导入组件的进口端分别与尿素储仓4、去离子水源200和蒸汽源100相连通，所述尿素混料导出组件的出口端通过主管道与所述尿素混料入口相连通，用于将尿素、去离子水和蒸汽三态物质充分混合后导入到尿素热解炉3中以备反应之用。

在氨气制备过程中，锅炉产生的高温烟气作为反应所需的高温介质经烟气导入组件的处理后导入尿素热解炉3，与此同时，由尿素、去离子水和蒸汽形成的蒸汽混料经尿素混料导入组件处理和混合后导入尿素热解炉3，在尿素热解炉3中，尿素反应生成氨气所需的高温由锅炉高温烟气提供，从而可利用经除尘净化后的高温烟气直接作为尿素热解炉3的热源，节省了电加热器的投资费用和运行电耗，降低运行成本，提高了经济性。

由于锅炉尾部烟道中的直接排出的烟气携带大量烟尘，为了避免烟尘对反应设备的污染，以及避免烟尘对反应结果造成的影响，进一步地，所述烟气导入组件包括进烟管道、除尘器1和出烟管道，所述进烟管道的入口端与所述锅炉的尾部烟道相连通，其出口端与所述除尘器1的进烟口相连通，所述出烟管道的入口端与所述除尘器1的出烟口相连通，其出口端与所述高温介质入口相连通。在烟尘进入尿素热解炉3之前，先对烟尘进行较为彻底的除尘，将除尘后的清洁烟气输入尿素热解炉3中。该处用于除去烟尘的除尘器1可以本领域常规使用的各种型号的除尘设备，例如可以为用于矿山或锅炉行业的专用除尘器1等，具体结构不做限定。

为了提高洁净烟气进入尿素热解炉3的效率，以提高设备生产能力，所述烟气导入组件还包括离心风机2，所述离心风机2设置于所述出烟管道上，通过离心风机2的将经过除尘器1的烟气抽入到尿素热解炉3中。

烟尘在除尘器1会被分离为洁净烟气和固态灰尘，为了避免灰尘在除尘器1中聚集，所述烟气导入组件还包括仓泵11，仓泵11位于除尘器1的下侧，所述仓泵11的进口与所述除尘器1的固态出口相连通，其出口与所述锅炉相连通，除尘器1产生的固态灰尘进入仓泵11，在仓泵11中灰尘两聚集到预设程度时，则将灰尘泵送回锅炉。

进一步地，为了提高固、液、气三相的混合效果，本实用新型采用两级喷射的方式完成蒸汽、去离子水和尿素颗粒的气液固三相混合加热，以提高加热效率，从而降低尿素热解制氨的能耗。现有技术的尿素溶液制备过程采用蒸汽盘管加热方式，其换热效率低、投资费用高。本实用新型的两级喷射方式用混合加热方式替代原有的盘管加热方式，不但提高了加热效率，还可节省尿素溶解箱的投资费用。

具体地，采用文丘里喷射器7作为第一级喷射，所述尿素混料导入组件包括文丘里喷射器7，所述尿素储仓4通过尿素管道与所述文丘里喷射器7的喉部相连通，所述蒸汽源100通过蒸汽管道与所述文丘里喷射器7的进口端相连通，文丘里管的出口端与所述主管道相连通，所述尿素管道上设置有称重给料器6，所述蒸汽管道上设置有流量调节阀5。

在工作过程中，经称重给料器6称重后得到的适当重量的尿素，以及经流量调节阀5调节得到的适当流量的蒸汽进入文丘里喷射器7，其中，尿素储仓4中的尿素颗粒通过称重式旋转给料机输送至文丘里喷射器7的喉部，高温高压蒸汽通过流量调节阀5调节到预设流量后进入文丘里喷射器7，并在文丘里喷射器7喉部产生负压，在负压的抽吸作用下，尿素颗粒进入文丘里喷射器7，并被高温高压蒸汽携带进入下一级喷射。

在该具体实施方式中，采用射流器9作为第二级喷射，即所述尿素混料导入组件还包括射流器9，所述射流器9的第一进口与所述文丘里喷射器7的出口端相连通，所述射流器9的第二进口通过水流通道与所述去离子水源200相连通，所述射流器9的出口端与所述主管道相连通，所述水流通道上设置有变频调节高压水泵8。

在工作过程中，尿素颗粒进入文丘里喷射器7，并被高温高压蒸汽携带进入喷射式混合器，去离子水通过变频调节高压水泵8升压后以预设流量进入喷射式混合器，与蒸汽和尿素颗粒充分混合后进入主管道。

为了提高混合均匀性，所述主管道上设置有管道混合器10，去离子水通过变频调节高压水泵8升压后以预设流量进入喷射式混合器，与蒸汽和尿素颗粒充分混合后进入管道混合器10，在高温蒸汽的混合加热作用下，尿素颗粒在管道混合器10内充分溶解。

这样，本实用新型所提供的尿素热解制氨设备可利用经除尘净化后的高温烟气直接作为尿素热解炉3的热源，从而节省了电加热器的投资费用和运行电耗，降低运行成本，提高了经济性；并且，采用两级喷射的方式完成蒸汽、去离子水和尿素颗粒的气液固三相混合加热，提高了加热效率，进一步降低了尿素热解制氨的能耗。

本实用新型的操作过程如下：

从锅炉尾部烟道中引出500℃-700℃的高温高尘烟气，并将高温高尘烟气引入除尘器1进行除尘，当经除尘处理后的烟气含尘量降至10-100mg/nm³时生成高温净烟气，将高温净烟气引入离心风机2，待压力提升至3kpa-8kpa后引入尿素热解炉3；

将除尘器1下部灰斗内的高温粉尘通过仓泵11输送至锅炉回收；

尿素储仓4中的尿素颗粒通过称重式旋转给料机输送至文丘里喷射器7的喉部，高温高压蒸汽通过流量调节阀5调节到预设流量后进入文丘里喷射器7，并在文丘里喷射器7喉部产生负压，在负压的抽吸作用下，尿素颗粒进入文丘里喷射器7，并被高温高压蒸汽携带进入喷射式混合器；

去离子水通过变频调节高压水泵8升压后以预设流量进入喷射式混合器，与蒸汽和尿素颗粒充分混合后进入管道混合器10，在高温蒸汽的混合加热作用下，尿素颗粒在管道混合器10内充分溶解，当形成浓度为40％-60％的尿素溶液后，喷入尿素热解炉3；

本实用新型在尿素热解炉3内，高温净烟气为尿素热解反应提供能量，尿素溶液发生热解反应生成包含有氨气成分的混合气体，并输出至下游设备，并在下游设备中实现氨气提取。其利用经除尘净化后的高温烟气直接作为尿素热解炉3的热源，从而节省了电加热器的投资费用和运行电耗，降低运行成本，提高了经济性；并且，采用两级喷射的方式完成蒸汽、去离子水和尿素颗粒的气液固三相混合加热，提高了加热效率，进一步降低了尿素热解制氨的能耗。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。