一种具有除灰功能的co锅炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有除灰功能的CO锅炉。所述CO锅炉包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，在第一竖直烟道与水平烟道的连接处设置有挡灰板，在第一竖直烟道内侧与挡灰板下沿相齐处设置有储灰仓；所述的挡灰板为多层交错布置的挡板结构，挡灰板倾斜设置，其外端高于内端。本发明CO锅炉中设置的挡灰板，能够脱除烟气中所含有的大部分烟尘，同时还对烟气起到整流作用，将烟气整流为比较稳定的水平层流流态，使烟气均匀通过蒸汽汽包，获得较高的锅炉换热效率。本发明的CO锅炉可以最大限度解决因烟尘导致的设备磨蚀问题，优化烟气处理工艺，降低能耗，并节约投资。
【专利说明】一种具有除灰功能的CO锅炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及炼油厂催化裂化(FCC)再生烟气的治理装置，特别是涉及炼厂FCC再生烟气选择性催化还原SCR脱硝工艺装置。
【背景技术】
[0002]氮氧化物(NOx)是大气污染的主要污染源之一。氮氧化物包括多种化合物如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮(N2O3)、四氧化二氮(N2O4)和五氧化二氮(N2O5)等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。因此，职业环境中接触的是几种气体混合物常称为硝烟(气)，主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。NOx都具有不同程度的毒性，以一氧化氮和二氧化氮为主的NOx是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因。汽车尾气中的NOx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。另外，NOx与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。NOx对人体的危害主要表现在损害呼吸道。
[0003]排放到大气中的NOx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%)。炼油厂是主要的氮氧化物(NOx)排放源之一。FCC烟气中的NOx量一般占全厂NOx排放量的50%，是炼油厂最大的NOx排放源。目前FCC烟气脱硝技术主要包括:气相反应的选择性催化还原法(SCR法)和选择性非催化还原法(SNCR法)、液体吸收法、固体吸附法和高能电子活化氧化法等。
[0004]选择性催化还原法(SCR法)是在催化剂作用下，利用还原剂有选择性的与烟气中的NOx反应，并生成无毒害作用的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。
[0005]SNCR法是在没有催化剂的作用下，向900?1100°C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NOx反应生成氮气和水，炉膛中有一定氧气存在，喷入的还原剂选择性的与NOx，基本不与氧气反应。如果FCC装置配备了 CO锅炉，SNCR可以直接地应用。将氨注射到CO锅炉的上游使得NH3与NOx在CO锅炉内发生反应。此法中的NOx脱除范围限制在40-60%。值得关注的是，如果FCC尾气中的SOx含量高会导致硫酸铵沉积在CO锅炉内。NSCR是指气源中的NOx在一定温度和催化剂作用下，被还原剂还原为N2,同时还原剂还与气源中的O2反应生成H2O和CO2,在这种脱硝过程中，反应需借助于催化剂的催化作用，而还原剂与NOx和O2均发生反应，无选择性，故称为非选择性催化还原。
[0006]1986年，世界上第一套应用在FCC烟气上的SCR装置投入运行。到2005年，国外有近20套SCR装置用于处理FCC烟气中的NOx，国内目前还没有工业应用。在已经应用的20套SCR法FCC烟气脱硝装置中，I套已运行16年，9套已运行10年，催化剂最长的使用寿命是12年。反应器均采用降流操作，根据要求的NOx去除率的高低，采用单床或多床操作。[0007]CN1895744A公开了一种高尘复合SCR烟气脱硝工艺及脱硝催化反应装置，氨氮混合气经导流板进入催化剂反应器上部气室，再向下进入催化剂层中还原成N2和H2O,脱硝后的烟气通过热交换、除尘和脱硫，最后从烟?排出，吸附在催化剂表面的灰尘在除尘装置的作用下落入催化剂反应器底部的灰斗中，待排。该结构的不足之处在于，会堵塞催化剂孔道，采用反向吹灰不能将孔道内的灰尘完全吹净。同时，当催化剂强度不足时，破碎的催化剂会堵塞脱硝反应器，导致烟气流通不畅，进而影响上下游装置正常运转。
