一種用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于煙氣凈化脫硝裝置領域，尤其涉及尿素水溶液耗量達到500kg/h以上的大型尿素熱解反應器。
【背景技術】
[0002]我國氮氧化物排放量巨大，己成為僅次于二氧化硫的大氣污染物，酸雨問題、空氣質量問題、大氣層臭氧破壞越來越突出。目前中國已繼歐洲和北美之后成為世界第三大酸雨區，從而給我國經濟的可持續發展造成嚴重的環境壓力。常用的煙氣脫硝技術主要有:選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)兩種。隨著氮氧化物排放標準的嚴格化，很多現有的設備工藝已經不能達到國家規定的排放標準。選擇性催化還原法(SCR)由于其工藝簡單，脫硝效率高。廣泛用于電廠等燃煤鍋爐上。
[0003]SCR技術需采用氨水或者液氨作為還原劑，但氨水或者液氨具有強腐蝕性且運輸與儲存地域等因素的限制，存在安全隱患，因此，在工業生產中希望能找到一種安全的還原劑來替代氨水或液氨。尿素(Urea)是綠色肥料，作為無危險可以是制氨原料又具有與液氨相同的脫硝性能，完全沒有危險和法規限制，可以方便的被運輸、儲存和使用，因此尿素熱解制氨技術逐漸受到青睞，將為許多用戶提供選擇。
[0004]尿素熱解裝置承擔的任務為尿素水溶液蒸發并熱解反應生成氨氣的過程，對于大多數現有的大型尿素熱解裝置及系統(特指示尿素水溶液耗量達到500kg/h以上)，存在著兩方面的問題:
[0005]I)設計及運行風險大:
[0006]因尿素熱解裝置過大，所需噴槍數量過多，而噴槍過多造成設計及運行風險大大增加。
[0007]2)尿素結晶風險大:
[0008]因為個別的噴槍霧化不良都易造成尿素顆粒沉積在熱解爐壁面及熱解爐出口，造成壁面及熱解爐出口結晶物多，從而導致系統堵塞或不正常運行，而現有技術的大型尿素熱解裝置噴槍數量眾多，大大增加了這個風險。
【實用新型內容】
[0009]本實用新型的目的在于:提出一種具有低設計及運行風險和低尿素結晶風險特點的，用于尿素水溶液耗量達到500kg/h以上的大型尿素熱解反應器的噴槍系統。
[0010]本實用新型目的通過下述技術方案來實現:
[0011]—種用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，包括反應器本體，反應器本體從煙氣進口向下到出口方向依次包括內徑依次增大的第一段錐段、第一段直段、第二段錐段和直段主反應區，直段主反應區具有內徑d;在第二段錐段布置有能夠獨立運行的第一噴槍組，布置位置距離第一段直段和第二段錐段接口處0.ld-ο.3d，第一噴槍組僅有一根尿素溶液噴槍。
[0012]現有技術中，對于大型尿素熱解反應器都是直接在主反應區布置眾多尿素溶液噴槍，存在設計及運行風險大和尿素結晶風險大的問題。而本專利采用特殊設計的反應器本體結構，配合特殊布置的第一噴槍組，由此實現僅需一根噴槍就能滿足鍋爐的正常負荷需求，設計及運行風險大大降低，同時尿素結晶風險也大大降低。
[0013]作為選擇，第一噴槍組的噴槍噴頭豎直向下噴射，霧化角度范圍為90-120度，同時顆粒平均粒徑不超過50微米，最大粒徑不超過100微米。
[0014]上述方案中，特定選型的噴槍進一步降低了尿素結晶風險。
[0015]作為選擇，在直段主反應區上部還布置有能夠獨立運行的第二噴槍組，第二噴槍組具有沿直段主反應區周向均勻布置的若干根尿素溶液噴槍。
[0016]上述方案中，在第一噴槍組正常運行時，可以與第二噴槍組同時運行，而當第一噴槍組因為故障或檢修維護等原因停運時，也可以通過第二噴槍組保障尿素熱解反應的正常運行，整體更為靈活方便，進一步降低了設計及運行風險。
[0017]作為進一步選擇，第二噴槍組的尿素溶液噴槍布置2-6根。
[0018]上述方案中，本專利的第二噴槍組相對現有技術可采用更少的噴槍數量。
