一种分区控温尿素水解反应器及其控制方法与流程

本发明涉及尿素溶液水解制氨，更具体地说，尤其涉及一种分区控温尿素水解反应器及其控制方法。

背景技术：

1、目前，国内燃煤电厂相继实施液氨改尿素，其中大多数电厂采用尿素水解制氨；尿素水解反应器容积通常是液相反应体积的2倍，液相反应体积是根据电厂100%bmcr工况下脱硝需氨量进行设计，但是在燃煤电厂深度调峰期间，火电机组通常达不到工况峰值，其负荷最低能降到20%以下，此时尿素水解器出力也需要降低；但尿素水解器通常保持稳定的运行液位，因此主要通过降低反应温度以降低出力水平；正常运行下尿素水解器内运行温度在150-160 ℃、压力为0.6mpa，负荷降低后反应温度降至130℃或者更低，但压力仍要维持压力在0.6mpa左右，此时产品气的温度低于对应压力下饱和温度，会造成产品气中的水蒸气冷凝，进而氨气、二氧化碳溶于水并生成氨基甲酸铵，或造成设备、管道及阀门等出现氨基甲酸铵结晶、腐蚀等，不利于尿素水解制氨系统的可靠运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有尿素水解制氨过程中，尿素水解反应器内易出现结晶、腐蚀，影响制氨系统可靠性的技术问题，而提出的一种分区控温尿素水解反应器及其控制方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种分区控温尿素水解反应器，包括：水解器罐体以及设置于所述水解器罐体内的换热器，所述水解器罐体包括：

4、隔板，若干所述隔板沿所述换热器长度方向均匀设置于所述水解器罐体内，使所述水解器罐体内部形成若干分区，并且所述换热器贯穿所述隔板，分布于各所述分区内；

5、溶液入口，所述溶液入口设置于所述水解器罐体上；

6、溶液管道，所述溶液管道的出料口与所述溶液入口相连接；

7、溶液入口阀门，所述溶液入口阀门设置于所述溶液管道上靠近所述溶液入口的一端，用于控制所述水解器罐体与所述溶液管道之间的连通状态；

8、若干排污阀，所述排污阀设置于所述水解器罐体的底部，并分别位于所述分区内；

9、产品气输出管道，所述产品气输出管道设置于所述水解器罐体的顶部，并与所述水解器罐体的内部相连通；所述产品气输出管道上设有产品气管道阀门；

10、其中，所述隔板的高度沿所述换热器的蒸汽通入方向逐个递增。

11、进一步的，所述换热器包括：端头以及与所述端头相连的换热管；其中，所述端头连接在所述水解器罐体的外部；所述换热管伸入至水解器罐体的内部，并穿过所述隔板。

12、进一步的，所述溶液入口位于靠近所述端头的分区内。

13、进一步的，所述水解器罐体内靠近所述端头的隔板高度大于所述换热管的高度，远离所述端头的隔板高度小于所述水解器罐体的中心高度。

14、进一步的，所述水解器罐体上设有若干液位计，若干所述液位计分别与分区位置相对应，用于观察所述分区内尿素溶液的液位。

15、进一步的，所述产品气输出管道上连接有气相管，所述气相管上设有气相泄压阀；所述水解器罐体上设有第一压力表以及安全阀；所述气相泄压阀、所述安全阀与所述第一压力表联锁控制，用于在所述水解器罐体超压时排出罐内气体。

16、进一步的，所述产品气输出管道上设有第二压力表，用于监测所述产品气输出管道内的压力。

17、进一步的，所述隔板采用316l不锈钢、2205不锈钢、2507不锈钢、钛合金、ptfe、peek中任一种材料制成。

18、本发明第二方面提供了一种分区控温尿素水解反应器控制方法，采用了第一方面中任一项所述的分区控温尿素水解反应器，包括以下步骤：

19、s1：打开溶液入口阀门，向水解器罐体内的各分区通入尿素溶液；

20、s2：获取分区内尿素溶液液位值；将尿素溶液液位值与设定的第一液位阈值区间相比较，判断是否所有分区内的尿素溶液相连通；若所有分区内的尿素溶液未连通，则继续通入尿素溶液；若所有分区内的尿素溶液相连通，即所有分区投入反应，则进入下一步；

21、s3：关闭溶液入口阀门，向换热器内通入蒸汽；

22、s4：获取水解器罐体压力值、尿素溶液温度值，将水解器罐体压力值与设定的第一压力值相比较，将尿素溶液温度值与设定的第一温度值区间相比较，判断分区内尿素溶液是否达到产品气输出条件；若分区内尿素溶液达到产品气输出条件，则进入下一步；

