一种具有脱硝功能的余热锅炉的制作方法

本实用新型涉及一种烟气治理装置，特别是涉及一种具有脱硝功能的余热锅炉。

背景技术：

氮氧化物（NO_x）是大气污染的主要污染源之一，在职业环境中接触的是几种气体混合物常称为硝烟(气)，主要为NO和NO₂，以NO₂为主。NO_x都具有不同程度的毒性，以NO和NO₂为主的NO_x是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车尾气中的NO_x与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低。另外，NO_x与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。NO_x对人体的危害主要表现在损害呼吸道。

全世界每年排入大气的NO_x总量约达5000万吨，2008年，我国NO_x排放量已达到2000万吨，成为世界第一大排放国。若不采取措施控制，预计到2020年，NO_x排放量将达到3000万吨，我国“十一五”期间削减二氧化硫10%的努力，也将因NO_x排放量的显著上升而全部抵消。目前，我国已将NO_x作为约束性指标纳入“十二五”期间总量控制范畴。排放到大气中的NO_x主要有三个来源：电厂（约占46%）、汽车尾气（约占49%）和炼油化工厂（约占5%）。

FCC工艺中，催化剂颗粒在催化裂化反应区和催化剂再生区之间多次循环操作，在再生期间，催化剂颗粒上的来自裂化反应的焦炭在高温下通过空气氧化除去，使催化剂的恢复活性，并在裂化反应中再次利用。FCC烟气中NO_x主要来自催化剂上含氮焦炭的燃烧，因此所有处理含氮原料的FCC装置都会存在NO_x的排放问题。FCC烟气中的NO_x量一般占全厂NO_x排放量的50%，是炼油厂最大的NO_x排放源。FCC原料中氮含量一般在0.05%～0.35%，原料氮中约45%进入液体产品，约10%进入气体产品，其余进入焦炭中。焦炭中的氮约有10%～30%作为NO进入烟气，其余则被焦炭和CO还原为N₂排放。

目前烟气脱硝技术主要有：气相反应的SCR法（选择性催化还原法）和SNCR法（选择性非催化还原法）、液体吸收法、固体吸附法、高能电子活化氧化法等。

SCR法是在催化剂作用下，利用还原剂选择性的与烟气中的NO_x反应，生成无毒害作用的N₂和H₂O的技术，其还原剂可以是氨气、氨水或尿素，亦可选用CO或H₂，还可选用小分子烷烃。SCR技术与其他技术相比，具有脱硝效率高，放热量小，技术成熟等优点，是目前国内外烟气脱硝工程中应用最多的技术。

SNCR法是在没有催化剂的作用下，向900～1100℃的炉膛中喷入还原剂（一般使用氨、氨水或尿素），还原剂迅速热解为NH₃，与烟气中的NO_x反应生成N₂和H₂O，炉膛中有一定O₂存在，喷入的还原剂选择性的与NO_x反应，基本不与O₂反应。如果FCC装置配备了CO锅炉，SNCR可以直接应用。将氨注射到CO锅炉的上游使得NH₃与NO_x在CO锅炉内发生反应。此法中的NO_x脱除范围限制在40～60%。值得关注的是，如果FCC尾气中的SO_x含会高会导致硫酸铵沉积在CO锅炉内。

CN200910104626.6介绍了一种采用非等直径喷孔喷氨格栅的SCR脱硝工艺及脱硝装置，通过采用非等直径喷孔的喷氨格栅，各喷氨孔的直径随氨气流动方向逐渐缩小，从而保证喷氨过程中，各喷氨孔中的氨气量保持相同，保证脱硝效果。该结构的不足之处在于，氨气和压缩空气的混合气体直接与烟气混合，极大的降低了烟气的温度，导致脱硝催化剂不能充分发挥作用，严重影响脱硝效果。

CN200920045181.4介绍了一种SCR反应装置的引射喷氨混合装置，通过设置数根分配管，每根分配管上只保留少量喷嘴的方法使每个喷嘴内氨气量保持相同，再通过喷嘴下方的静态混合叶片，增强氨气与烟气的混合效果。该结构的不足之处在于，氨气和压缩空气的混合气体直接与烟气混合，导致氨气与烟气中的硫发生反应，生成的硫铵会堵塞喷嘴，影响脱硝装置的长周期连续稳定运行。