[0019]作為另一進一步選擇，第二噴槍組噴槍的插入深度為0.3-0.7d，噴槍噴頭噴射方向與直段主反應區徑向方向垂直，且與豎直向下方向呈2-20度夾角。
[0020]上述方案中，特殊配置的第二噴槍組及其特殊的噴射形式，避免了現有技術多根噴槍存在的尿素結晶風險大的問題，參見圖4。
[0021 ]作為進一步選擇，第二噴槍組噴槍的霧化角度范圍為60-90度，同時顆粒平均粒徑不超過50微米，最大粒徑不超過100微米。
[0022]上述方案中，特定選型的噴槍進一步降低了尿素結晶風險。
[0023]作為選擇，第一噴槍組的噴槍流量滿足30%-100%鍋爐負荷的尿素需要量調節范圍。
[0024]上述方案中，采用大流量大調解范圍的噴槍確保滿足鍋爐負荷要求。
[0025]前述本實用新型主方案及其各進一步選擇方案可以自由組合以形成多個方案，均為本實用新型可采用并要求保護的方案:如本實用新型，各選擇即可和其他選擇任意組合，本領域技術人員在了解本實用新型方案后根據現有技術和公知常識可明了有多種組合，均為本實用新型所要保護的技術方案，在此不做窮舉。
[0026]本實用新型的有益效果:解決尿素水溶液耗量達到500kg/h以上的大型尿素熱解反應器所存在的設計及運行風險大和尿素結晶風險大的問題。
【附圖說明】
[0027]圖1是本實用新型實施例的結構不意圖；
[0028]圖2是本實用新型實施例的第二噴槍組的平面布置結構示意圖；
[0029]圖3是本實用新型實施例的第二噴槍組的傾斜角度示意圖；
[0030]圖4是本實用新型實施例的第二噴槍組具有低尿素結晶風險的流場示意圖；
[0031]其中1、第一段錐段;2、第一段直段;3、第二段錐段;4、直段主反應區；5、尾部錐段；
6、第一噴槍組;7、第二噴槍組。
【具體實施方式】
[0032]下列非限制性實施例用于說明本實用新型。
[0033]參考圖1所示，一種用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，包括反應器本體，反應器本體從煙氣進口向下到出口方向依次具有內徑依次增大的第一段錐段1、第一段直段2、第二段錐段3、直段主反應區4和尾部錐段5，直段主反應區4具有內徑d;在第二段錐段3布置有能夠獨立運行的第一噴槍組6，第一噴槍組6的噴槍流量滿足30%_100%鍋爐負荷的尿素需要量調節范圍。因布置第一噴槍組6處存在一定的煙氣內件及變徑，從而煙氣存在回流現象，使得該值過小易造成尿素溶液顆粒被卷吸至壁面的可能性加大，過大則會造成尿素顆粒在爐內停留時間縮短，這和布置雙層噴槍的初衷相違背，因此其布置位置距離第一段直段2和第二段錐段3接口處0.1d-0.3d，第一噴槍組6僅有一根尿素溶液噴槍，噴槍噴頭豎直向下噴射，霧化角度范圍為90-120度，同時顆粒平均粒徑不超過50微米，最大粒徑不超過100微米。
[0034]進一步地，參考圖2，在直段主反應區4上部還布置有能夠獨立運行的第二噴槍組7，第二噴槍組7具有沿直段主反應區周向均勻布置的若干根尿素溶液噴槍，第二噴槍組的尿素溶液噴槍優選布置2-6根。其噴槍的插入深度G為0.3-0.7d，噴槍噴頭噴射方向與直段主反應區4徑向方向垂直，且與豎直向下方向呈2-20度夾角a(參考圖3，X-Y-Z構成三維立體，其中X軸為直段主反應區4的徑向方向，Y軸為水平方向且與X軸垂直，即周向的切線方向，Z軸為豎直方向，第二噴槍組7的噴槍沿X軸方向插入，其噴嘴的噴射方向為圖中的箭頭方向)，霧化角度范圍為60-90度，同時顆粒平均粒徑不超過50微米，最大粒徑不超過100微米。
[0035]現有技術的噴槍噴頭都設計為豎直向下噴射，本專利的特點是第二噴槍組7噴槍布置有一定的周向速度，以形成圖4所示的流場，該流場具有一定旋轉，相同垂直距離的停留時間更長，提高了尿素溶液的熱解轉化率，有效解決了尿素未完全反應而結晶引起的系統堵塞問題。傾斜角度a為2-20度，過小形成的旋轉作用不明顯，過大易造成顆粒被旋流作用甩至壁面，同時該傾斜角度需配合插入的深度一起作用，插入的深度G為0.3-0.7d。
