一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置的制作方法

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1.本实用新型涉及一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置，尤其涉及一种由尿素溶液储存罐、液态胺类催化剂储存罐、尿素溶液喷射设备、尿素溶液催化水解设备、氨空气混合器、水解催化剂储存罐、尿素溶液喷射控制模块、尿素溶液水解控制模块组成的利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的方法。

背景技术：

2.锅炉烟气脱硝治理一直是大气污染控制的主流技术之一。在技术发展过程中，工艺的精准性和精细化是产业技术发展的主要方向。其中《国家能源局关于印发《电力行业危险化学品安全风险集中治理实施方案》的通知》（国能发安全[2022]21 号）要求，全国公用燃煤电厂的液氨一级、二级重大危险源尿素替代改造工程要于 2022 年 12 月底前完成，液氨三级、四级重大危险源尿素替代改造工程要于 2024 年底前完成。
[0003]
选择性催化还原烟气脱硝技术是目前工业烟气脱硝的主流技术，该技术采用氨气作为还原剂，在催化剂作用下，将氮氧化物还原成氮气和水，从而达到脱硝净化的目的。目前，选择性催化还原脱硝制氨技术主要有两种，液氨法和尿素法。由于液氨作为脱硝还原剂来源存在较大的安全隐患，尿素制氨技术越来越成为主流发展技术。
[0004]
国家最新的政策要求必然推动烟气脱硝工艺的创新和升级。尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解必然越来越成为当前锅炉烟气脱硝的可行性工艺。
[0005]
尿素溶液喷射是将作为还原剂的尿素溶液直接喷入锅炉尾部高温烟道，在高温作用下，尿素液滴被加热并分解出氨气。随后，氨气经锅炉尾部中温烟道，进入装有催化剂的选择性催化还原脱硝单元，在脱硝单元催化剂作用下，氨气与烟气中的氮氧化物发生催化还原反应，生成无害的氮气和水，实现脱除氮氧化物的目的。但尿素溶液喷射工艺存在着喷射量控制精准性差、尿素用量大，高温下尿素溶液特别是中间产物对锅炉烟道及省煤器、其他换热器可能存在腐蚀和结垢等问题，不宜长时间运行和使用。
[0006]
尿素溶液催化水解是在水解催化剂作用下，尿素溶液发生水解反应，生成氨气，经氨空气混合器混合后，在选择性催化还原脱硝单元之前的中温烟道喷入，进而在脱硝单元催化剂作用下，氨气与烟气中的氮氧化物发生催化还原反应，生成无害的氮气和水，实现脱除氮氧化物的目的。虽然尿素溶液催化水解制氨工艺中，尿素利用率高，系统制氨速率大大提高，但系统制氨反应因响应速度的存在会有一定的滞后性，从而造成在一定时间内，烟道中无还原性氨气可用，氮氧化物未经脱除反应就排入大气环境，带来氮氧化物出口参数波动等问题，对烟气中的氮氧化物污染物起不到净化效果。
[0007]
本实用新型针对当前的尿素溶液喷射工艺存在的高温腐蚀结垢和不宜长期运行，以及尿素催化水解存在的制氨滞后带来的氮氧化物出口参数波动等问题，根据工艺的适应性，进行工艺技术的创新和协同提效，对利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的关键问题和设计参数进行研发，并通过产业化应用进行验证和完善，具有重要
的实际应用和产业推广价值。
[0008]
本实用新型采用创新的尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝工艺，在尿素溶液催化水解的制氨滞后期间，通过控制模块的精准控制，及时启动尿素溶液喷射工艺，通过尿素溶液喷射工艺制氨及时弥补烟道中还原性氨气的不足，有效防止氮氧化物污染物的逃逸，对氮氧化物污染物起到了适时和精准脱除的目的，大幅提高了脱硝系统的可靠性。同时，在尿素溶液喷射工艺中，创新性地使用胺类催化剂，一方面降低高温条件下腐蚀性中间产物的生成量，另一方面提升了高温条件下尿素液滴的制氨效率，使尿素溶液喷射工艺运行过程中的缺陷得以最大限度的避免，并减少了尿素溶液的用量，降低了运行成本。