[0008]CN201454505U公开了一种SCR脱硝反应器，经过除尘、脱硫后的烟气在入口烟道处与氨气充分混合，然后经由反应器入口进入脱硝反应器外壳内，混合气体通过催化剂床层，NOx与NH3在催化剂作用下发生反应，达到脱硝的目的。该结构的不足之处在于，在处理高尘烟气时，吹灰器只能清理催化剂床层表面的积灰，烟气不经过缓冲就直接进入反应器，烟气中含有的灰尘会堵塞催化剂孔道，严重影响脱硝效率。同时，当催化剂强度不足时，破碎的催化剂会堵塞脱硝反应器，导致烟气流通不畅，进而影响上下游装置正常运转。
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题是提供一种具有除灰功能的CO锅炉，旨在解决现有技术中CO锅炉烟气中烟尘含量过高而导致取热段效率降低以及设备腐蚀的问题。
[0010]本发明提供了一种具有除灰功能的CO锅炉，所述CO锅炉包括烟道、燃烧室、蒸汽汽包、蒸发段、省煤器段，所述烟道包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，在第一竖直烟道下部设置有燃烧室，水平烟道内设置有蒸汽汽包，第二竖直烟道内设置有蒸发段和省煤器段，其特征在于，在第一竖直烟道与水平烟道的连接处(即CO锅炉第一转角处)设置有挡灰板，在第一竖直烟道外侧，位于水平烟道下侧的位置设置有外挂式储灰仓，第一竖直烟道上开有排灰口与储灰仓相通；所述的挡灰板为多层交错布置的挡板或瓦楞板结构，挡灰板倾斜设置，其外端高于内端。
[0011]本发明所述的具有除灰功能的CO锅炉中，所述挡灰板为多层交错布置的倾斜挡板，挡板靠近储灰仓一端为内端，相对一端为外端，挡板的外端高于内端，除最下层挡板外，其余挡板的内端为锯齿型，并沿第一竖直烟道壁向储灰仓方向高度逐层降低。所述挡灰板的最低层挡板内端与排灰口下沿相连接，所述挡灰板的最上层挡板与第一竖直烟道壁密封连接。所述挡灰板除了最上层挡板外，其余挡板外端可以为锯齿型。所述挡灰板的每层挡板由一块挡板构成或者由若干块挡板组合构成，若干块挡板之间可以有一定间隙或者无间隙。相邻两层挡板之间设有混合烟气通道。
[0012]本发明所述的具有除灰功能的CO锅炉中，所述挡板内端为锯齿形，使挡板入口相对流通面积增加，混合烟气的气速降低，灰尘无法被混合烟气携带而滞留在挡板上；另一方面，挡板设置为锯齿形，有尖状结构，对混合烟气有一定扰流作用，能进一步促进烟尘与混合烟气分离。相邻两层挡板交错排布，存在一定的重合区域，使混合烟气在挡灰板上产生折流，有利于除去烟气中的烟尘，而且可以防止烟尘不经下一层挡板落回第一竖直烟道，影响除灰效率。所述挡板沿第一竖直烟道壁向储灰仓方向逐层降低，倾斜设置于第一竖直烟道与水平烟道的连接处(即CO锅炉第一转角处)内。挡板外端高于内端，倾斜角度根据烟尘的休止角设置，倾角范围一般为5°?45°，优选10°?25°。
[0013]根据本发明所述的具有除灰功能的CO锅炉，在第二竖直烟道内还可以设置喷氨装置和脱硝反应器。所述脱硝反应器设置于蒸发段与省煤器段之间，与第二竖直烟道形成垂直线性一体化结构。脱硝反应器通常包括若干脱硝单元，各脱硝单元一般均包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁。CO锅炉的原理是首先通过燃烧除去烟气中的CO，再通过各取热段回收烟气余热。SCR反应需要在350°C左右进行，反应过程中既不吸热也不放热。因此在蒸发段与省煤器段之间设置脱硝反应器，可以借助CO锅炉燃烧和取热所形成的温度场，在适宜SCR反应的温度点进行SCR反应，除去烟气中的N0X，不影响锅炉取热，并使热量得到充分利用，从而达到节能的目的。
[0014]所述的喷氨装置可以设置于蒸发段的上方，也可以设置于蒸发段与脱硝反应器之间，优选将喷氨装置设置在蒸发段的上方。
