用于有效运行热反应器的设备制造技术

一种用于有效运行热反应器的设备，该热反应器将尿素气化以便为了例如NOx的选择性催化还原而向SCR单元或其它单元供料，该设备通过使热反应器能在需要气化尿素时快速起动来有效运行该热反应器。它包括：使含水尿素受热一定时间以实现含水尿素的气化并形成含NH3和HNCO的热气化产物流的气化反应器；将热气体引入气化反应器中的导管装置；至少一个双流体注射器和将含水尿素和雾化空气供入注射器中的装置；再循环回路，它包括导管、风扇、加热器和关闭或打开再循环回路与反应器的连通的阀；由阀组成的隔离装置，用于关闭或打开由用于将尿素气化的输入热气体对气化反应器的供应；操作再循环回路和隔离装置以使反应器能按需提供气化尿素并在不需要气化尿素时保持反应器的热量的装置；和将由尿素溶液与热气体在气化反应器中接触而产生的产物气体输送至使用它的单元例如SCR中的导管装置。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术总体上涉及一种通过使之能快速起动以便支持按需单元例如涡轮机来有效运行热反应器的设备，该热反应器用于使尿素气化以便为了例如NOx的选择性催化还原(SCR)而向SCR单元或其它单元供料。 
技术介绍
存在大量其中氨用在热气流中的工业应用。在空气污染控制的情况下，实例为其中注入少量氨的烟道气调节以及依赖于相对大量氨的SCR系统。只要气流中需要氨，就希望避免处理氨本身的危险性和昂贵性，但按需氨制备可能是不切实际的，因为当电力需要使得它是必须的时，需要快速打开该系统。 对于需要快速起动能力的应用例如燃气轮机、组合循环设施和任何燃烧单元而言，目前不存在提供尿素气化并且还不需要长预热时间或用于储存气化尿素的罐的实际方法。然而，经常需要能快速起动，有时在少至10分钟的响应时间内起动。保持系统就绪操作条件的成本可能过高，同时从冷停机完全加热是不切实际的。在常规尿素气化系统中，使所有组件达到合适温度的加热时间根据设备的尺寸、加热系统的能力和所用设备的类型可能要数小时。 在能将尿素转化成氨的技术中，已知高温设备和系统，例如授予Sun等人的美国专利No.7,090,810，其描述了可产生复杂产物气流的热设备。需要高温以将尿素气化并保持为气体而不会冷凝或产生副产物。 需要能够快速起动以支持按需单元如涡轮机的设备。 
技术实现思路
本技术提供了一种有效操作用于将尿素气化的热反应器的方法和设备，它可以快速起动以支持按需单元例如涡轮机。 一方面，本技术提供了一种通过使之能快速起动以实现按需气化尿素来有效运行用于将尿素气化以便为了例如NOx的选择性催化还原而向SCR单元或其它单元供料的热反应器的设备，包括：气化反应器，其用于使含水尿素（尿素水溶液）受热一定时间以实现含水尿素的气化并形成含有NH3和HNCO的热气化产物流；用于将热气体引入气化反应器中的导管装置；至少一个双流体注射器，和用于将含水尿素和雾化空气供入所述注射器中的装置；再循环回路，该再循环回路包括导管、风扇、加热器和阀，所述阀用于关闭或打开该再循环回路与所述气化反应器的连通；由阀组成的隔离装置，它用于关闭或打开对所述气化反应器的、用于将尿素气化的输入热气体的供应；用于操作所述再循环回路和所述隔离装置以使反应器能被按需供应气化尿素并在不需要气化尿素时保持反应器的热量的装置；和用于将由尿素溶液与热气体在气化反应器中接触而产生的产物气体输送至使用它的设备如SCR中的导管装置。 下文描述本技术的其它和优选方面。 附图说明结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图阐述了本技术的特定实施方案，所述附图与上文给出的一般描述和下文给出的具体实施方案的详细说明一起用于解释本技术的原理。图中类似的附图标记表示类似或相应的部件。 图1为使用本技术的产氨设备的动力设施的示意图。 图2为更详细地示出本技术的产氨设备的示意图。 具体实施方式对本技术的描述参考附图进行，其中图1示意性示出简化的优选 实施方案。下文描述附图和它们代表的设备，而适当地引用授予Sun等人的美国专利No.7,090,810中描述的各种组件，该专利通过引用将其全部内容并入本文中。 术语“尿素”旨在包括其所有商购形式的尿素，它典型地主要包括尿素，尿素的含量为95重量%或更多。较纯形式的尿素是优选的并且在本技术方法中具有数个优点。该方法有效地使用尿素，但也可使用在加热时能够产生含氨反应物的其它NOx还原试剂。供应给该方法的尿素优选是浓度为约30%至约70%的水溶液，其中最优选约45%至约60%。 当尿素通过热处理气化时，反应物气体会不仅含有氨（NH3）和异氰酸（HNCO），它可能含有取决于热分解产物的温度历程的、来自副反应的副产物。通过术语“气化”，我们意指基本上所有的尿素转化成气体，不留下显著的溶解或自由的固体或液体接触并污染SCR催化剂。 本技术使尿素气化系统能快速响应于使用SCR技术的燃烧单元的氨需求率的变化以控制NOx排放。本技术有利于在数分钟内从待机模式快速起动至完全运行。