CN103768935A - Co锅炉与烟气脱硝反应器联合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CO锅炉和脱硝反应器联合装置。所述CO锅炉和脱硝反应器并列设置，CO锅炉包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，蒸发段设置于第二竖直烟道内上部，脱硝反应器分别通过入口烟道和出口烟道与第二竖直烟道连通，在蒸发段的下方设置除尘格栅，除尘格栅与脱硝反应器入口烟道入口相对；在除尘格栅的下方倾斜设置积灰板，在积灰板最低端的烟道壁上设置排灰口；脱硝反应器出口烟道在积灰板与省煤器段之间与第二竖直烟道相连。本发明的联合装置，可以在不影响回收利用CO锅炉烟气余热的情况下实现对烟气的脱硝，更好的利用了烟气余热，提高了热量利用效率，减少投资。

Description

CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置

技术领域

本发明涉及炼油厂FCC再生烟气的治理装置，特别是涉及一种治理炼厂FCC再生烟气的CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置。 

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130%，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℃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。 

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，最后从烟囱排出，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。 

CN2014541305U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，NO_X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FCC再生烟气脱硝的脱硝装置，旨在解决现有技术中在处理高尘烟气时，烟气中含有的灰尘直接进入脱硝反应器的问题。 

本发明的提供的技术方案为： 

一种CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置，所述装置包括并列设置的CO锅炉和脱硝反应器，CO锅炉包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，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，第一竖直烟道内设置有燃烧室，在水平烟道内设置有蒸汽汽包，蒸发段和省煤器段设置于第二竖直烟道内；所述脱硝反应器分别通过反应器入口烟道和出口烟道与CO锅炉的第二竖直烟道相连通，在蒸发段的下方设置除尘格栅，除尘格栅与脱硝反应器入口烟道入口相对；除尘格栅的下方倾斜设置积灰板，在积灰板最低处对应的第二竖直烟道上设置有排灰口；脱硝反应器的出口烟道在积灰板与省煤器段之间与第二竖直烟道与相连。

本发明的联合装置中，所述的除尘格栅可以采用本发明中的常规结构。在本发明中，推荐采用的除尘格栅为多排交错布置的人字板结构，利用烟气流过时产生的曳力强制烟尘与烟气分离，人字板夹角为30°～120°，优选角度为60°～90°。人字板竖直布置，相邻两个人字板间留有烟气通道，人字板的开口朝向脱硝反应器入口烟道方向。 

本发明的联合装置中，所述脱硝反应器与入口烟道直接相连，在脱硝反应器内设置有若干个催化剂床层，每个催化剂床层自上而下包括吊梁、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。脱硝反应器出口一般采用收径结构，并通过弯头与出口烟道相连。 

本发明的联合装置中，所述反应器入口烟道主要包括与第二竖直烟道连接的水平段和与第二竖直烟道平行的竖直段，在水平段与竖直段之间，以及竖直段与脱硝反应器之间均采用弯头连接。其中，水平段长度应保证竖直段与第二竖直烟道之间有足够的行走及安装空间，竖直段高度应根据脱硝反应器内催化剂床层设置情况进行调整。所述反应器出口烟道一端与脱硝反应器相连，另一端与积灰板下方的第二竖直烟道相连，反应器出口烟道采用倾斜结构，倾斜的角度为5°～40°。 

本发明的联合装置还包括喷氨装置，所述的喷氨装置设置于脱硝反应器入口烟道的竖直段内，靠近水平段与竖直段连接弯头处，以确保氨与烟气具有足够的混合距离。 

本发明所述联合装置中，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，推荐采用以下结构的喷氨混合元件。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，扩散管和溅板，喷氨支管的上表面通过喷嘴与所述喷氨元件相连。扩散管自下而上依次包括收缩段、喉管和扩张段，所述溅板为单层盲板，溅板面积大于扩张段的上端出口面积，喷嘴上端出口伸入收缩段内，所述溅板设置于扩张段的上方。 

本发明所述联合装置中，所述喷嘴上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1～4倍，优选1～3倍。所述扩张段的扩张角为一般为7°～30°，优选10°～20°。 

本发明的联合装置中，所述积灰板位于脱硝反应器出口烟道和入口烟道之间的第二竖直烟道内，其与第二竖直烟道形成密封结构，从而确保烟气全部进入脱硝反应器进行脱硝处理。所述积灰板采用倾斜布置，其倾角大于烟气中所含烟尘的休止角。根据不同烟尘的休止角可以选择不同的倾角，积灰板的倾角范围一般为5°～ 45°，优选角度为15°～30°。第二竖直烟道在积灰板的最低处设置有排灰口，以定期将积聚的烟尘外排。 

