使用次烟道气将水性尿素气化成氨蒸气的系统和方法技术方案

本发明专利技术是采用尿素至氨蒸气的反应系统的燃烧系统。尿素至氨的反应器壳体被封闭在旁通流管中，其在分流点处从包含源自于锅炉的氮氧化物（NOx）的主烟道气流接收次烟道气流。旁通流管允许次烟道气流流过被封闭的反应器壳体，其中，雾状或非雾状形式的注入水性尿素被气化成氨蒸气。在通过选择性催化还原（SCR）反应器设备来处理主烟道气之前，所得到的氨、其副产物和次烟道气流的气态混合物随后重新加入主流。可以通过再循环回路增加次流在旁通流管内的停留时间，使得能够在SCR设备中使用尿素至氨的有效转换。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及NOx排放控制领域，并且更具体地涉及将水性尿素气化以形成氨蒸气的方法和系统，氨蒸气被用来激活SCR催化剂以便高效地处理包括NOx及其它污染物的烟道气。
技术介绍
诸如发电厂、工业生产等气体涡轮机、熔炉、内燃机和锅炉中的化石燃料(例如燃 料油)的使用导致包括不期望氮氧化物(NOx)的烟道气的产生，通常是以氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的组合的形式。在某些操作条件下，可以通过使NOx与氨气反应以产生无害水和氮气作为产物来降低烟道气流中的NOx水平。在称为选择性催化还原(SCR)的过程中，此反应可以在存在某些催化剂的情况下发生。通常通过将水性尿素充分地加热以形成气态氨来供应用于SCR的氨。使用烟道气的足够热的旁通流的焓来将所供给的尿素转换成氨气在本领域中也是已知的。例如 授予 Hofmann 等人的名称为 “Combined catalytic/non-catalytic process fornitrogen oxides reduction”的美国专利号4，978, 514公开了一种“用于将燃烧流出物中的氮氧化物还原的过程”，其“涉及在有效条件下将氮处理剂引入到流出物中以产生具有降低的氨氧化物浓度的已处理流出物，使得在已处理流出物中存在氨；并且然后在有效条件下接触已处理流出物以用氮氧化物还原催化剂来减少流出物中的氮氧化物”。授予Luftglass等人的名称为“Catalytic/non-catalyticcombination processfor nitrogen oxides reduction”的美国专利号5，139，754公开了一种“用于将燃烧流出物中的氮氧化物还原的过程”，其“涉及在有效条件下将氮处理剂引入到流出物中以产生具有降低的氨氧化物浓度的已处理流出物，使得在已处理流出物中存在氨；并且然后在有效条件下接触已处理流出物以用氮氧化物还原催化剂来减少流出物中的氮氧化物”。授予Sun 等人的名称为 “Selective catalytic reduction of NOx enabled byside stream urea decomposition”的美国专利号7，090，810公开了一种“优选过程装置”，其“利用在必要时能够被补充的烟道气的焓来将尿素(30)转换成用于SCR的氨。在140°C以上的温度下被分解的尿素(30)被注射(32)到在换热器(22)之后被分离出来(28)的烟道气流中，所述换热器(22)诸如为主过热器或节约器。理想地，侧流将在不需要进一步加热的情况下使尿素气化；但是，当要求热量时，其远比将整个流出物(23)或尿素(23)加热将需要的少。通常小于烟道气的3%的此侧流提供用于尿素(30)的完全分解的要求温度和停留时间。可以使用气旋分离器来去除颗粒并将试剂与烟道气完全混合。然后可以使用吹风机(36)将此流引导至在SCR前面的注射栅(37)。由于与穿过氨-SCR过程中的通过AIG注射的相比高了一个数量级的侧流质量，促进了与烟道气的混合”。授予Sun 等人的名称为 “Highly efficient hybrid process for nitrogenoxides reduction”的美国专利号5，286，467描述了 “一种用于减少燃烧流出物中的氮氧化物的过程”，其“涉及向流出物中引入除氨之外的氮处理剂以产生具有降低的氮氧化物浓度的已处理流出物；将氨气源引入流出物中；以及使已处理流出物与氮氧化物还原催化剂接触”。