技术实现要素：

针对现有技术不足，本实用新型提供一种具有脱硝功能的余热锅炉，旨在解决现有技术在喷氨过程中由于空气温度过低，导致烟气温度急剧下降，进而影响脱硝催化剂效果，以及氨气与烟气中的硫发生反应，生成的硫铵堵塞喷嘴的问题。

本实用新型提供了一种具有脱硝功能的余热锅炉，所述余热锅炉包括烟道、喷氨装置、脱硝反应器、过热段、蒸汽汽包和省煤器段，所述烟道包括第一竖直烟道、水平烟道、第二竖直烟道和旁路烟道，所述水平烟道的两端分别与第一竖直烟道和第二竖直烟道的上部连通，过热段设置于第一竖直烟道内，蒸汽汽包设置于水平烟道内，喷氨装置、脱硝反应器和省煤器段设置于第二竖直烟道内，所述旁路烟道上端位于过热段上方，旁路烟道的下端与高温烟气进料管和第一竖直烟道下端连通。

本实用新型所述的余热锅炉中，所述旁路烟道与第一竖直烟道平行设置，所述旁路烟道的上端通过弯头与第一竖直烟道连接，且不伸入第一竖直烟道内，在弯头内设置导流板，为余热锅炉提供稳定的层流流态，确保锅炉热效率。

本实用新型所述的余热锅炉中，所述旁路烟道内下部设有节流阀，用以调节进入旁路烟道的烟气量。

本实用新型所述的余热锅炉中，所述水平烟道与竖直烟道连接处设置有折流板，为喷氨装置提供稳定的层流流态，确保氨气与烟气的充分混合，防止氨逃逸。

本实用新型所述的余热锅炉中，所述的喷氨装置可以采用本领域技术人员熟知的结构，例如可以采用喷氨格栅。为了避免烟气温度急剧下降，进而影响脱硝催化剂效果，以及生成的硫铵堵塞喷嘴的问题，推荐采用以下结构的喷氨装置。

本实用新型所述的余热锅炉中，所述喷氨装置设置于第二竖直烟道内，包括喷氨管，喷嘴和预热管，所述喷氨管两端由堵板封闭，在喷氨管上设置有若干个喷嘴，每个喷嘴对应设置有一个溅板，所述预热管与喷氨管中部相连，确保各喷嘴位置的喷氨量均匀，每层预热管上都设置有若干翅片。

本实用新型所述的喷氨装置中，所述的预热管沿蛇形排布，可布置1~6层，优选3或4层。

本实用新型所述的喷氨装置中，所述相邻两层预热管之间可以交错布置，也可以垂直布置。

本实用新型所述的喷氨装置中，所述预热管与喷氨管的位置关系由烟气流向确定，使预热管优先与烟气接触。

本实用新型所述的喷氨装置中，所述喷嘴上设置有溅板，二者的轴线重合，溅板外径为喷嘴内径的1.5~2倍，优选1.5倍。溅板与喷嘴下沿之间的距离为喷嘴内径的0.5~1倍，优选0.8倍。

本实用新型所述的联合装置中，所述脱硝反应器与余热锅炉形成一体化结构，在脱硝反应器内设置若干个催化剂床层，每个催化剂床层由上向下依次包括蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁，相邻两个催化剂床层间留有足够的安装检修空间。

与现有技术相比，本实用新型所述的具有脱硝功能的余热锅炉具有如下优点：

1、本实用新型所述的具有脱硝功能的余热锅炉，通过设置旁路烟道将一部分没有经过取热的高温烟气直接接入烟道内，与经过过热器取热的烟气混合，提高了流经喷氨装置的烟气温度，即使在喷氨过程中由于空气温度过低，导致烟气温度下降，仍然可以使流经脱硝反应器的烟气温度满足脱硝催化剂的最佳使用温度，充分发挥催化剂性能，解决了常规喷氨格栅影响脱硝效果的问题。

2、本实用新型所述具有脱硝功能的余热锅炉，采用具有预热功能的喷氨装置，氨气和空气的混合气体经过最上层的预热管与烟气进行换热，由于换热过程是在预热管表面进行的，此时虽然存在低温区，但氨气与烟气中的硫没有实际接触，因此不会产生硫铵，避免了喷嘴堵塞的问题，有利于喷氨装置的长周期连续稳定运行，适合推广应用。