在标准尿素气化系统、例如Sun等人的专利所述那些系统的任意一个中，存在用以使所有组分达到合适温度的热身（升温，加热）时间，视设备的尺寸、加热系统的能力和所用设备的类型而定，该热身时间可从约20分钟至2小时。 如上所述，当尿素通过热处理气化时，反应物气体不仅含有氨和异氰酸，还可能含有取决于热分解产物的温度历程的、来自副反应的副产物。 图1为利用本技术的燃烧设备的示意图，用以通过使含水尿素热气化来提供不含任何固体或液体的气化尿素流。该燃烧设备包含燃烧室10，该燃烧室具有燃烧器，所述燃烧器通过燃烧来自未示出的源的燃料与由管道14提供的空气而在燃烧区12中提供热量。热的燃烧气体将沿块箭头所示的方向通过炉子10并且源自燃烧的热量传递至换热器16和18中，然后进入选择性催化还原反应器20，在该反应器中可将燃烧期间产生的NOx用氨或气化的尿素（包括氨和HNCO）处理以将NOx转化成氮气和水。或者，作为反应器20的附加或者不需要该反应器20，许多设备可获 益于在较高温度下单独使用尿素的选择性非催化还原（SNCR），例如由Epperly等的US专利No.5,057,293所教导的。如果需要的话，可在合适的位置提供催化剂以将HNCO转化成氨，如例如美国专利No.8,470,277中所述，该专利通过引用全部结合进本文中。 在SCR反应器20之后，燃烧气体流过空气-空气换热器22，所述换热器用于预热由管道24提供的外部空气，以用于经由管线14输送至燃烧区12中。离开换热器22的燃烧气体在通过管道26进入静电除尘器（ESP）28（或其它颗粒物控制设备如袋滤室）中时被显著冷却，其中颗粒被收集然后经过气体上升烟道（stack）30中。这是实际工业或实用燃烧器和流出物处理设备的非常简化的形式，但示出了主要组件和它们的相互关系。 尿素气化系统40整体地示于图1中，它包括工艺气体供应32和至少一个注射器41，此处为了便于阐述显示一个。图2更详细地示出注射器42。经由管线43的雾化空气供应与经由导管44的含水尿素供应同心并在其外部，所述含水尿素供应将尿素溶液供入反应室46内的喷嘴装置45中。室46内的气体分布和从注射器41流动的液滴的喷射可通过合适的建模确定以避免液体接触室壁。喷嘴45可产生含水尿素的液滴（500微米以下），并在以在低至约0.1-10秒的时间内将所述含水尿素有效气化的条件下将其引入热气体中，不留下显著溶解的或自由的固体或液体与反应器20内的SCR催化剂接触并且从而污染所述SCR催化剂。 分解室46通过从管线32到达的气体保持在正压力下。热气化反应器46使含水尿素能持续一定时间地经受气化温度，该时间有效地确保含水尿素的气化和形成热气化产物流，所述产物流经由导管60取出并且含有NH3和HNCO，然后经由注氨格栅64进入SCR反应器20中。 经由导管装置32进入尿素气化系统40中的热气体会使尿素主要气化成氨和异氰酸，基本不留下液体或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于有效运行热反应器的设备，该热反应器用于将尿素气化以便向SCR单元或其它单元供料，该设备通过使热反应器能快速起动以实现按需气化尿素来运行该热反应器，其特征在于，该设备包括： a.气化反应器(46)，用于使含水尿素受热一定时间以实现含水尿素的气化并形成气化尿素流； b.向该气化反应器中引入热气体的第一导管装置(32)； c.至少一个双流体注射器(41)，该双流体注射器分别经由管线(43)和导管(44)接收含水尿素和雾化空气的供应并且将尿素溶液供入气化反应器(46)内的喷嘴装置(45)中； d.与该气化反应器(46)关联的再循环回路(50)，它包括连通该气化反应器的导管(57)以及设置在该导管上的风扇(55)、加热器(56)和用于关闭或打开该再循环回路与所述气化反应器的连通的阀(51，52)； e.隔离装置，它包括用于关闭或打开由用于将尿素气化的输入热气体对所述气化反应器的供应的阀(54)； f.用于操作所述再循环回路和所述隔离装置以使该气化反应器能按需提供气化尿素并在不需要气化尿素时保持该气化反应器的热量的控制装置(70)；和 g.用于将由尿素溶液与热气体在气化反应器中接触而产生的产物气体输送至所述SCR单元或其它单元中的第二导管装置(60)。...

【技术特征摘要】
2013.07.08 US 61/843,5821.一种用于有效运行热反应器的设备，该热反应器用于将尿素气化以便向SCR单元或其它单元供料，该设备通过使热反应器能快速起动以实现按需气化尿素来运行该热反应器，其特征在于，该设备包括： 
a.气化反应器(46)，用于使含水尿素受热一定时间以实现含水尿素的气化并形成气化尿素流； 
b.向该气化反应器中引入热气体的第一导管装置(32)； 
c.至少一个双流体注射器(41)，该双流体注射器分别经由管线(43)和导管(44)接收含水尿素和雾化空气的供应并且将尿素溶液供入气化反应器(46)内的喷嘴装置(45)中； 
d.与该气化反应器(46)关联的再循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·G·卡尔米纳尼，J·M·鲍伊尔，
申请(专利权)人：燃料技术公司，
类型：新型
国别省市：美国;US