技术实现思路
然而，需要的是用于提供足够的停留时间以有效地允许尿素转换到氨气的系统和方法。因此，本专利技术是用于使得能够通过允许足够热的烟道气的次流有必需停留时间以将反应组件中的水性尿素气化成氨蒸气来实现NOx的高效选择性催化还原的新型系统和方法。然后将氨和次烟道气的混合物反馈到在SCR反应器系统上游的主烟道气流中。本专利技术的目的是使得能够实现存在于通过燃烧锅炉、气体涡轮机、内燃机、熔炉等 中的化石燃料(共同地称为燃烧系统)所产生的燃烧产物中的NOx的高效选择性催化还原(SCR)。并且，本专利技术的目的不限于其在从燃烧得到的热排出气体中的适用性，而是可适用于其中将SCR过程用于NOx的还原的任何地方。本专利技术的另一目的是允许足够热的燃烧气体的次流有必需的停留时间以将包含诸如水性尿素、水性氨和醇基的大量液体的流体高效地气化。在一个实施例中，本专利技术的系统和方法允许源自于锅炉的足够热的烟道气的次流有必需的停留时间以将反应组件中的水性尿素气化成氨蒸气。然后将氨和次烟道气的混合物反馈至在SCR反应器系统上游的主烟道气流以使得能够实现存在于主烟道气流中的NOx的还原。因此，依照本专利技术的一个实施例的尿素至氨蒸气反应器系统包括被封闭在旁通流管道中的尿素反应器壳体，其接收在分流点处被从主烟道气流分离出的次烟道气流。主烟道气流源自于燃烧燃料、导致包括氮氧化物(NOx)的燃烧烟道气的产生的锅炉。水性尿素以雾状或非雾状形式且可选地在诸如压缩空气的载流流体的帮助下被注射到被封闭在旁通流管道中的反应器壳体中。旁通流管道允许次烟道气流流过封闭的反应器壳体，其中，在主烟道气在已被通过选择性催化还原(SCR)反应器设备处理之后被排出到大气之前，注射的水性尿素被气化成氨蒸气，并且随后使得所得到的氨、其副产物和次烟道气流的气体混合物能够重新加入主流。在另一实施例中，将本专利技术的多个尿素至氨蒸气反应器系统串联地连接以形成级联布置，使得从第一级得到的氨蒸气和次烟道气的混合物形成到第二级的输入，以此类推。在又一实施例中，将本专利技术的多个尿素至氨蒸气反应器系统以一定的构造连接，使得每个系统从各分流点接收独立体积的次烟道气流，同时将源自于所述多个系统中的每一个的所得到的气态氨和烟道气混合物独立地反馈到主烟道气流中。通过使用吹风机、压缩机、孔口、喷嘴、阀、管径变化、管道弯曲和/或其组合产生并保持通过本专利技术的系统的所述多个级的气体的期望流速。例如，对于锅炉应用而言，(一个或多个)分流点可以取决于所使用的锅炉的类型和不同点处的烟道气的温度。在一个实施例中，(一个或多个)分流点可以位于锅炉的对流烟道内并优选地在节约器的上游，如果使用了的话。在一个实施例中，本专利技术是用于将水性尿素转换成蒸气氨的反应器，包括Ca)外壳，具有用于接收第一气流的气流进口、用于输出第三气流的气流出口以及一个或多个外壳壁，所述一个或多个外壳壁限定设置在所述气流进口和所述气流出口之间的第一内部空间；(b)设置在所述外壳内的反应器，其中，所述反应器包括(i )壳体，其具有限定第二内部空间并进一步限定被暴露于所述第一内部空间的第一外表面的一个或多个反应器壁，其中，所述第一外表面具有在所述第二内部空间和所述第一内部空间之间产生压力差区域的形状；所述壳体中的第一开口，其中，所述第一开口(在本文中也称为“窗口”)在所述第一外表面中，具有小于所述第一外表面的约35%的截面积，并被设置为接近于所述压力差区域；以及(ii)与所述第二内部空间流体连通的水性尿素进口。可选地，从所述第一气流的所述第一部分中的至少一些和所述第一气流的所述第二部分中的至少一些产生第二气流。氨蒸气通过第二窗口离开所述反应器壳体并与所述第二气流混合而产生所述第三气流。氨蒸气通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y关，
申请(专利权)人：约翰逊马西公司，
类型：发明
国别省市：