3、本实用新型所述具有脱硝功能的余热锅炉，将现有技术中的余热锅炉和脱硝反应器集成为一个联合装置来实现二者的功能，但二者并不是简单意义上的加和关系，而是彼此间有一定的促进作用。本实用新型所述中，将脱硝反应器置于余热锅炉内部，借助余热锅炉取热所形成的温度场，在适宜SCR反应的温度点设置脱硝反应器，由于SCR反应既不吸热也不放热，可以在不影响回收利用余热锅炉烟气余热的情况下，更好的利用了烟气余热，提高了热量利用效率，减少投资。

4、本实用新型所述具有脱硝功能的余热锅炉，在旁路烟道的弯头内设置导流板，为余热锅炉提供稳定的层流流态，确保锅炉热效率。在水平烟道与竖直烟道连接处设置折流板，使得流经喷氨装置的烟气依然保持稳定的层流流态，确保烟气在整个截面内的均匀分布，便于氨气与烟气的充分混合，防止氨逃逸。

附图说明

图1为本实用新型所述具有脱硝功能的余热锅炉结构示意图。

图2为本实用新型所述喷氨装置结构示意图。

图3为本实用新型所述喷氨装置侧视图。

图4为本实用新型所述喷氨装置喷嘴结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语 “上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“置于”、“相连”、“连接”、“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所述，本实用新型所述余热锅炉包括烟道、喷氨装置、脱硝反应器、过热段、蒸发段和省煤器段，所述烟道包括第一竖直烟道1、水平烟道2、第二竖直烟道3和旁路烟道4，所述水平烟道2的两端分别与第一竖直烟道1和第二竖直烟道3的上部连通，过热段7设置于第一竖直烟道内，蒸汽汽包8设置于水平烟道2内，所述水平烟道2与第一竖直烟道1和第二竖直烟道3连接处设置有折流板201。喷氨装置5、脱硝反应器6和省煤器段9设置于第二竖直烟道3内，按照与烟气的接触顺序，第二竖直烟道3内由上至下依次设置喷氨装置5、脱硝反应器6和省煤器段9。所述旁路烟道4与第一竖直烟道1平行设置，所述旁路烟道4内下部设有节流阀401，所述旁路烟道4的上端通过弯头与第一竖直烟道1连接，所述旁路烟道4的上端位于第一竖直烟道内的过热段上方，且不伸入第一竖直烟道1内，在弯头内设置导流板402，旁路烟道4的下端与高温烟气进料管和第一竖直烟道1下端连通。在脱硝反应器6内设置有若干个催化剂床层，图1中仅设置两个催化剂床层，每个催化剂床层由上向下依次设有蒸汽吹灰器601、催化剂模块602和催化剂支撑梁603。

由图1所示，本实用新型所述余热锅炉在使用时，通过脱硝反应器6内设置的临时吊轨和小车，将催化剂模块602吊入脱硝反应器，并安放在催化剂支撑梁603上，完成催化剂模块的安装。一部分烟气首先从第一竖直烟道1下端进入余热锅炉，通过过热段7进行取热，另一部分烟气从旁路烟道4进入第一竖直烟道1，这两部分烟气再经过蒸汽汽包8进行取热，然后在折流板201的作用下通过喷氨装置5与喷入的氨气进行混合。混合后的烟气温度在350℃左右，进入脱硝反应器6进行还原反应除去NO_x；经脱硝处理后的烟气进入省煤器段9继续取热，完成全部热量回收过程后，可直排大气或进入脱硫装置。当烟气内粉尘含量增多，堵塞催化剂孔道时，启动蒸汽吹灰器601进行吹灰。

由图2、图3和图4所示，本实用新型所述余热锅炉中，所述喷氨装置包括喷嘴501，喷氨管502，堵板503，预热管504和翅片505。在喷氨管502上设有若干喷嘴501，每个喷嘴501对应设有一个溅板506，二者的轴线重合，溅板506外径为喷嘴501内径的1.5倍。溅板506与喷嘴501下沿之间的距离为喷嘴内径的0.8倍。每根喷氨管502的中部与预热管504相连，两端由堵板503封闭。预热管504位于喷氨管502的下部，采用四层交错布置，在每层预热管504外部都设置有若干翅片505。

由图2至图4所示，本发明联合装置所述喷氨装置在使用时，高温烟气流经最上层预热管时，对管中的氨气和空气的混合气体进行加热，预热管沿整个烟道截面布置，可以充分利用各处烟气的温度。由于换热过程是在预热管表面进行的，此时虽然存在低温区，但氨气与烟气中的硫没有实际接触，因此不会产生硫铵，避免了喷嘴堵塞的问题，有利于喷氨装置的长周期连续稳定运行。