技术实现要素：

[0009]
本实用新型的目的是提供一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的方法，采用在尿素溶液储存罐之后分别设置尿素溶液喷射设备以及尿素溶液催化水解设备，在尿素溶液喷射设备之前设置液态胺类催化剂储存罐和尿素溶液喷射控制模块，在尿素溶液催化水解设备之前设置水解催化剂储存罐，在尿素溶液催化水解设备之后设置氨空气混合器，在尿素溶液催化水解设备上设置尿素溶液水解控制模块的一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的方法。本发明系统可靠性强，运行成本低、氮氧化物出口参数稳定，脱除率高、系统检修和运行维护方便，适用于锅炉烟气的协同高效脱硝净化。
[0010]
为达到上述目的，本实用新型的含氮氧化物的锅炉烟气经尾部高温烟道和尾部中温烟道，进入选择性催化还原脱硝单元，净化后的烟气达标排入大气环境。
[0011]
为达到上述目的，本实用新型的尿素溶液喷射设备与尾部高温烟道相连接，并通过尿素溶液管道一与尿素溶液储存罐相连接，在尿素溶液喷射设备之前的尿素溶液管道一上设置液态胺类催化剂储存罐。本发明的尿素溶液喷射设备投运后，液态胺类催化剂储存罐向尿素溶液管道一加入液态胺类催化剂，经混合后，通过尿素溶液喷射设备喷入尾部高温烟道。喷入高温烟道的尿素溶液和胺类混合物共同反应，一方面降低了高温条件下腐蚀性中间产物的生成量，另一方面提升了高温条件下尿素液滴的制氨效率，使尿素溶液喷射工艺运行过程中的缺陷得以最大限度的避免，并减少了尿素溶液的用量，降低了运行成本。尿素制得的氨气进入选择性催化还原脱硝单元后，与烟气中的氮氧化物发生催化还原反应，从而对烟气中的氮氧化物起到脱除净化目的。
[0012]
为达到上述目的，本实用新型的尿素溶液催化水解设备通过尿素溶液管道二与尿素溶液储存罐相连接，在尿素溶液催化水解设备之前设置水解催化剂储存罐，在尿素溶液催化水解设备之后设置氨空气混合器，氨空气混合器通过混合器输送管道与尾部中温烟道相连接。本发明的尿素溶液催化水解设备投运后，水解催化剂储存罐通过水解催化剂输送管道向尿素溶液催化水解设备加入水解催化剂，在水解催化剂的作用下，尿素溶液的水解制氨速度得以提高，产生的氨气进入氨空气混合器，混合气体经混合气输送管道加入尾部中温烟道后，进入选择性催化还原脱硝单元，与烟气中的氮氧化物发生催化还原反应，从而对烟气中的氮氧化物起到脱除净化目的。
[0013]
为达到上述目的，本实用新型在尿素溶液管道一上设置尿素溶液喷射控制模块，
在尿素溶液催化水解设备上设置尿素溶液水解控制模块。由于尿素溶液催化水解反应的响应速度具有滞后性，即初始氨气的产生时间一般会延迟五分钟以上，因此当锅炉启动运行后，至本发明的尿素溶液催化水解设备投入运行五分钟之内，尿素溶液喷射控制模块会通过尿素溶液水解控制模块的连锁反馈获得控制信号，从尿素溶液催化水解设备开始运行起，至投入运行五分钟的时间区间内，及时启动连接在尿素溶液管道一上的尿素溶液喷射设备和液态胺类催化剂储存罐投入运行，通过尿素溶液喷射设备向尾部高温烟道喷入尿素溶液和胺类混合物，制取氨气供选择性催化还原脱硝单元进行氮氧化物脱除反应，以达到氮氧化物污染物净化的目的。
[0014]
本实用新型的液态胺类催化剂采用45%浓度的三乙烯二胺的乙基己酸溶液，该催化剂对烟道材料、省煤器和换热器的腐蚀性低，对尿素溶液的高温制氨反应具有较强的催化作用，可提高20%左右的尿素制氨效率，同时会对尿素溶液在高温条件下产生腐蚀性成分起到抑制作用，不仅节约了尿素溶液的使用量，同时减缓了尿素高温制氨反应对烟道、省煤器和其他换热器的腐蚀作用，大幅降低了运行成本。
[0015]
与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：
[0016]
（1）由于采用了创新的尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝工艺，在尿素溶液催化水解的制氨滞后期间，通过控制模块的精准控制，及时启动尿素溶液喷射工艺，通过尿素溶液喷射工艺制氨及时弥补烟道中还原性氨气的不足，有效防止氮氧化物污染物的逃逸，对氮氧化物污染物起到了适时和精准脱除的目的，大幅提高了脱硝系统的可靠性。
[0017]
（2）在尿素溶液喷射工艺中，创新性地使用胺类催化剂，一方面降低高温条件下腐蚀性中间产物的生成量，另一方面提升了高温条件下尿素液滴的制氨效率，使尿素溶液喷射工艺运行过程中的缺陷得以最大限度的避免，并减少了尿素溶液的用量，大幅降低了运行成本。
[0018]
（3）本实用新型具有检修和运行维护方便等特点。
附图说明
[0019]
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
[0020]
图1是本实用新型专利的工艺流程示意图。
[0021]
图中：1. 锅炉、2. 尾部高温烟道、3. 尾部中温烟道、4. 尿素溶液储存罐、5. 液态胺类催化剂储存罐、6. 尿素溶液喷射设备、7. 尿素溶液管道一、8. 尿素溶液催化水解设备、9.氨空气混合器、10. 水解催化剂储存罐、11. 尿素溶液管道二、12. 水解催化剂输送管道、13. 混合气输送管道、14. 选择性催化还原脱硝单元、15. 尿素溶液喷射控制模块、16. 尿素溶液水解控制模块。
具体实施方式
[0022]
一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置，在尿素溶液储存罐之后分别设置尿素溶液喷射设备以及尿素溶液催化水解设备，在尿素溶液喷射设备之前设置液态胺类催化剂储存罐和尿素溶液喷射控制模块，在尿素溶液催化水解设备之前设置水解催化剂储存罐，在尿素溶液催化水解设备之后设置氨空气混合器，在尿素溶液
催化水解设备上设置尿素溶液水解控制模块。
[0023]
当本实用新型的一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置处在工作状态时，当锅炉启动运行后，至本发明的尿素溶液催化水解设备投入运行五分钟之内，尿素溶液喷射控制模块会通过尿素溶液水解控制模块的连锁反馈获得控制信号，从尿素溶液催化水解设备开始运行起，至投入运行五分钟的时间区间内，及时启动连接在尿素溶液管道一上的尿素溶液喷射设备和液态胺类催化剂储存罐投入运行，通过尿素溶液喷射设备向尾部高温烟道喷入尿素溶液和胺类混合物，制取氨气供选择性催化还原脱硝单元进行氮氧化物脱除反应，以达到氮氧化物污染物净化的目的。
[0024]
当本实用新型的一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置处在工作状态时，喷入高温烟道的尿素溶液和胺类混合物共同反应，一方面降低了高温条件下腐蚀性中间产物的生成量，另一方面提升了高温条件下尿素液滴的制氨效率，使尿素溶液喷射工艺运行过程中的缺陷得以最大限度的避免，并减少了尿素溶液的用量，降低了运行成本。尿素制得的氨气进入选择性催化还原脱硝单元后，与烟气中的氮氧化物发生催化还原反应，从而对烟气中的氮氧化物起到脱除净化目的。
[0025]
当本实用新型的一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置处在工作状态时，在尿素溶液催化水解设备投运后，水解催化剂储存罐通过水解催化剂输送管道向尿素溶液催化水解设备加入水解催化剂，在水解催化剂的作用下，尿素溶液的水解制氨速度得以提高，产生的氨气进入氨空气混合器，混合气体经混合气输送管道加入尾部中温烟道后，进入选择性催化还原脱硝单元，与烟气中的氮氧化物发生催化还原反应，从而对烟气中的氮氧化物起到脱除净化目的。
[0026]
本实用新型的含氮氧化物的锅炉烟气经尾部高温烟道和尾部中温烟道，进入选择性催化还原脱硝单元，净化后的烟气达标排入大气环境。
[0027]
本实用新型的液态胺类催化剂采用45%浓度的三乙烯二胺的乙基己酸溶液，该催化剂对烟道材料、省煤器和换热器的腐蚀性低，对尿素溶液的高温制氨反应具有较强的催化作用，可提高20%左右的尿素制氨效率，同时会对尿素溶液在高温条件下产生腐蚀性成分起到抑制作用，不仅节约了尿素溶液的使用量，同时减缓了尿素高温制氨反应对烟道、省煤器和其他换热器的腐蚀作用，大幅降低了运行成本。
[0028]
上述仅为本实用新型的具体实施方式，本实用新型的技术特征并非局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内所作的变化或修饰均应纳入本实用新型的专利范围之中。