[0015]本发明CO锅炉中所述的蒸汽汽包和蒸发段均采用本领域中熟知的结构，一般采用管式换热器结构。由于所述蒸发段一般为多列管束交错布置的管式换热器，其高度一般为3?5米，每列管束内设有若干根平行的换热管，相邻换热管间采用首尾相连的蛇形结构布置，换热管为带翅片的圆管。蒸发段一般包括至少两组换热器，其沿第二烟道有约8米左右的高度。将喷氨装置设置在蒸发段上方入口处，可以充分利用蒸发段换热器上的翅片管形成扰流元件，同时利用蒸发段约8米高的混合空间，增强氨气与烟气的混合效果。
[0016]本发明的具有除灰功能的CO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，如可以采用喷氨格栅，或者可以采用CN201988343U中公开的混合器。本发明的CO锅炉中，为了进一步增加烟气与氨气的混合效果，同时节省额外增加混氨格栅的空间，推荐采用以下结构的喷氨装置。所述喷氨装置包括喷氨总管、喷氨支管和喷氨元件，喷氨支管设置若干根，喷氨支管一端与喷氨总管相连，另一端为封闭结构；所述喷氨元件包括喷嘴，扩散管和溅板，喷氨支管的下表面通过喷嘴与所述喷氨元件相连。所述扩散管包括收缩段、喉管和扩张段，喷嘴出口伸入扩散管收缩段内，溅板设置于扩张段的下方。
[0017]本发明所述CO锅炉中，所述喷嘴下端出口优选采用缩径结构。所述扩散管收缩段的收缩角一般为10°?60°，优选15°?30°。所述喉管的长度一般为喉管直径的I?4倍，优选I?3倍。所述扩张段的扩张角为一般为7°?30°，优选10°?20°。
[0018]本发明所述CO锅炉中，所述溅板至少为两层，板上设有筛孔，所述溅板开孔率为10%?60%，优选30%?50%。所述溅板形状可以为圆形、正方形、长方形，优选与扩散管下端出口截面形状一致。所述筛孔形状可以为圆形、三角形或正方形，优选圆形。所述溅板上筛孔的孔径一般为3?8mm，优选孔径4?6mm，筛孔可以采用正三角形排布或者正方形排布，相邻溅板间筛孔交错排布。所述的喷嘴、扩散管和溅板的轴线重合，溅板与扩张段出口水平截面的距离一般可以为喉管长度的30%?150%，优选80%?120%。
[0019]与现有技术相比较，本发明具有除灰功能的CO锅炉具有以下特点:
1、本发明所述具有除灰功能的CO锅炉中，在第一竖直烟道与水平烟道连接处设置具有特殊结构的挡灰板，一方面能够脱除烟气中所含有的绝大部分烟尘，并通过排灰口将脱除的烟尘排入储灰仓；另一方面，所设置的挡灰板为外高内低的挡板结构，其同时具有对流经挡灰板的烟气进行整流的作用，从而将烟气整流为比较稳定的水平层流流态，使得除灰整流后烟气均匀通过蒸汽汽包，获得较高的锅炉换热效率。同时在蒸汽汽包前设置挡灰板，还能尽量阻止烟尘进入下游的蒸发段、省煤器段以及脱硝反应器，从而能够降低吹灰频率，提高锅炉的热效率，解决因烟尘导致的设备磨蚀问题，优化烟气处理工艺，降低能耗，节约投资。
[0020]2、本发明具有除灰功能的CO锅炉，将现有技术中的CO锅炉和FCC烟气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。本发明中，将脱硝反应器与CO锅炉设置成联合装置，借助CO锅炉燃烧和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进行SCR反应，由于SCR反应既不吸热也不放热，可以在不影响回收利用CO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。
[0021]3、本发明具有除灰功能的CO锅炉还可以同时包括喷氨装置和脱硝反应器，从而成为具有除灰和脱硝功能的CO锅炉。将喷氨装置设置在蒸发段之前，一方面利用蒸发段换热器上的翅片管形成扰流元件；另一方面可以充分利用蒸发段约8米左右高度的空间，为烟气和氨气提供了更长的混合距离和更大的混合空间，不需额外设置混氨格栅，增强氨气与烟气混合均匀度，解决了混合距离短导致氨气和烟气混合效果差的问题；改善了氨气与烟气的混合效果，同样有助于提高脱硝效率并防止氨逃逸。
[0022]4、本发明所述具有除灰功能的CO锅炉，脱硝反应器与CO锅炉形成一体化结构，不需额外设置整流格栅，可以使脱硝反应器内部烟气分布均匀，流态稳定，并保证烟气垂直流过催化剂孔道，防止对催化剂造成损伤，降低系统压降；同时还能为省煤器段提供稳定的层流流态，保证蒸发段和省煤器段的热效率。
