專利名稱：用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于火電廠煙氣脫硝設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種用于煙氣脫硝的碳酸氫 銨濕法制氨系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
火力發(fā)電廠排放出的煙氣含有N0X，嚴(yán)重污染環(huán)境。日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求新建 火力發(fā)電機(jī)組必須上脫硝系統(tǒng)。常用的煙氣脫硝技術(shù)一般是將脫硝還原劑制備出氨氣，再 將氨氣通過噴氨格柵噴入到煙氣中。在催化劑的作用下，N0X被氨氣還原成N2?；鹆Πl(fā)電廠煙氣脫硝系統(tǒng)常用的還原劑有液氨、氨水及尿素。液氨具有高毒性，采 用液氨作為還原劑必須對(duì)液氨的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用進(jìn)行嚴(yán)格的規(guī)范。液氨通過液氨卸料壓 縮機(jī)進(jìn)入儲(chǔ)存罐，隨后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸汽加熱作用下氣化變成氨氣，氨氣再通過空氣稀釋 后送入煙氣中脫硝。該脫硝系統(tǒng)需要設(shè)置液氨卸料壓縮機(jī)，液氨儲(chǔ)存罐和液氨蒸發(fā)器。采用氨水作為還原劑，是將25%的含氨水溶液通過加熱裝置使其蒸發(fā)，形成氨氣 和水蒸汽，隨后氨氣被空氣稀釋后送入煙氣中脫硝，該脫硝系統(tǒng)需要匹配大型的氨水存儲(chǔ) 設(shè)備及氨水蒸發(fā)器。采用尿素作為還原劑，常見的有熱解法和水解法制氨，尿素水解法是將尿素溶于 水中，尿素溶液受熱析出的氨氣經(jīng)過空氣稀釋后送入煙氣中脫硝。尿素?zé)峤夥▌t是霧化后 的尿素溶液在加熱條件下析出氨氣，氨氣經(jīng)過空氣稀釋后送入煙氣中脫硝。采用尿素作為 還原劑的脫硝系統(tǒng)，需要設(shè)置固體尿素存儲(chǔ)系統(tǒng)、尿素溶解系統(tǒng)以及尿素水解或熱解系統(tǒng)。在這三種脫硝還原劑中，液氨的投資、運(yùn)輸和事業(yè)成本為三者最低，但氨是國(guó)家規(guī) 定的乙類危險(xiǎn)品，在液氨的運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中都存在一定的危險(xiǎn)性，液氨的運(yùn)輸和儲(chǔ)存都 需要國(guó)家有關(guān)部門的審批和準(zhǔn)許。液氨的儲(chǔ)存量超過40噸即可被列為重大危險(xiǎn)源，在其儲(chǔ) 存和運(yùn)輸過程中一旦發(fā)生事故，其后果往往不堪設(shè)想。在國(guó)外，很多電站僅允許使用鐵路運(yùn) 輸液氨。液氨的高毒性使得其工業(yè)應(yīng)用存在較大的安全隱患。脫硝所用氨水的質(zhì)量百分比一般為20% 30%，較液氨安全，但是氨水也是一種 危險(xiǎn)性物質(zhì)，具有毒性和腐蝕性，低濃度的氨氣刺激眼睛、皮膚和鼻子，而且運(yùn)輸體積大，運(yùn) 輸成本相對(duì)純氨高，且氨水需要大型存儲(chǔ)設(shè)備。其脫硝系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積大，系統(tǒng)能耗高， 經(jīng)濟(jì)性差。尿素是一種固體物質(zhì)，安全無害，運(yùn)行存儲(chǔ)方便。但是尿素溶液對(duì)容器具有腐蝕 性，煙氣脫硝系統(tǒng)增加了尿素溶解系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)變的更復(fù)雜。