技术特征：

1.一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置，主要由尿素溶液储存罐、液态胺类催化剂储存罐、尿素溶液喷射设备、尿素溶液催化水解设备、氨空气混合器、水解催化剂储存罐、尿素溶液喷射控制模块、尿素溶液水解控制模块组成，其特征在于：尿素溶液喷射设备和液态胺类催化剂储存罐分别与尿素溶液储存罐相连接，尿素溶液喷射控制模块分别与尿素溶液储存罐、液态胺类催化剂储存罐及尿素溶液喷射设备相连接。2.根据权利要求1所述的一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置，其特征在于：沿尿素溶液流动方向，在尿素溶液喷射设备之前，设置液态胺类催化剂储存罐。3.根据权利要求1所述的一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置，其特征在于：尿素溶液喷射控制模块与尿素溶液水解控制模块相连接。4.根据权利要求1所述的一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置，其特征在于：液态胺类催化剂采用45%浓度的三乙烯二胺的乙基己酸溶液。

技术总结

本实用新型涉及一种利用尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝的装置。本实用新型在尿素溶液储存罐之后分别设置尿素溶液喷射设备以及尿素溶液催化水解设备，在尿素溶液喷射设备之前设置液态胺类催化剂储存罐和尿素溶液喷射控制模块，在尿素溶液催化水解设备之前设置水解催化剂储存罐，在尿素溶液催化水解设备之后设置氨空气混合器，在尿素溶液催化水解设备上设置尿素溶液水解控制模块。本实用新型采用了创新的尿素溶液喷射和尿素溶液催化水解进行烟气协同脱硝工艺，在尿素溶液催化水解的制氨滞后期间，通过控制模块的精准控制，及时启动尿素溶液喷射工艺，通过尿素溶液喷射工艺制氨及时弥补烟道中还原性氨气的不足，有效防止氮氧化物污染物的逃逸，对氮氧化物污染物起到了适时和精准脱除的目的，大幅提高了脱硝系统的可靠性。本发明系统可靠性强，运行成本低、氮氧化物出口参数稳定，脱除率高、系统检修和运行维护方便，适用于锅炉烟气的协同高效脱硝净化。的协同高效脱硝净化。的协同高效脱硝净化。