[0023]5、所述具有除灰功能的CO锅炉，优选采用高效喷氨装置，其中所述溅板为三层，第一层溅板截面积大于扩张段下端出口截面积，使混合气体经过溅板后形成实心锥分布域，并产生较大的分散域，增大混合气体与未被吸入扩散管的烟气的再混合几率，使烟气与氨气混合更加充分，保证整个反应器截面范围内氨均匀分布，充分发挥催化剂性能，提高脱硝效率和防止氨逃逸，减少混合所需要的空间，节省投资。所述喷射气体支管平行排列于烟道中，喷嘴沿烟道截面密集布置，使每个扩散管抽吸区域重合，保证气体的均匀分布。通过设置在脱硝反应器前的高效喷氨元件，保证整个反应器截面范围内氨的均匀分布，充分发挥催化剂性能，保证脱硝效率和防止氨逃逸。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明具有除灰功能的CO锅炉的结构示意图。
[0025]图2为挡灰板的结构及工作示意图。
[0026]图3为本发明所述喷氨装置主视图。
[0027]图4为本发明所述喷氨元件主视图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图进一步说明本发明脱硝反应器的具体方案和使用方式。
[0029]如图1所示，本发明具有除灰功能的CO锅炉包括烟道1、燃烧室2、蒸汽汽包3、蒸发段5、省煤器段7和挡灰板24，所述烟道包括第一竖直烟道8，水平烟道9和第二竖直烟道10，所述水平烟道9两端分别与第一竖直烟道8和第二竖直烟道10的上部连通，燃烧室2设置于第一竖直烟道8内，蒸汽汽包3设置于水平烟道9内，蒸发段5和省煤器段7设置于第二竖直烟道10内。在第一竖直烟道8与水平烟道9的连接处(即CO锅炉第一转角处)设置有挡灰板24，在第一竖直烟道8外侧，位于水平烟道9下侧的位置设置有外挂式储灰仓25，第一竖直烟道8上开有排灰口与储灰仓25相通。所述挡灰板24为多层交错布置的倾斜挡板，挡板靠近储灰仓25 —端为内端,相对一端为外端,挡板的外端高于内端，倾角范围根据烟尘的休止角设置，倾角范围优选为10°?25。。所述挡灰板24除了最下层挡板外，其余挡板的内端为锯齿型，沿第一竖直烟道壁向储灰仓方向高度逐层降低。所述挡灰板24的最低层挡板内端与排灰口下沿相连接，所述挡灰板24的最上层挡板与第一竖直烟道8内壁密封连接。所述挡灰板24除了最上层挡板外，其余挡板的外端优选为锯齿型。所述挡灰板24呈多层交错排布，相邻两层挡板之间留有混合烟气通道。
[0030]本发明具有除灰功能的CO锅炉中，还可以同时包括喷氨装置4和脱硝反应器6，所述喷氨装置4设置于第二竖直烟道10内、位于蒸发段5上方，脱硝反应器6位于蒸发段5和省煤器段7之间。脱硝反应器6包括吊梁11、蒸汽吹灰器12、催化剂模块13和催化剂支撑梁14。
[0031]本发明提供的具有除灰功能的CO锅炉在使用时，首先通过脱硝反应器6内设置的吊梁11，将催化剂模块13吊入脱硝反应器6内，置于催化剂支撑梁14上，完成催化剂模块13的安装。烟气首先在燃烧室2中充分燃烧，除去烟气中的CO，混合烟气穿过倾斜设置在第一竖直烟道8与水平烟道9的连接处设置的挡灰板24，相邻两层挡板交错排布，存在一定的重合区域，由于挡板为锯齿形，使挡灰板入口截面积增加，相对流通面积增加，混合烟气气速降低，灰尘无法被混合烟气携带而滞留在挡板上，且锯齿形挡板对混合烟气有一定扰流作用，进一步促进烟尘与混合烟气分离，烟尘撞击在挡板上，并在重力作用下沿挡板逐层通过排灰口落入储灰仓25，达到除尘的目的，混合烟气在挡灰板24上产生折流，烟气流向发生连续逆向偏折后通过相邻两层挡板之间的混合烟气通道后，再通过CO锅炉I的蒸汽汽包3进行取热；经过蒸汽汽包取热后的烟气与喷氨装置4喷入的氨气进行混合，经过蒸发段中换热器上的翅片管形成扰流元件，加强氨气与烟气混合效果，另一方面所述蒸发段沿第二烟道有8米左右的高度，为烟气和氨气提供了更大的混合空间，混合后的烟气温度在350°C左右，进入脱硝反应器6进行还原反应除去NOx ;经脱硝处理后的烟气进入省煤器段7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12进行吹灰。
[0032]本发明的具有除灰功能的CO锅炉中，所述的喷氨装置可以采用本领域常用的喷氨格栅结构。本发明推荐采用以下结构的喷氨装置。所述喷氨装置4包括喷氨总管15、喷氨支管16和喷氨元件17，所述喷氨支管16设置若干根，喷氨支管16的一端与喷氨总管15相连，另一端为封闭结构；所述喷氨元件17包括喷嘴18，扩散管19和溅板20，喷氨支管16的下表面通过喷嘴18与所述的喷氨元件17相连。所述扩散管19自上而下依次包括收缩段21、喉管22和扩张段23，喷嘴18下端出口伸入扩散管收缩段21内，所述溅板20设置于扩张段23的下方。其中，收缩段收缩角为15°?30°，扩张段扩张角10°?20°，喉管长度为喉管直径的I?3倍；所述溅板4可以为三层，且板上设有筛孔，第一层溅板截面积大于扩张段7的下端出口截面积，其余两层溅板截面积逐渐缩小，所述溅板开孔率为30%?50%，溅板上筛孔的孔径为4?6mm，采用正三角形排布或者正方形排布，相邻溅板间筛孔交错排布。
