一种具有脱硝功能的co锅炉的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有脱硝功能的CO锅炉，所述锅炉包括烟道、燃烧室、蒸汽汽包、蒸发段和省煤器段，所述烟道包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，水平烟道两端分别与第一和第二竖直烟道上部连通，燃烧室设置于第一竖直烟道内，蒸汽汽包设置于水平烟道内，蒸发段和省煤器段设置于第二竖直烟道内，其中：所述锅炉还包括喷氨混合机构和脱硝反应器，所述喷氨混合机构设置于第二竖直烟道内，位于蒸发段的上方，所述脱硝反应器设置于蒸发段和省煤器段之间。本发明所述锅炉能有效提高烟气和氨气混合均匀度，提高脱硝效率并防止氨逃逸，将脱硝反应器设置在CO锅炉内，且无需设置混氨格栅，提高了烟气热量利用效率，节约了装置占地空间和设备投资。
【专利说明】一种具有脱硝功能的CO锅炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种烟气治理装置，特别是涉及一种具有脱硝功能的CO锅炉。
【背景技术】
[0002]氮氧化物(NOx)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。NOx都具有不同程度的毒性，以NO和NO2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。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，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]全世界每年排入大气的NOx总量约达5000万吨，2008年，我国NOx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，NOx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NOx排放量的显著上升而全部抵消。目前，我国已将NOx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%)。
[0004]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NOx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NOx的排放问题。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。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。
[0005]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。
[0006]SCR法是在催化剂作用下，利用还原剂选择性的与烟气中的NOx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。
[0007]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N2和H2O,炉膛中有一定O2存在，喷入的还原剂选择性的与NOx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NOx在CO锅炉内发生反应。此法中的NOjJA除范围限制在40?60%。值得关注的是，如果FCC尾气中的SOx含会高会导致硫酸铵沉积在CO锅炉内。
[0008]CN201524525U介绍了一种SCR烟气脱硝装置，它包括催化反应器、氨/空气混合器、氨喷射隔栅、空气预热器，其中催化反应器的一端通过省煤器与锅炉管接，另一端通过空气预热器与除尘器管接，所述氨/空气混合器的一入口与稀释风机管接，所述氨/空气混合器的另一入口顺序管接有氨缓冲槽、氨蒸发器、液氨储槽。该结构的不足之处在于，反应器内部烟气分布不均匀，影响脱硝效率，并产生氨逃逸；同时，催化反应器置于锅炉外部，占地面积大，设备投资高。
[0009]CN201454505U介绍了一种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，烟气不经过缓冲就直接进入反应器，导致反应器内烟气分布不均匀，影响脱硝效率，并产生氨逃逸。
【发明内容】
[0010]本发明针对现有技术中烟气脱硝效率低，烟气和氨气混合不均匀及脱硝设备占地大，投资高问题，提供了一种具有脱硝功能的CO锅炉，能有效提高烟气和氨气混合均匀度，提高脱硝效率并防止氨逃逸，并节省设备投资。
[0011]本发明提供了一种具有脱硝功能的CO锅炉，所述锅炉包括烟道、燃烧室、蒸汽汽包、蒸发段和省煤器段，所述烟道包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，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，燃烧室设置于第一竖直烟道内，蒸汽汽包设置于水平烟道内，蒸发段和省煤器段设置于第二竖直烟道内，其特征在于:所述具有脱硝功能的CO锅炉还包括喷氨混合机构和脱硝反应器，所述喷氨混合机构设置于第二竖直烟道内，位于蒸发段的上方，所述脱硝反应器设置于蒸发段和省煤器段之间。
[0012]本发明所述CO锅炉中，所述脱硝反应器由上至下依次设置有吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁。
[0013]本发明所述CO锅炉中，所述蒸发段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。
[0014]本发明所述CO锅炉中，所述的喷氨混合机构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。本发明中，为了进一步增加烟气与氨气的混合效果，推荐采用以下结构的喷氨混合机构。本发明所述CO锅炉中，所述喷氨混合机构包括喷氨总管、喷氨支管和喷氨元件，所述喷氨支管设置若干根，喷氨支管的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的喷氨元件相连。
[0015]本发明所述CO锅炉中，所述喷氨元件包括喷嘴、扩散管和溅板，所述扩散管自上而下依次包括收缩段、喉管和扩张段，喷嘴下端出口伸入扩散管收缩段内，所述溅板设置于扩张段的下方。
[0016]本发明所述CO锅炉中，所述喷嘴下端出口采用缩径结构。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°。
[0017]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或多边形，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或多边形，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，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为喉管长度的30%?150%，优选80%?120%。
