[发明专利]低设计及运行风险和尿素结晶风险的大型尿素热解反应器

说明书

技术领域

本发明属于烟气净化脱硝装置领域，尤其涉及尿素水溶液耗量达到500kg/h以上的大型尿素热解反应器。

背景技术

我国氮氧化物排放量巨大，己成为仅次于二氧化硫的大气污染物，酸雨问题、空气质量问题、大气层臭氧破坏越来越突出。目前中国已继欧洲和北美之后成为世界第三大酸雨区，从而给我国经济的可持续发展造成严重的环境压力。常用的烟气脱硝技术主要有：选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）两种。随着氮氧化物排放标准的严格化，很多现有的设备工艺已经不能达到国家规定的排放标准。选择性催化还原法（SCR）由于其工艺简单，脱硝效率高。广泛用于电厂等燃煤锅炉上。

SCR技术需采用氨水或者液氨作为还原剂，但氨水或者液氨具有强腐蚀性且运输与储存地域等因素的限制，存在安全隐患，因此，在工业生产中希望能找到一种安全的还原剂来替代氨水或液氨。尿素( Urea)是绿色肥料，作为无危险可以是制氨原料又具有与液氨相同的脱硝性能，完全没有危险和法规限制，可以方便的被运输、储存和使用，因此尿素热解制氨技术逐渐受到青睐，将为许多用户提供选择。

尿素热解装置承担的任务为尿素水溶液蒸发并热解反应生成氨气的过程，对于大多数现有的大型尿素热解装置及系统（特指示尿素水溶液耗量达到500kg/h以上），存在着两方面的问题：

1）设计及运行风险大：

因尿素热解装置过大，所需喷枪数量过多，而喷枪过多造成设计及运行风险大大增加。

2）尿素结晶风险大：

因为个别的喷枪雾化不良都易造成尿素颗粒沉积在热解炉壁面及热解炉出口，造成壁面及热解炉出口结晶物多，从而导致系统堵塞或不正常运行，而现有技术的大型尿素热解装置喷枪数量众多，大大增加了这个风险，同时，反应器内部流场不合理进一步极易造成流场出现如图1所示，回流区H出现在两侧，从而使得尿素颗粒被卷吸至壁面，造成尿素颗粒壁面结晶的风险加大。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种具有低设计及运行风险和低尿素结晶风险特点的，用于尿素水溶液耗量达到500kg/h以上的大型尿素热解反应器。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种低设计及运行风险和尿素结晶风险的大型尿素热解反应器，包括反应器本体，反应器本体从烟气进口向下到出口方向依次包括内径依次增大的第一段锥段、第一段直段、第二段锥段和直段主反应区，直段主反应区具有内径d；在第一锥段布置有整流器，整流器为一开口朝下的圆台形的罩体，由具有中心孔的上底面和侧面构成，且侧面与第一锥段内壁间留有间隙，上底面中心孔圆心与第一锥段轴线重合，中心孔半径为0.1-0.3d，上底面的环形面宽度E为0.05d-0.3d，圆台高度为3-5E；在第二段锥段布置有能够独立运行的第一喷枪组，布置位置距离第一段直段和第二段锥段接口处0.1d-0.3d，第一喷枪组仅有一根尿素溶液喷枪，喷枪喷头竖直向下喷射，雾化角度范围为90-120度，同时颗粒平均粒径不超过50微米，最大粒径不超过100微米。

现有技术中，对于大型尿素热解反应器都是直接在主反应区布置众多尿素溶液喷枪，存在设计及运行风险大和尿素结晶风险大的问题，参见图1。而本专利采用特殊设计的反应器本体结构，配合特殊设计的整流器，以及特殊布置的第一喷枪组，由此实现仅需一根喷枪就能满足锅炉的正常负荷需求（第一喷枪组的尿素溶液喷枪流量可满足30%-100%锅炉负荷的尿素需要量调节范围），设计及运行风险大大降低，同时尿素结晶风险也大大降低，参见图3，回流区H在中间。

作为选择，在直段主反应区上部还布置有能够独立运行的第二喷枪组，第二喷枪组具有沿直段主反应区周向均匀布置的若干根尿素溶液喷枪，其喷枪的插入深度为0.3-0.7d，喷枪喷头喷射方向与直段主反应区径向方向垂直，且与竖直向下方向呈2-20度夹角，雾化角度范围为60-90度，同时颗粒平均粒径不超过50微米，最大粒径不超过100微米。

上述方案中，在第一喷枪组正常运行时，可以与第二喷枪组同时运行，而当第一喷枪组因为故障或检修维护等原因停运时，也可以通过第二喷枪组保障尿素热解反应的正常运行，整体更为灵活方便，进一步降低了设计及运行风险。而特殊配置的第二喷枪组及其特殊的喷射形式，又避免了现有技术多根喷枪存在的尿素结晶风险大的问题，参见图8。

作为进一步选择，第二喷枪组的尿素溶液喷枪布置2-6根。

上述方案中，本专利的第二喷枪组相对现有技术可采用更少的喷枪数量。