尿素制氨需要先制備成低 濃度的尿素溶液(< 10% )在高溫高壓條件下進(jìn)行，系統(tǒng)能耗高，設(shè)備占地面積大。尿素分 解產(chǎn)物中可能含有聯(lián)二脲等聚合物，易與飛灰一起形成SCR催化劑層的堵塞，甚至造成催 化劑的中毒。尿素作為還原劑有潮解問題，尿素溶液要加添加劑，添加劑在管道和罐中容易 產(chǎn)生沉淀，且尿素添加劑長(zhǎng)期影響SCR催化劑使用壽命。碳酸氫銨常溫常壓下以固態(tài)存在，所以與液氨和氨水相比，碳酸氫銨在儲(chǔ)存和運(yùn) 輸方面不存在安全問題；與尿素相比，碳酸氫銨價(jià)格便宜，分解溫度低，在水中溶解度大，且隨溫度升高溶解度增大，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性更好。有文獻(xiàn)采用碳酸氫銨干法熱解法制備氨氣，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了單獨(dú)的碳酸氫銨干法熱 解爐，用鍋爐煙氣送入到熱解爐中分解碳酸氫銨粉末，生成的氨氣引出送入到煙氣中脫硝。 該系統(tǒng)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性較好，但是在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較差，碳酸氫銨給料量 不均勻，制備過程中氨氣量容易出現(xiàn)波動(dòng)，系統(tǒng)的控制相對(duì)困難，影響到后期脫硝的效果。因此，從安全性和經(jīng)濟(jì)性角度考慮，碳酸氫銨適合作為煙氣脫硝系統(tǒng)的還原劑。鑒 于碳酸氫銨干法制氨存在穩(wěn)定性的問題，而碳酸氫銨溶在水中解度大，如表1所示，因此， 本實(shí)用新型提出了用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)。表1.氨氣及碳酸氫銨的溶解度與溫度的關(guān)系
\溫度 物質(zhì)\10。c20°c30°c40°c50°c60°c70°c80°c90°c100。c氨nh3705644.53426.520151187碳酸氫銨 nh4hco316.121.728.436.659.2109170354
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)液氨、氨水、尿素及碳酸氫銨干法制氨脫硝存在的不足，提供了一 種用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為溶解池出口通過管道和升壓 泵連接到熱解室上部的霧化噴射管，鍋爐的高溫?zé)煔獬隹谕ㄟ^管道和高溫風(fēng)機(jī)連接到熱解 室下部的高溫?zé)煔庖牍?，空氣預(yù)熱器的熱一次風(fēng)出口通過管道連接到熱解器中部的高溫 空氣引入管；熱解室頂部的氣體引出管通過管道依次與緩沖罐、調(diào)節(jié)閥、氨氣空氣混合器及 噴氨柵格連接，然后接入scr反應(yīng)器；熱解室底部的漿液循環(huán)管口通過循環(huán)泵連接到溶解 池的底部入口 ；鍋爐的煙氣出口通過噴氨柵格接入到scr反應(yīng)器；scr反應(yīng)器的出口連接到 空氣預(yù)熱器。所述溶解池內(nèi)、熱解室的底部及緩沖罐內(nèi)均分別安裝蒸汽加熱管。所述氨氣空氣混合器上連接著稀釋風(fēng)機(jī)。所述溶解池與熱解室之間的碳酸氫銨溶液輸送管路和循環(huán)管路旁均設(shè)置了蒸汽 伴熱管，用于加熱管道。所述熱解室為立式圓罐，霧化噴射管設(shè)置在熱解室的3/5標(biāo)高處，高溫空氣引入 管設(shè)置在熱解室的1/3標(biāo)高處，高溫?zé)煔庖牍茉O(shè)置在熱解室1/4標(biāo)高處。本實(shí)用新型的有益效果為(1)本實(shí)用新型采用碳酸氫銨作為還原劑，運(yùn)輸儲(chǔ)存方便安全，避免了液氨及氨水 等還原劑在運(yùn)輸存儲(chǔ)方面的安全隱患。