[0033]本发明所述喷氨装置4在使用时，氨气经喷氨总管15进入喷氨支管16，通过喷氨支管10上的喷嘴18喷入扩散管收缩段21，并在收缩段21内加速，形成负压区，产生抽吸作用吸入收缩段21入口附近大部分烟气，混合气体穿过喉管22进入扩散管扩张段23，并在扩张段23中减速，实现两种气体的第一阶段混合；混合气体在溅板20处产生喷溅，利用溅板20对混合气体流动形成阻碍，使混合气体经过溅板20后形成实心锥分布域，增大混合气体与未被吸入扩散管19的烟气的再混合几率，并产生较大的分散域，实现混合气体与未被吸入扩散管19烟气的第二阶段混合，达到良好混合效果。
【权利要求】
1.一种具有除灰功能的CO锅炉，所述CO锅炉包括烟道、燃烧室、蒸汽汽包、蒸发段、省煤器段，所述烟道包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，在第一竖直烟道下部设置有燃烧室，水平烟道内设置有蒸汽汽包，第二竖直烟道内设置有蒸发段和省煤器段，其特征在于，在第一竖直烟道与水平烟道的连接处设置有挡灰板，在第一竖直烟道外侧，位于水平烟道下侧的位置设置有外挂式储灰仓；所述的挡灰板为多层交错布置的挡板结构，挡灰板倾斜设置，其外端高于内端。
2.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，所述挡板的内端为锯齿型，挡板沿第一竖直烟道壁向储灰仓方向高度逐层降低。
3.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，所述挡灰板的最低层挡板与储灰仓的上端相连接，所述挡灰板的最上层挡板与第一竖直烟道壁密封连接。
4.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，所述挡灰板的每层挡板由一块挡板构成或者由若干块挡板组合构成，若干块挡板之间有一定间隙或者无间隙。
5.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，所述挡板的倾斜角度为5°?45°。
6.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，所述挡灰板除了最上层挡板外，其余挡板外端为锯齿型。
7.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，在第二竖直烟道内还设置有喷氨装置和脱硝反应器，所述的喷氨装置设置于蒸发段的上方，或者设置于蒸发段与脱硝反应器之间；所述脱硝反应器设置于蒸发段与省煤器段之间，与第二竖直烟道形成垂直线性一体化结构。
8.按照权利要求7所述的CO锅炉，其特征在于，所述脱硝反应器包括若干脱硝单元，各脱硝单元均包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁。
9.按照权利要求7所述的CO锅炉，其特征在于，所述的喷氨装置设置在蒸发段的上方。
10.按照权利要求7所述的CO锅炉，其特征在于，所述喷氨装置包括喷氨总管、喷氨支管和喷氨元件，喷氨支管设置若干根，喷氨支管一端与喷氨总管相连，另一端为封闭结构；所述喷氨元件包括喷嘴，扩散管和溅板，喷氨支管的下表面通过喷嘴与所述喷氨元件相连；所述扩散管包括收缩段、喉管和扩张段，喷嘴出口伸入扩散管收缩段内，溅板设置于扩张段的下方。
11.按照权利要求10所述的CO锅炉，其特征在于，所述扩散管收缩段的收缩角为10°?60°，所述喉管的长度为喉管直径的I?4倍，扩张段的扩张角为7°?30°。
12.按照权利要求10所述的CO锅炉，其特征在于，所述溅板至少为两层，板上设有筛孔，所述溅板开孔率为10%?60%，相邻溅板间筛孔交错排布，所述的喷嘴、扩散管和溅板的轴线重合。
【文档编号】F22B31/08GK103776014SQ201210408207
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月24日 优先权日:2012年10月24日
【发明者】彭德强, 刘志禹, 王明星, 姜阳, 李欣, 王岩, 王璐瑶 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院