专利名称：一种具有脱硝功能的波浪式co锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种炼油厂催化裂化(FCC)再生烟气余热回收及选择性催化还原(SCR)脱硝的工艺装置，特别涉及一种具有脱硝功能的波浪式CO锅炉。
背景技术：
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。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。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。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。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。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。
发明内容针对现有技术不足，本发明提供了一种具有脱硝功能的波浪式CO锅炉，旨在解决现有技术中脱硝反应器内烟气分布不均匀产生的脱硝效率下降和氨逃逸，以及装置占地面积大，设备投资高的问题。本发明提供了一种具有脱硝功能的波浪式一体化CO锅炉，所述CO锅炉沿烟气流动方向依次包括燃烧室、过热段、蒸发段、脱硝反应器和省煤器段，所述各组成段并列布置，相互之间通过连接烟道连接，在各段出口均设有引流格栅，在除燃烧室之外的其余各段入口均设有整流格栅；脱硝反应器包括若干脱硝单元，每个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。根据本发明的CO锅炉，其中在所述蒸发段入口处、蒸发段出口或脱硝反应器入口处还可以设有喷氨装置，优选将喷氨元件设置在所述蒸发段的入口处。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。本发明所述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，例如可以采用喷氨格栅。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，同时节约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、喷氨支管和喷氨混合元件，所述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；所述喷氨混合元件包括喷嘴、收缩段、喉管、扩张段和溅板，喷氨支管的上表面通过喷嘴与所述喷氨混合元件相连。本发明所述CO锅炉中，所述喷嘴上端伸入收缩段内，喷嘴出口优选采用缩径结构。所述收缩段的收缩角一般为10° 60°，优选15° 30°。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。。[0014]本发明所述CO锅炉中，所述溅板为单层盲板，其形状可以为圆形或多边形，优选形状为与扩散管下端出口形状一致。所述的喷嘴、扩散管和溅板的轴线重合，溅板面积大于扩张段的上端出口面积。本发明所述的CO锅炉中，所述的引流格栅和整流格栅可以采用本领域常规的格栅结构，或者根据本领域的常规知识进行具体设置。与现有技术相比较，本发明的脱硝装置具有以下特点1、本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉中，各取热段并列布置，并通过连接烟道相连，形成波浪式CO锅炉结构，脱硝反应器位于CO锅炉的蒸发段与省煤器段之间，与CO锅炉形成一体化结构，借助CO锅炉形成的温度场进行SCR反应，既使热量得到充分利用，达到节能的目的；又能有效降低锅炉高度，节省整体投资。各组成段并列设置，而非传统的叠加设置，大大降低了各组成段的风载荷，从而可以大幅降低装置的整体投资。2、本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉中，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，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，并节省设备投资。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，借助蒸发段换热器的翅片管，不需设置混氨整流格栅，就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的热效率。4、本发明所述具有脱硝功能的CO锅炉，优选采用高效喷氨混合元件，氨气经喷嘴喷射入扩散管的收缩段，并在此加速，在收缩段内形成微负压环境，产生抽吸作用将烟气吸入收缩段内，两种气体介质在收缩段内进行初步混合，在通过截面积缩小的喉管时，混合气体流速加快，从而以较高流速进入扩张段，在扩张段内，气体流速放缓使得混合气体的压力恢复至与烟气的压力基本相当，实现两种气体第一阶段混合。混合气体经由扩张段出口喷射到溅板上，由于溅板为盲板结构，喷出的气体在溅板上方靠近边缘处形成驻涡，增加了混合气体与未被吸入扩散管的烟气的再混合几率，产生较大的分散域，实现混合气体与未被吸入扩散管的烟气的第二阶段混合，从而进一步增加了两种气体的混合均匀度，减少混合所需要的空间，节省投资。所述喷氨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。