[0036]作為優選的示例，反應器本體分為五段，從煙氣進口到出口分別第一段錐段1、第一段直段2、第二段錐段3、直段主反應區4和尾部錐段5，同時布置如下裝置:第一噴槍組6、第二噴槍組7 ο第一噴槍組6設置一根尿素溶液噴槍，布置于反應器本體第二段錐段3處，距離第一段直段2和第二段錐段3接口處0.15d(d為反應器的直段主反應區4內徑)左右，第二噴槍組7布置多根尿素溶液噴槍，水平均勻布置在直段主反應區4上部。第二噴槍組7噴槍布置周向傾角6度，插入的深度G為0.5d。第一噴槍組6的噴槍霧化角度范圍為120度，第二噴槍組7的噴槍霧化角度范圍為90度，同時顆粒平均粒徑是50微米，最大粒徑不超過100微米。
[0037]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，包括反應器本體，其特征在于:反應器本體從煙氣進口向下到出口方向依次包括內徑依次增大的第一段錐段、第一段直段、第二段錐段和直段主反應區，直段主反應區具有內徑d;在第二段錐段布置有能夠獨立運行的第一噴槍組，布置位置距離第一段直段和第二段錐段接口處0.1d-0.3d，第一噴槍組僅有一根尿素溶液噴槍。2.如權利要求1所述的用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，其特征在于:第一噴槍組的噴槍噴頭豎直向下噴射，霧化角度范圍為90-120度，同時顆粒平均粒徑不超過50微米，最大粒徑不超過100微米。3.如權利要求1所述的用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，其特征在于:在直段主反應區上部還布置有能夠獨立運行的第二噴槍組，第二噴槍組具有沿直段主反應區周向均勻布置的若干根尿素溶液噴槍。4.如權利要求3所述的用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，其特征在于:第二噴槍組噴槍的插入深度為0.3-0.7d，噴槍噴頭噴射方向與直段主反應區徑向方向垂直，且與豎直向下方向呈2-20度夾角。5.如權利要求4所述的用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，其特征在于:第二噴槍組噴槍的霧化角度范圍為60-90度，同時顆粒平均粒徑不超過50微米，最大粒徑不超過100微米。6.如權利要求3所述的用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，其特征在于:第二噴槍組的尿素溶液噴槍布置2-6根。7.如權利要求1所述的用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，其特征在于:第一噴槍組的噴槍流量滿足30 %_100%鍋爐負荷的尿素需要量調節范圍。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于大型尿素熱解反應器的噴槍系統，屬于煙氣凈化脫硝裝置領域，反應器本體從煙氣進口向下到出口方向依次包括內徑依次增大的第一段錐段、第一段直段、第二段錐段和直段主反應區，直段主反應區具有內徑d；在第二段錐段布置有能夠獨立運行的第一噴槍組，布置位置距離第一段直段和第二段錐段接口處0.1d-0.3d，第一噴槍組僅有一根尿素溶液噴槍。本實用新型是一種用于尿素水溶液耗量達到500kg/h以上的大型尿素熱解反應器的噴槍系統。
【IPC分類】C01C1/08
【公開號】CN205187891
【申請號】CN201520950290
【發明人】張章, 張定海, 葉茂, 張宇, 楊錦
【申請人】東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年11月25日