一種利用余熱的尿素催化水解制氨系統的制作方法

本實用新型涉及煙氣脫硝系統及脫硝還原劑制備方法技術領域，尤指一種利用余熱的尿素催化水解制氨系統。

背景技術：

總所周知，氮氧化物NO_x是主要的大氣污染物之一，隨著國家環保政策要求的提高，對氮氧化物排放限值的要求愈來愈嚴格，而燃煤電廠的鍋爐煙氣是大氣污染物中氮氧化物的主要排放源之一，因此火電廠煙氣脫硝是繼煙氣脫硫之后控制火電廠污染物排放的又一個環保重點領域。

火電廠煙氣脫硝技術主要包括燃燒中脫硝和燃燒后脫硝，燃燒中脫硝主要指爐內低氮燃燒技術；燃燒后脫硝是對燃燒后產生的鍋爐煙氣進行脫硝處理，利用還原劑把煙氣中的NO_x還原成N₂和H₂O。由于爐內低氮燃燒技術的局限性，NO_x排放控制遠不能達到環保要求，為進一步降低NO_x的排放，必須對燃燒后的煙氣進行脫硝處理。燃燒后脫硝主要包括選擇性非催化還原(SNCR)和選擇性催化還原(SCR)，選擇性催化還原(SCR)技術由于其脫硝效率高，技術和工藝成熟，在鍋爐煙氣脫硝領域應用最廣。

燃煤電廠鍋爐煙氣脫硝還原劑的選擇是整個脫硝系統中很重要的一個環節。目前，世界上脫硝系統最常用的還原劑有三種：液氨、氨水和尿素。尿素和氨都可用作SCR和SNCR的還原劑，然而火電廠脫硝還原劑選擇影響因素主要有：運輸和儲存安全，包括預防恐怖襲擊和泄漏；一旦發生事故可能造成的影響(包括經濟影響和其它影響)；操作許可的批復；占地；投資和運行費用。

尿素在性能和安全操作方面更具有明顯優點，在脫硝還原劑的選擇中越來越受到青睞。現有尿素制氨技術有尿素熱解制氨技術、普通尿素水解技術和尿素催化水解技術。當前火電廠脫硝還原劑的制備通常采用的是尿素熱解方式，但是尿素熱解技術耗能大、氨轉化率較低、運行成本較高；普通尿素水解技術系統響應速率較慢，還未得到普遍應用；尿素催化水解技術在普通尿素水解技術加入催化劑，系統響應時間短、技術優勢明顯，應用前景較好，有待進一步開發應用。現有的尿素水解一般都以電廠蒸汽作為熱源，需要消耗大量高品質蒸汽，經濟型不佳。

因此，本申請人致力于提供一種新型的尿素催化水解制氨系統。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種新型的尿素催化水解制氨系統，能夠充分利用大量電廠余熱、廢熱，從而有效降低了尿素水解制氨的成本。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種利用余熱的尿素催化水解制氨系統，包括：脫硝裝置；尿素催化水解裝置，與所述脫硝裝置連通，用于向所述脫硝裝置中輸送NH₃；尿素溶液箱，通過尿素溶液管道與所述尿素催化水解裝置連通，用于向所述尿素催化水解裝置輸送尿素溶液；尿素預熱器，其進口通過所述尿素溶液管道與所述尿素溶液箱連通，其出口通過所述尿素溶液管道與所述尿素催化水解裝置連通，且所述尿素預熱器位于所述脫硝裝置的出口煙道中，用于通過所述脫硝裝置的出口煙氣對尿素溶液進行預熱；催化劑溶液箱，通過催化劑溶液管道與所述尿素催化水解裝置連通；催化劑預熱器，設置在所述催化劑溶液管道中，且與所述尿素催化水解裝置的貧尿素溶液出料管連通，用于通過所述尿素催化水解裝置排出的熱的貧尿素溶液對催化劑溶液進行預熱；空氣預熱器，與所述脫硝裝置的出口煙道連通；至少一個熱一次風噴射管道，設置在所述尿素催化水解裝置的底部，與所述空氣預熱器連通，所述熱一次風噴射管道上設有多個出風口。

優選地，所述熱一次風噴射管道上的出風口設有兩排，兩排所述出風口位于所述熱一次風噴射管道的進風方向的兩側，交錯排列，且兩排所述出風口位于同一高度，所述熱一次風噴射管道的進風方向為所述熱一次風噴射管道的進風端指向另一端的方向；和/或；每排所述出風口均沿著所述熱一次風噴射管道的進風方向均勻布置，所述熱一次風噴射管道的進風方向為所述熱一次風噴射管道的進風端指向另一端的方向；和/或；所述出風口為錐形出風口，且所述錐形出風口的小口徑端靠近所述尿素催化水解裝置的底部；和/或；所述熱一次風噴射管道的數目為多個，且多個所述熱一次風噴射管道均勻鋪設在所述尿素催化水解裝置的底部。