本发明联合装置中，优选在脱硝反应器入口烟道的水平段与竖直段之间，竖直段与脱硝反应器之间，以及脱硝反应器与出口烟道之间的连接弯头处均设有导流板。同时，优选在脱硝反应器内第一催化剂床层之前设置整流格栅，在第二竖直烟道与脱硝反应器出口烟道连接处的烟道内设置引流格栅。通过上述设置的导流板、整流格栅和引流格栅的联合作用，能够为脱硝反应器、蒸发段和省煤器段提供稳定的层流流态，以保证脱硝效率，防止氨逃逸，保证蒸发段和省煤器的热效率。 

本发明的CO锅炉与脱硝反应器联合装置适用于发电厂、炼油厂中含尘烟气的脱硝处理过程，尤其适用于FCC烟气的脱硝处理过程。 

与现有技术相比，本发明的CO锅炉和脱硝反应器联合装置具有以下突出特点： 

1、本发明所述CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置，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。

2、本发明所述CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置，在蒸发段的下方设置除尘格栅，除尘格栅采用人字板结构，垂直布置在CO锅炉内，使用时烟气几近横向穿过除尘格栅，并在人字板后侧形成涡流，利用涡流产生的对烟尘的曳力，强制烟尘与烟气分离，烟气在人字板导流后进入脱硝反应器入口烟道，而烟尘在重力作用下，沿人字板的沟槽落在积灰板上并形成聚集，达到除尘的目的；相邻两层除尘格栅间交错排布，以增强烟气在除尘格栅间流动时的扰流，提高除灰效率，含尘烟气穿过多层除尘格栅后，可以除去夹带的绝大部分烟尘。 

3、本发明所述CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置，在脱硝反应器入口烟道的竖直段内，靠近水平段与竖直段连接弯头处设置喷氨元件，利用较长的连接烟道作为氨与烟气的混合场所，确保氨与烟气具有足够的混合距离，实现良好的混合效果，同时可以简化设备结构，节省投资；由于连接烟道截面积相较于脱硝反应器和CO锅炉烟道都要小得多，在此处喷氨可以确保氨与烟气的混合效果和氨的均匀分布，同时可以简化设备结构，并节省投资。 

4、本发明所述CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置，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。 

5、本发明所述CO锅炉与烟气脱硝反应器联合装置，在脱硝反应器入口烟道中水平段与竖直段之间，竖直段与脱硝反应器之间，以及脱硝反应器与出口烟道之间的连接弯头处均设有导流板。利用导流板与第一催化剂床层之前的脱硝反应器内设置有整流格栅的联合作用，为脱硝反应器提供稳定的层流流态，保证脱硝效率，防止氨逃逸，同时，保证烟气垂直流过催化剂孔道，降低***压降，防止对催化剂造成损伤。利用导流板与在第二竖直烟道与脱硝反应器出口烟道连接处的CO锅炉内设置引流格栅的联合作用，为省煤器段提供稳定的层流流态，保证省煤器的热效率。 

附图说明

图1为本发明CO锅炉与脱硝反应器联合装置的整体结构示意图。 

图2为本发明的除尘格栅的局部结构示意图。 

图3为本发明喷氨混合装置的主视图。 

图4为本发明喷氨混合元件的主视图。 

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明联合装置的具体结构和使用方式。 

如图1所示，本发明提供的CO锅炉和脱硝反应器联合装置包括CO锅炉1和脱硝反应器2。所述CO锅炉1和脱硝反应器2并列设置，CO锅炉包括烟道3、燃烧室4、蒸汽汽包5、蒸发段6和省煤器段7；所述烟道包括第一竖直烟道301、水平烟道302和第二竖直烟道303；水平烟道302的两端分别与第一竖直烟道301和第二竖直烟道303的上部连通；燃烧室4设置于第一竖直烟道301内；蒸汽汽包5设置于水平烟道302内；蒸发段6和省煤器段7设置于第二竖直烟道303内。脱硝反应器2分别通过反应器入口烟道8和出口烟道9与CO锅炉的第二竖直烟道303相连通，在脱硝反应器2内设置有若干催化剂床层，每个催化剂床层自上而下依次包括吊梁201、蒸汽吹灰器202、催化剂模块203和催化剂支撑梁204。在蒸发段6的下方设置有除尘格栅10，除尘格栅10与脱硝反应器入口烟道8的入口相对。除尘格栅10的下方倾斜设置积灰板11，在积灰板11的最低端对应的第二竖直烟道上设置排灰口12。喷氨装置13设置于脱硝反应器入口烟道8的竖直段内。脱硝反应器的出口烟道9在积灰板11与省煤器段7之间与第二竖直烟道303与相连。省煤器段7位于脱硝反应器出口烟道9的出口下方。 