23、s5：打开产品气管道阀门，输出产品气；调节产品气管道阀门，使水解器罐体内压力维持在第一压力值；

24、s6:根据电厂锅炉连续出力工况，确定脱硝需氨量；根据脱硝需氨量，确定水解器罐体内需投入反应的分区数量以及需停止反应的分区数量n1；

25、s7：根据需停止反应的分区数量n1，从水解器罐体内远离端头的一侧向靠近端头的一侧，将n1个分区逐个停止反应，并同步调整换热器内蒸汽通入量，使水解器罐体内温度维持在第一温度值，水解器罐体内压力维持在第一压力值。

26、进一步的，所述步骤s4还包括：

27、s401：获取水解器罐体压力值，将水解器罐体压力值与设定的第二压力值相比较，判断水解器罐体是否处于超压状态；若水解器罐体处于超压状态，则打开气相泄压阀，使水解器罐体内压力降至第一压力值；将水解器罐体压力值与设定的第三压力值相比较，判断水解器罐体是否处于压力临界状态，若水解器罐体处于压力临界状态，则同时打开气相泄压阀与安全阀，使水解器罐体内压力降至第一压力值。

28、本发明的有益效果为：

29、本申请提供的一种分区控温尿素水解反应器将水解器罐体划分为若干个分区，通过采用高度递增的隔板，使投运分区内的尿素溶液处于连通状态，投运的各分区内尿素溶液的温度、反应状态一致，有利于精准控制产氨量，精准调控水解器的出力水平；通过调整换热器的蒸汽通入量，使投运分区的温度、水解器罐体内的压力均保持稳定；当需氨量降低时，通过降低水解器罐体内的液位，使相连通的分区数量减少，减少产品气产量，降低尿素水解器的出力水平；在该条件下，产品气中水蒸气的温度始终高于对应气压下的饱和温度，能避免水蒸气冷凝后，氨气和二氧化碳溶于水生成氨基甲酸铵，从而有效防止水解器罐体、产品气输出管道中出现氨基甲酸铵结晶，导致的堵塞、腐蚀；提高了尿素水解制氨系统运行的可靠性，延长了设备的使用寿命。

技术特征：

1.一种分区控温尿素水解反应器，包括：水解器罐体以及设置于所述水解器罐体内的换热器，其特征在于，所述水解器罐体包括：

2.根据权利要求1所述的一种分区控温尿素水解反应器，其特征在于，所述换热器包括：端头以及与所述端头相连的换热管；其中，所述端头连接在所述水解器罐体的外部；所述换热管伸入至水解器罐体的内部，并穿过所述隔板。

3.根据权利要求2所述的一种分区控温尿素水解反应器，其特征在于，所述溶液入口位于靠近所述端头的分区内。

4.根据权利要求2所述的一种分区控温尿素水解反应器，其特征在于，所述水解器罐体内靠近所述端头的隔板高度大于所述换热管的高度，远离所述端头的隔板高度小于所述水解器罐体的中心高度。

5.根据权利要求1所述的一种分区控温尿素水解反应器，其特征在于，所述水解器罐体上设有若干液位计，若干所述液位计分别与分区位置相对应，用于观察所述分区内尿素溶液的液位。

6.根据权利要求1所述的一种分区控温尿素水解反应器，其特征在于，所述产品气输出管道上连接有气相管，所述气相管上设有气相泄压阀；所述水解器罐体上设有第一压力表以及安全阀；所述气相泄压阀、所述安全阀与所述第一压力表联锁控制，用于在所述水解器罐体超压时排出罐内气体。

7.根据权利要求1所述的一种分区控温尿素水解反应器，其特征在于，所述产品气输出管道上设有第二压力表，用于监测所述产品气输出管道内的压力。

8.根据权利要求1所述的一种分区控温尿素水解反应器，其特征在于，所述隔板采用316l不锈钢、2205不锈钢、2507不锈钢、钛合金、ptfe、peek中任一种材料制成。

9.一种分区控温尿素水解反应器控制方法，其特征在于，采用权利要求1-8中任一所述的分区控温尿素水解反应器，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种分区控温尿素水解反应器控制方法，其特征在于，所述步骤s4还包括：

技术总结本发明公开了一种分区控温尿素水解反应器及其控制方法，属于尿素溶液水解制氨技术领域，其包括：水解器罐体以及换热器，所述水解器罐体包括：若干隔板，所述隔板使所述水解器罐体内部形成若干分区；溶液入口；溶液管道；设置于所述溶液管道上的溶液入口阀门；若干排污阀；产品气输出管道；设置于所述产品气输出管道上的产品气管道阀门；其中，所述隔板的高度沿所述换热器的蒸汽通入方向逐个递增；本发明将水解器罐体划分为若干个分区，采用高度递增的隔板，使投运分区内的尿素溶液处于连通状态；当需氨量降低时，减少相连通的分区数量，同时减小通入换热器的蒸汽量，降低尿素水解反应器的出力水平；保障尿素水解制氨系统运行的可靠性。技术研发人员：郑伟,高燎,敬开锐,李筱璋受保护的技术使用者：成都锐思环保技术股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26