優選地，所述尿素催化水解裝置中設有一液位擋板，所述液位擋板與所述尿素催化水解裝置的頂部之間具有間距；和/或；所述尿素催化水解裝置與所述脫硝裝置之間的連通管道上設有電伴熱系統；和/或；所述尿素溶液管道上設有電伴熱系統。

優選地，所述利用余熱的尿素催化水解制氨系統還包括：濃度監測器，設置在所述尿素催化水解裝置中，用于監測所述尿素催化水解裝置中的尿素溶液的濃度；濃度調節器，與所述濃度監測器通訊連接，且與所述催化劑溶液箱連接，用于根據所述濃度監測器的濃度監測值調節所述催化劑溶液的濃度。

本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統可以實現以下至少一種有益效果。

1、本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統通過脫硝裝置的出口煙氣對尿素溶液進行預熱，通過尿素催化水解裝置排出的熱的貧尿素溶液對催化劑溶液進行預熱，預熱后的尿素溶液和催化劑在尿素催化水解裝置中受熱進行反應生成NH₃，NH₃通入至脫硝裝置進行脫硝反應，相比于傳統的尿素水解方式，本實用新型中的尿素水解方式速度快，可以及時響應脫硝裝置對還原劑氨氣需求的變化，且耗能低、氨轉化率高、運行成本低。

2、本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統通過空氣預熱器向尿素催化水解裝置中輸入熱一次風，熱一次風可以與尿素溶液直接進行熱交換，尿素溶液受熱均勻，加熱效率高，熱一次風對尿素溶液進行加熱的同時還可以對尿素催化劑混合溶液起到擾動、攪拌的作用，加速尿素水解反應的進行，有效加快了水解速度，并且，熱一次風的余熱還可以對混合后的NH₃混合氣體進行保溫，防止回凝。

3、本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統還可以通過空氣預熱器向尿素催化水解裝置中輸入短路一次風，熱一次風和短路一次風均可以對NH₃混合氣體進行稀釋，從而有效控制NH₃混合氣體的濃度，使NH₃濃度遠離爆炸極限，消除安全隱患，不需要另外設置風機引入稀釋風，降低設備投資及運行成本。

4、本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統通過在尿素催化水解裝置中設置液位擋板，可以有效控制尿素催化水解裝置中的液位高度，便于將反應后的貧尿素溶液排出，維持水解區域的尿素溶液的濃度和液位的穩定。

5、本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統通過設置電伴熱系統可以有效防止尿素溶液和尿素催化水解裝置產生的氨氣混合氣體結晶和冷凝。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明：

圖1是本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統的一種具體實施例的結構示意圖；

圖2是圖1中所示的利用余熱的尿素催化水解制氨系統中熱一次風噴射管道的局部結構示意圖；

圖3是圖2中所示的熱一次風噴射管道的剖視圖；

圖4是圖2中所示的熱一次風噴射管道的出風口的局部放大示意圖。

附圖標號說明：

1-鍋爐；11-脫硝入口煙道；2-脫硝裝置；21-脫硝出口煙道；3-空氣預熱器；31-熱一次風管；4-尿素溶液箱；41-尿素溶液給料泵；42-尿素溶液給料管；43-尿素預熱器；44-預熱后尿素溶液管道；5-尿素催化水解裝置；51-熱一次風噴射管道；511-出風口；52液位擋板；53-氨氣混合氣體出口管道；54-貧尿素溶液出料管；6-催化劑溶液箱；61-催化劑溶液給料泵；62-催化劑預熱器；63-催化劑溶液管道。

具體實施方式

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

實施例一

如圖1所示，實施例一公開了一種利用余熱的尿素催化水解制氨系統，通過脫硝入口煙道11與鍋爐1連接。利用余熱的尿素催化水解制氨系統包括脫硝裝置2、空氣預熱器3、尿素溶液箱4、尿素催化水解裝置5和催化劑溶液箱6。脫硝裝置2具體為SCR脫硝裝置。尿素催化水解裝置5通過氨氣混合氣體出口管道53與脫硝裝置2連通，向脫硝裝置中輸送NH₃。尿素溶液箱4通過尿素溶液管道與尿素催化水解裝置5連通，向尿素催化水解裝置5輸送尿素溶液。