图1为本发明CO锅炉的结构示意图。图2为本发明喷氨装置的结构示意图。图3为本发明喷氨装置的工作示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明CO锅炉的具体方案和使用方式。[0025]如图1所示，本发明的具有脱硝功能的波浪式一体化CO锅炉沿烟气流动方向依次包括燃烧室1、过热段2、蒸发段3、脱硝反应器4和省煤器段5，各组成段并列布置，相互之间依次通过连接烟道6 (包括连接烟道61、连接烟道62、连接烟道63和连接烟道64)连接，形成波浪式一体化结构。其中在燃烧室1、过热段2、蒸发段3、脱硝反应器4和省煤器段5的出口设有引流格栅7，而在过热段2、蒸发段3、脱硝反应器4以及省煤器段5的入口均设有整流格栅8。所述的脱硝反应器4 一般包括若干脱硝单元，每个脱硝单元均包括吊梁41、蒸汽吹灰器42、催化剂模块43和催化剂支撑梁44。其中在蒸发段3入口(整流格栅8之上)还设置有喷氨装置9。如图2，图3所示，喷氨装置9包括喷氨总管10、喷氨支管11和喷氨混合元件12，所述的喷氨支管11设置若干根，喷氨支管11 一端与喷氨总管10相连，另一端为封闭结构。所述喷氨混合元件12自下而上依次包括喷嘴13、收缩段14、喉管15、扩张段16和溅板17，喷嘴、收缩段、喉管、扩张段和溅板的轴线重合。喷氨支管11的上表面通过喷嘴13与喷氨元件12相连。溅板17设置于扩张段的上方，其为单层盲板，溅板面积大于扩张段16的出口面积。喷嘴13上端出口伸入收缩段内，其出口优选采用缩经结构。溅板的形状可以为圆形或多边形，优选与扩张段出口形状一致。本发明所述CO锅炉中，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°。本发明CO锅炉中，各取热段并列布置，并通过连接烟道相连，形成波浪式CO锅炉结构，脱硝反应器位于CO锅炉蒸发段与省煤器段之间，与CO锅炉形成一体化结构；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，由于SCR反应需要在350°C左右进行，反应过程中既不吸收热量也不放出热量，因此，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，除去烟气中的NOx,不影响锅炉取热，使热量得到充分利用，达到节能的目的。现有技术中的CO锅炉高度一般在45米左右，是导致锅炉投资高的主要原因之一。而且现有技术中的CO锅炉仅具有回收余热的功能。本发明中锅炉各取热段并列布置，并在取热段与省煤器段之间增设脱硝反应器，使其同时具有了脱硝功能。本发明的CO锅炉能有效降低锅炉高度，节省整体投资；在连接烟道两端的各段内分别设置引流格栅和整流格栅，能使各取热段和脱硝反应器内烟气分布均匀，流态稳定，保证脱硝效率和锅炉热效率，防止氨逃逸。如图1所示，本发明CO锅炉在使用时，通过脱硝反应器内设置的吊轨，将催化剂模块吊入脱硝反应器，并安放在催化剂支撑梁上，完成催化剂模块的安装；FCC再生烟气进入CO锅炉，首先在燃烧室中充分燃烧，除去烟气中的CO，再经引流格栅、连接烟道和整流格栅后顺序通过过热器段和蒸发段进行取热，在引流格栅和整流格栅的作用下，使进入过热器段和蒸发段的烟气分布均匀，流态稳定，保证锅炉热效率；经蒸发段取热后，温度在350°C左右的烟气，在喷氨元件处与氨充分混合，进入脱硝反应器进行还原反应除去NOx ;经脱硝处理后的烟气经引流格栅、连接烟道和整流格栅后进入省煤器段继续取热，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，启动蒸汽吹灰器进行吹灰。如图3所示，发明在蒸发段入口设置的喷氨装置在使用时，氨气经喷氨总管11进入喷氨支管11，并经喷嘴11喷入收缩段14，并在收缩段14内加速，形成负压区，产生抽吸作用吸入收缩段14入口附近大部分烟气，混合气体穿过喉管15进入扩张段16，并在扩张段16中减速，实现两种气体的第一阶段混合。混合气体在溅板17处产生喷溅，并在溅板17背面处形成驻涡，增加了与未被吸入扩张段16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张段16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波浪式CO锅炉，所述CO锅炉沿烟气流动方向依次包括燃烧室、过热段、蒸发段、脱硝反应器和省煤器段，所述各组成段并列布置，相互之间通过连接烟道连接，在各段出口均设有引流格栅，在除燃烧室之外的其余各段入口均设有整流格栅；脱硝反应器包括若干脱硝单元，每个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。
2.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，在所述蒸发段入口处、蒸发段出口或脱硝反应器入口处设有喷氨装置。
3.按照权利要求1所述的CO锅炉，其特征在于，在在所述蒸发段的入口处设置喷氨元件。
4.按照权利要求3所述的CO锅炉，其特征在于，所述的喷氨装置包括喷氨总管、喷氨支管和喷氨混合元件，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；所述喷氨混合元件包括喷嘴、收缩段、喉管、扩张段和溅板，喷氨支管的上表面通过喷嘴与所述喷氨混合元件相连。
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°，喉管的长度为喉管直径的I 4倍，扩张段的扩张角为一般为7° 30°。
6.按照权利要求4所述的CO锅炉，其特征在于，所述的溅板为单层盲板。
7.按照权利要求6所述的CO锅炉，其特征在于，所述溅板的形状与扩张段出口形状一致。
8.按照权利要求4所述的CO锅炉，其特征在于，所述的喷嘴、收缩段、喉管、扩张段和溅板的轴线重合。
9.按照权利要求4所述的CO锅炉，其特征在于，所述溅板的面积大于扩张段的出口面积。
专利摘要本实用新型公开了一种具有脱硝功能的波浪式CO锅炉。所述CO锅炉沿烟气流动方向依次包括燃烧室、过热段、蒸发段、脱硝反应器和省煤器段，所述各组成段并列布置，相互之间通过连接烟道连接，在燃烧室出口、过热段出口和入口、蒸发段出口和入口、脱硝反应器出入口以及省煤器段出入口均设有引流格栅和整流格栅；脱硝反应器包括若干脱硝单元，每个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。本实用新型的CO锅炉中，各组成段并列设置，而非传统的叠加设置，大大降低了各组成段的风载荷，从而大幅降低了装置的整体投资。
文档编号B01D53/90GK202868648SQ20122054621
公开日2013年4月10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, 王岩, 姜阳 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