4[0021](2)本實(shí)用新型采用碳酸氫銨作為還原劑，按脫硝所需的氨氣量折算，還原劑采用 碳酸氫銨比采用尿素便宜，經(jīng)濟(jì)性好。碳酸氫銨含氨量為21.5%，尿素含氨量為56.7%。 2009年5月國(guó)內(nèi)碳酸氫銨的平均價(jià)格在480元/噸左右，尿素的平均銷售價(jià)格在1800元/ 噸左右。每生成1公斤氨氣，采用碳酸氫銨作為還原劑，需要花費(fèi)2. 23元；而采用尿素作為 還原劑，則需要花費(fèi)3. 17元。明顯，碳酸氫銨作為還原劑比尿素更為經(jīng)濟(jì)。且碳酸氫銨分 解溫度低，易于分解，在水中溶解度高。(3)本實(shí)用新型采用濕法熱解碳酸氫銨制取氨氣，碳酸氫銨易溶于水，且受熱易分 解，將碳酸氫銨溶液質(zhì)量濃度保持在50%，溫度控制在90°C，溶液的輸送和量的控制都非 常便利，制氨過程容易控制，氨氣生成速率穩(wěn)定。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了蒸汽伴熱管道防止了碳 酸氫銨溶液在輸送過程中的管內(nèi)結(jié)晶現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)安全性。
圖1為所述用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為熱解室的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1-料倉；2-溶解池；3-蒸汽加熱管；4-補(bǔ)水管；5-升壓泵；6_循環(huán)泵；7_蒸汽伴 熱管；8-熱解室；9-緩沖罐；10-調(diào)節(jié)閥；11-氨氣空氣混合器；12-稀釋風(fēng)機(jī)；13-高溫風(fēng) 機(jī)；14-噴氨格柵；15-空氣預(yù)熱器；16-SCR反應(yīng)器；17-鍋爐；81-氣體引出管；82-霧化噴 射管；83-高溫空氣引入管；84-高溫?zé)煔庖牍埽?5-漿液循環(huán)管。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)，下面通過附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。如圖1所示，熱解室8為立式圓罐，霧化噴射管82設(shè)置在熱解室的3/5標(biāo)高處，高 溫空氣引入管83設(shè)置在熱解室的1/3標(biāo)高處，高溫?zé)煔庖牍?4設(shè)置在熱解室1/4標(biāo)高 處。溶解池2出口通過管道和升壓泵5連接到熱解室8上部的霧化噴射管82，鍋爐17的高 溫?zé)煔獬隹谕ㄟ^管道和高溫風(fēng)機(jī)13連接到熱解室8下部的高溫?zé)煔庖牍?4，空氣預(yù)熱器 15的熱一次風(fēng)出口通過管道連接到熱解器8中部的高溫空氣引入管83 ；熱解室8頂部的氣 體引出管81通過管道依次與緩沖罐9、調(diào)節(jié)閥10、氨氣空氣混合器11及噴氨柵格14連接， 然后接入SCR反應(yīng)器16 ；熱解室8底部的漿液循環(huán)管85通過循環(huán)泵6連接到溶解池2的 底部入口 ’鍋爐17的煙氣出口通過噴氨柵格14接入到SCR反應(yīng)器16 ；SCR反應(yīng)器16的出 口連接到空氣預(yù)熱器15。在所述溶解池2內(nèi)、熱解室8的底部及緩沖罐9內(nèi)均分別安裝蒸 汽加熱管3。所述氨氣空氣混合器11上連接著稀釋風(fēng)機(jī)12。所述溶解池2與熱解室8之 間的碳酸氫銨溶液輸送管路和循環(huán)管路旁均設(shè)置了蒸汽伴熱管7，用于加熱管道，使碳酸氫 銨溶液保持在80°C以上，防止碳酸氫銨溫度降低出現(xiàn)結(jié)晶堵塞管道。