在本實施例中，尿素溶液管道包括尿素溶液給料管42和預熱后尿素溶液管道44，尿素溶液給料管道42上設有尿素溶液給料泵41。尿素預熱器43的進口通過尿素溶液給料管道42與尿素溶液箱4連通，其出口通過預熱后尿素溶液管道44與尿素催化水解裝置5連通，且尿素預熱器43位于脫硝裝置2的出口煙道21中。尿素預熱器43通過脫硝裝置2的出口煙氣對尿素溶液進行預熱。

催化劑溶液箱6通過催化劑溶液管道63與尿素催化水解裝置5連通，催化劑溶液管道63上設有一催化劑溶液給料泵61。催化劑預熱器62設置在催化劑溶液管道63中，且與貧尿素溶液出料管54連通，通過尿素催化水解裝置5排出的熱的貧尿素溶液對催化劑溶液進行預熱。

空氣預熱器3設置在脫硝裝置2的出口煙道21中，空氣預熱器3通過熱一次風管31與熱一次風噴射管道51的進風口連通。熱一次風噴射管道51平均鋪設在尿素催化水解裝置5的底部，且熱一次風噴射管道51上設有多個出風口511。尿素催化水解裝置5中的尿素溶液在熱一次風的加熱作用下進行水解反應。

具體的，在本實施例中，尿素催化水解裝置中設有一液位擋板52，所述液位擋板將尿素催化水解裝置分為水解區域(即尿素催化水解裝置的右部區域)和溢流區域(即尿素催化水解裝置的左部區域)，液位擋板52可以使尿素催化水解裝置中的液位保持一定高度，從而使尿素催化水解裝置中的尿素溶液保持一定的濃度。液位擋板與尿素催化水解裝置的頂部之間具有間距，二者之間的間距及液位擋板的高度根據實際需要進行設定。部分進行完水解反應后的貧尿素溶液經過液位擋板從水解區域溢流至溢流區域。

貧尿素溶液出料管54與尿素催化水解裝置5中的溢流區域連通，溢流區域的貧尿素溶液經過貧尿素溶液出料管54進入至催化劑預熱器62中，催化劑預熱器62通過貧尿素溶液的熱量對催化劑進行預熱，充分利用已經進行過水解反應的貧尿素溶液的熱量。

熱一次風噴射管道51上的出風口設有兩排，兩排所述出風口位于熱一次風噴射管道的進風方向的兩側，交錯排布，且兩排所述出風口位于同一高度，熱一次風噴射管道的進風方向為熱一次風噴射管道51的進風端(如圖1中所示的熱一次風噴射管道51的左端)指向另一端(如圖1中所示的熱一次風噴射管道51的右端)的方向，也就是圖1中所示的從左至右的方向，每排出風口均沿著熱一次風噴射管道的進風方向均勻布置。

結合圖3和4所示，兩排出風口511相對于進風方向的傾斜角度均為45°，熱一次風噴射管道51的出風口為錐形出風口，錐形出風口的開孔由里向外逐步擴張，傾斜角度為45°。

本實施例中的尿素催化水解制氨系統通過空氣預熱器3向尿素催化水解裝置5中輸入熱一次風，熱一次風可以與尿素溶液直接進行熱交換，尿素溶液受熱均勻，加熱效率高，熱一次風對尿素溶液進行加熱的同時還可以對尿素催化劑混合溶液起到擾動、攪拌的作用，加速尿素水解反應的進行，有效加快了水解速度，并且，熱一次風的余熱還可以對混合后的NH₃混合氣體進行保溫，防止回凝。

另外，本實施例中的尿素催化水解制氨系統還可以通過空氣預熱器3向尿素催化水解裝置5中輸入短路一次風(即未經過加熱的空氣)，熱一次風和短路一次風均可以對NH₃混合氣體進行稀釋，使尿素催化水解裝置5輸入到脫硝裝置2中的NH₃混合氣體中的含NH₃濃度控制在5％左右，從而使NH₃濃度遠離爆炸極限，消除安全隱患。相比于傳統的尿素催化水解制氨系統，本實施例中的系統不需要另外設置風機引入稀釋風，降低設備投資及運行成本。

本實施例中的尿素催化水解制氨系統可以充分利用各種余熱，不需要額外提供熱源，循環經濟，傳熱效率高，運行成本低，尿素在催化劑的催化作用下快速水解，能夠及時響應下游脫硝系統需氨量的變化，負荷跟蹤能力強。