[0018]与现有技术相比，本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉具有如下优点:
1、本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉，将现有技术中的CO锅炉和FCC烟气脱硝反应器集成到一个锅炉中来实现二者的功能，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锅炉设置成一体化结构，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，更好的利用烟气余热，提高了热量利用效率，而且脱硝反应器设置在CO锅炉内，还节约了装置占地空间，减少投资。
[0019]2、本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉，将喷氨混合机构设置在蒸发段之前，一方面利用蒸发段换热器上的翅片管形成扰流元件，增强氨气与烟气混合效果，另一方面所述蒸发段一般包括至少两组换热器，其沿第二烟道有8米左右的高度，为烟气和氨气提供了更大的混合空间，解决了原有脱硝装置氨气和烟气混合距离短的问题。本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉能有效提高烟气和氨气混合均匀度，提高脱硝效率并防止氨逃逸，且无需设置混氨格栅，简化了设备结构，节省设备投资。
[0020]3、本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉，脱硝反应器与CO锅炉形成一体化结构，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，提高脱硝效率并防止氨逃逸。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的热效率。
[0021]4、本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉，采用高效喷氨混合机构，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。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉结构示意图。
[0023]图2为本发明所述喷氨混合机构主视图。
[0024]图3为本发明所述喷氨元件主视图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉作进一步说明。
[0026]实施例1
由图1所示，本发明提供了一种具有脱硝功能的CO锅炉，所述锅炉包括烟道1、燃烧室2、蒸汽汽包3、蒸发段5和省煤器段7，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，其中，所述锅炉还包括喷氨混合机构4和脱硝反应器6，所述喷氨混合机构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。
[0027]本发明提供的具有脱硝功能的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，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通过喷氨混合机构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。
[0028]实施例2
本发明所述锅炉中，所述喷氨混合机构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，溅板与扩张段出口水平截面的距离为喉管长度的80%?120% ;所述溅板4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。
[0029]本发明所述喷氨混合机构2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】
1.一种具有脱硝功能的CO锅炉，所述锅炉包括烟道、燃烧室、蒸汽汽包、蒸发段和省煤器段，所述烟道包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，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，燃烧室设置于第一竖直烟道内，蒸汽汽包设置于水平烟道内，蒸发段和省煤器段设置于第二竖直烟道内，其特征在于:所述具有脱硝功能的CO锅炉还包括喷氨混合机构和脱硝反应器，所述喷氨混合机构设置于第二竖直烟道内，位于蒸发段的上方，所述脱硝反应器设置于蒸发段和省煤器段之间。
2.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于:所述脱硝反应器由上至下依次设置有吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁。
3.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于:所述喷氨混合机构包括喷氨总管、喷氨支管和喷氨元件；所述喷氨支管设置若干根，喷氨支管的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的喷氨元件相连。
4.按照权利要求3所述的CO锅炉，其特征在于:所述扩散管自上而下依次包括收缩段、喉管和扩张段，喷嘴下端出口伸入扩散管收缩段内，所述溅板设置于扩张段的下方。
5.按照权利要求4所述的CO锅炉，其特征在于:所述收缩段的收缩角为10°?60°，喉管长度为喉管直径的I?4倍，扩张段扩张角为7°?30°。
6.按照权利要求3所述的CO锅炉，其特征在于:所述喷嘴、扩散管和溅板的轴线重合。
7.按照权利要求3所述的CO锅炉，其特征在于:所述溅板至少为两层，溅板上设有筛孔，溅板开孔率为10%?60%。
8.按照权利要求3所述的CO锅炉，其特征在于:所述溅板形状为圆形多边形。
9.按照权利要求3所述的CO锅炉，其特征在于:所述筛孔形状为圆形或多边形，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。
10.按照权利要求3所述的CO锅炉，其特征在于:所述溅板与扩张段出口水平截面的距离为喉管长度的30%?150%。
【文档编号】B01D53/56GK103776043SQ201210408291
【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, 李欣, 齐慧敏, 刘志禹, 陈新, 王明星, 王岩 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