袋裝碳酸氫銨可以直接通過車輛運(yùn)到廠區(qū)，送入料倉1儲(chǔ)存。根據(jù)需要，將袋裝的 碳酸氫銨破包并送入到溶解池2。溶解池內(nèi)設(shè)置了蒸汽加熱管3，通過改變通入蒸汽的量 將溶液溫度維持在90°C，投入攪拌器運(yùn)行可以防止碳酸氫銨的沉積，并保持池內(nèi)溫度分布 均勻。補(bǔ)水管4送入的水量與碳酸氫銨投入量相匹配，將碳酸氫銨溶液的質(zhì)量濃度保持在50%。90°C下碳酸氫銨溶液達(dá)到飽和狀態(tài)對(duì)應(yīng)的濃度為63%，80°C下碳酸氫銨溶液達(dá)到飽 和狀態(tài)對(duì)應(yīng)的濃度為52. 1%，保持溶液的溫度可以防止碳酸氫銨在溶解池以及管道內(nèi)的結(jié)
曰
曰曰 碳酸氫銨溶液通過升壓泵5，提高壓頭，進(jìn)入到熱解室8。碳酸氫銨溶液通過均勻 分布的霧化噴射管82從上向下噴入到熱解室空間。從鍋爐17爐膛出口引出的高溫?zé)煔猓?溫度為1050-1200°C，高溫?zé)煔馔ㄟ^高溫風(fēng)機(jī)13直接進(jìn)入到熱解室的高溫?zé)煔庖牍?4， 從下向上流動(dòng)。從空氣預(yù)熱器熱15—次風(fēng)出口引出的熱空氣溫度為300-350°C，熱空氣進(jìn) 入到熱解室中部的高溫空氣引入管83，從下向上流動(dòng)。通過調(diào)整高溫?zé)煔夂透邷乜諝獾牧?量比例，可以控制熱解室的氣體引出管81處氣體的溫度在300°C以上。碳酸氫銨溶液在高 溫氣體的作用下蒸發(fā)分解，生成氨氣、二氧化碳和水蒸氣。殘余的碳酸氫銨液體在熱解室底 部匯集，通過循環(huán)泵6回到熱解池，再一次匹配成質(zhì)量濃度為50%的溶液后再次進(jìn)行循環(huán) 熱解。熱解室底部布置有蒸氣加熱管3，保持溶液溫度在80°C以上，以防碳酸氫銨結(jié)晶堵塞 設(shè)備。熱解室氣體產(chǎn)物離開熱解室后送入到緩沖罐9，為了保持熱解氣體溫度，緩沖罐內(nèi) 設(shè)置了蒸汽加熱管3，熱解氣體的溫度保持在200°C以上，以避免氨氣與二氧化碳低溫下發(fā) 生逆向反應(yīng)生成氨基甲酸鹽。隨后熱解氣體通過調(diào)節(jié)閥10進(jìn)入氨氣空氣混合器11，稀釋風(fēng) 機(jī)12將空氣送入到氨氣空氣混合器11，空氣與熱解氣體產(chǎn)物混合均勻。稀釋后的混合氣體 通過噴氨格柵14進(jìn)入SCR反應(yīng)器16，在催化劑的作用下，氨氣將N0X還原成N2。根據(jù)SCR 反應(yīng)器16進(jìn)出口煙氣中N0X的濃度來控制調(diào)節(jié)閥10的開度，從而調(diào)節(jié)送入SCR反應(yīng)器16 的氨氣量。熱解室的結(jié)構(gòu)如圖2所示。溫度為90°C、質(zhì)量濃度保持在50%的碳酸氫銨溶液經(jīng) 過升壓泵進(jìn)入霧化噴射管82，通過霧化噴頭的作用，形成平均粒徑為120微米的霧滴，從上 向下噴入，逆流噴入延長(zhǎng)了液滴在熱解室內(nèi)的停留時(shí)間，有利于提高碳酸氫銨的分解率。調(diào) 整高溫?zé)煔夂蜔峥諝獾谋壤瑢峤馐业臍怏w引出管81處氣體的溫度在300°C以上，以保 持碳酸氫銨的完全分解。煙氣在熱解室內(nèi)停留時(shí)間在1.6秒 2秒間。高溫氣體與逆流噴 入的碳酸氫銨液滴接觸，溶液中水蒸發(fā)過熱，碳酸氫銨也受熱分解成氨氣、二氧化碳和水蒸 氣。分析純級(jí)別的碳酸氫銨固體粉末最低的分解溫度在80°C以上，普通碳酸氫銨粉末 因?yàn)楹须s質(zhì)，實(shí)際分解溫度為35°C -60°C。采用高溫?zé)煔夂透邷乜諝鈦頍峤赓|(zhì)量濃度為 50%，溫度為90°C的碳酸氫銨溶液，且保證熱解爐出口氣流溫度在300°C以上，則碳酸氫銨 溶液可以在短時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)分解，分解率可以達(dá)到100%。