在本實施例中，尿素催化水解裝置5與脫硝裝置2之間的連通管道(即圖1中所示的氨氣混合氣體出口管道53)上設有電伴熱系統，尿素溶液給料管上也設有電伴熱系統，通過設置電伴熱系統可以有效防止氨氣混合氣和尿素溶液結晶和凝結。

當然，在尿素催化水解制氨系統的其他實施例中，液位擋板和電伴熱系統均可以根據實際需要進行選擇性設置；熱一次風噴射管道還可以僅設置一個；熱一次風噴射管道上的出風口還可以為圓柱形或者長方形開孔；多個出風口的排布方式還可以根據實際需要進行調整。

實施例二

實施例二公開了本實用新型的利用余熱的尿素催化水解制氨系統的另一種具體實施例，其結構與實施例一基本相同，不同之處在于，在本實施例中的尿素催化水解制氨系統還包括濃度監測器和濃度調節器。濃度監測器設置在尿素催化水解裝置中，用于監測尿素溶液的濃度。濃度調節器與濃度監測器通訊連接，且與催化劑溶液箱連接，濃度調節器根據濃度監測器的濃度監測值調節催化劑溶液的濃度。

具體的，濃度調節器包括一判斷模塊和調節模塊。判斷模塊與濃度監測器通訊連接，用于判斷濃度監測器監測到的尿素溶液的濃度是否大于預設值，若判斷結果為是，則通過調節模塊得到調節催化劑溶液濃度的調節指令，根據此調節指令調節催化劑溶液的濃度，若判斷結果為否，則不調節催化劑溶液的濃度。

通過調節催化劑溶液的濃度可實現對尿素催化水解裝置的補水，防止在尿素水解過程中，由于水分的消耗和蒸發導致尿素溶液濃度變大，析出尿素晶體。

實施例三

本實施例公開了一種利用余熱的尿素催化水解制氨方法，包括步驟：

S10：通過脫硝后的煙氣對尿素溶液進行預熱；

S20：將預熱后的尿素溶液通入到尿素催化水解裝置中；

S30：通過尿素催化水解裝置排出的熱的貧尿素溶液對催化劑進行預熱；

S40：將預熱后的催化劑通入到所述尿素催化水解裝置中；

S50：向所述尿素催化水解裝置通入熱一次風，通過熱一次風對尿素溶液加熱進行水解反應；

S60：將所述尿素催化水解裝置中的產生的NH₃通入到脫硝裝置中，進行煙氣脫硝。

具體的，在步驟S50中，熱一次風從尿素催化水解裝置的底部向上噴射。

實施例四

本實施例公開了尿素催化水解制氨方法的另一種具體實施例，其步驟與實施例三基本相同，不同之處在于，在本實施例中，尿素催化水解制氨方法還包括步驟S70：向尿素催化水解裝置通入短路一次風，通過短路一次風降低混合氣體中的NH₃濃度。

具體的，經過步驟S70的調節后，在步驟S60中，從尿素催化水解裝置通入到脫硝裝置中的NH₃的濃度為4％～6％。

實施例五

本實施例公開了尿素催化水解制氨方法的另一種具體實施例，其步驟與實施例三基本相同，不同之處在于，在本實施例中，尿素催化水解制氨方法還包括步驟：

S80：監測所述尿素催化水解裝置中尿素溶液的濃度；

S90：根據所述尿素催化水解裝置中的尿素溶液的濃度調節輸入到所述尿素催化水解裝置中催化劑溶液的濃度。

步驟S90包括步驟：

S91：判斷尿素溶液的濃度是否大于預設濃度值；

S92：若尿素溶液的濃度大于預設濃度值，則根據尿素溶液的濃度得到催化劑溶液的濃度調節指令；

S93：若尿素溶液的濃度不大于預設濃度值，則不調節催化劑溶液的濃度。

實施例六

本實施例公開了尿素催化水解制氨方法的另一種具體實施例，其步驟與實施例三基本相同，不同之處在于，在本實施例中，尿素催化水解制氨方法通過液位擋板將尿素催化水解裝置分為水解區域和溢流區域，并控制尿素催化水解裝置中尿素溶液的液位高度，水解區域中充分反應后的尿素溶液經過液位擋板從水解區域溢流至溢流區域。

在步驟S30中，具體通過尿素催化水解裝置的溢流區域中的貧尿素溶液對催化劑進行預熱。

當然了，還可以將實施例三至六進行任意組合得到尿素催化水解制氨方法的其他具體實施例，此處不再贅述。

以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。