權(quán)利要求用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)，其特征在于，溶解池(2)出口通過管道和升壓泵(5)連接到熱解室(8)上部的霧化噴射管(82)，鍋爐(17)的高溫?zé)煔獬隹谕ㄟ^管道和高溫風(fēng)機(jī)(13)連接到熱解室(8)下部的高溫?zé)煔庖牍?84)，空氣預(yù)熱器(15)的熱一次風(fēng)出口通過管道連接到熱解室(8)中部的高溫空氣引入管(83)；熱解室(8)頂部的氣體引出管(81)通過管道依次與緩沖罐(9)、調(diào)節(jié)閥(10)、氨氣空氣混合器(11)及噴氨柵格(14)連接，然后接入SCR反應(yīng)器(16)；熱解室(8)底部的漿液循環(huán)管(85)通過循環(huán)泵(6)連接到溶解池(2)的底部入口；鍋爐(17)的煙氣出口通過噴氨柵格(14)接入到SCR反應(yīng)器(16)；SCR反應(yīng)器(16)的出口連接到空氣預(yù)熱器(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)，其特征在于，所述 溶解池(2)內(nèi)、熱解室(8)的底部及緩沖罐(9)內(nèi)均分別安裝蒸汽加熱管(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)，其特征在于，所述 氨氣空氣混合器(11)上連接著稀釋風(fēng)機(jī)(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)，其特征在于，所述溶解池(2)與熱解室(8)之間的碳酸氫銨溶液輸送管路和循環(huán)管路旁均設(shè)置了蒸汽伴熱管 ⑵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)，其特征在于，所述 熱解室(8)為立式圓罐，霧化噴射管(82)設(shè)置在熱解室的3/5標(biāo)高處，高溫空氣引入管 (83)設(shè)置在熱解室的1/3標(biāo)高處，高溫?zé)煔庖牍?84)設(shè)置在熱解室1/4標(biāo)高處。
專利摘要用于煙氣脫硝的碳酸氫銨濕法制氨系統(tǒng)屬于火電廠煙氣脫硝技術(shù)領(lǐng)域。90℃碳酸氫銨的溶液經(jīng)過升壓后進(jìn)入熱解爐的霧化噴嘴逆流噴出，碳酸氫銨霧滴在從下向上流動(dòng)的高溫?zé)煔獾募訜嶙饔孟路纸獬霭睔?，殘余的碳酸氫銨溶液在熱解爐底部匯集后通過循環(huán)泵回到溶解池，反復(fù)循環(huán)利用；氨氣隨空氣流入到緩沖罐，隨后進(jìn)入氨氣空氣混合器，被稀釋到一定濃度后通過噴氨格柵進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑的作用下，氨氣將NOX還原成N2。碳酸氫銨運(yùn)輸儲(chǔ)存方便安全，經(jīng)濟(jì)性好，避免了液氨及氨水等還原劑在運(yùn)輸存儲(chǔ)方面的安全隱患，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于尿素還原劑；采用碳酸氫銨作為還原劑濕法熱解制氨，碳酸氫銨用量容易控制，氨氣生成穩(wěn)定，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，高效。
文檔編號(hào)B01D53/56GK201692759SQ201020218809
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者葉力平, 翁衛(wèi)國(guó) 申請(qǐng)人:葉力平;翁衛(wèi)國(guó)