如图1所示，本发明脱硝装置在使用时，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再生烟气首先在燃烧室中充分燃烧，除去烟气中的CO，再顺序通过CO锅炉的蒸汽汽包和蒸发段进行取热，经蒸汽汽包和蒸发段取热后的烟气温度降至330℃左右；经蒸发段取热后的烟气穿过除尘格栅，流线发生偏折，在除尘格栅人字板后侧形成涡流，涡流产生对烟尘的曳力，强制烟尘与烟气分离，烟气在经人字板导流后进入脱硝反应器入口烟道；而烟尘在重力作用下，沿人字板的沟槽落在积灰板上并形成聚集，从而实现除尘功能。在脱硝反应器入口烟道内，通过喷氨装置喷入氨气，借助入口烟道竖直段的较长距离，实现烟气与氨的充分混合，保证整个反应器截面范围内氨的均匀分布。充分混合后的烟气与氨的混合气体，经过入口烟道弯头处设置的导流板导流后，再经整流格栅整流后进入脱硝反应器，并在催化剂上进行还原反应除去NO_X；处理后的烟气经导流板导流，并经引流格栅引流后，进入第二竖直烟道内的省煤器段继续取热，回收烟气余热；经省煤器段取热后的烟气，可直排大气或进入脱硫装置。当烟气内粉尘含量增多，堵塞脱硝反应器的催化剂孔道时，启动蒸汽吹灰器进行吹灰；根据烟气中的含尘量，设定排灰周期，通过排灰口将积灰板上积聚的烟尘排出脱硝反应器。 

如图2所示，本发明装置优选的除尘格栅采用多排交错布置的人字板结构。人字板竖直布置，相邻两个人字板间留有烟气通道，人字板的开口朝向脱硝反应器入口烟道8的方向。使用时烟气横向穿过人字板除尘格栅，并在人字板后侧形成涡流，利用涡流产生的对烟尘的曳力，强制烟尘与烟气分离，烟气在人字板导流后进入烟道；烟尘在重力作用下，沿人字板的沟槽落在积灰板上并形成聚集，达到除尘的目的；相邻的两层除尘格栅间交错排布，以增强烟气在除尘格栅间流动时的扰流，提高除灰效率，含尘烟气穿过多层除尘格栅后，能够除去夹带的绝大部分烟尘。 

如图3和图4所示，本发明联合装置优选的喷氨装置13包括喷氨总管1301、喷氨支管1302和喷氨混合元件1303；其中所述喷氨支管1302设置若干根，喷氨支管1302一端与喷氨总管1301连接，另一端为封闭结构。喷氨支管1302通过喷嘴1331与喷氨混合元件1303相连。喷氨混合元件1303包括喷嘴1331、扩散管1332和溅板1333，喷嘴1331、扩散管1332和溅板1333的轴线重合。所述扩散管1332自下而上依次包括收缩段1334、喉管1335和扩张段1336，喷嘴1331上端出口优选采用缩径结构，并伸入收缩段1334内，所述溅板1333设置于扩张段1336的上方。述板1333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1332上端出口形状一致。溅板1333的面积大于扩散管1332的上端出口面积。 

如图4所示，本发明所述的喷氨装置13在使用时，氨气经喷氨总管1301进入喷氨支管1302，喷氨支管1302的喷嘴1331喷入扩散管收缩段1334，并在收缩段1334内加速，形成负压区，产生抽吸作用吸入收缩段1334入口附近大部分烟气，混合气体穿过喉管1335进入扩散管扩张段1336，并在扩张段1336中减速，实现两种气体的第一阶段混合；混合气体在溅板1333处产生喷溅，处形成驻涡，增加了与未被吸入扩散管1332的烟气的再混合几率，并产生较大分散域，实现混合气体与未被吸入扩散管的烟气第二阶段混合，达到良好混合效果。 

Claims (14)

1.一种CO锅炉和脱硝反应器联合装置，包括并列设置的CO锅炉和脱硝反应器，CO锅炉包括第一竖直烟道、水平烟道和第二竖直烟道，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，第一竖直烟道内设置有燃烧室，在水平烟道内设置有蒸汽汽包，蒸发段和省煤器段设置于第二竖直烟道内；所述脱硝反应器分别通过反应器入口烟道和出口烟道与CO锅炉的第二竖直烟道相连通，在蒸发段的下方设置除尘格栅，除尘格栅与脱硝反应器入口烟道入口相对；除尘格栅的下方倾斜设置积灰板，在积灰板最低处对应的第二竖直烟道上设置有排灰口；脱硝反应器的出口烟道在积灰板与省煤器段之间与第二竖直烟道与相连。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的除尘格栅为多排交错布置的人字板结构，人字板竖直布置，人字板的开口朝向脱硝反应器入口烟道方向。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱硝反应器内设置有若干个催化剂床层，每个催化剂床层自上而下包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁。

4.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述人字板的夹角为30°～120°。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脱硝反应器入口烟道包括与第二竖直烟道连接的水平段和与第二竖直烟道平行的竖直段，在水平段与竖直段之间，以及竖直段与脱硝反应器之间均采用弯头连接；所述出口烟道一端通过弯头与脱硝反应器相连，另一端在积灰板下方与第二竖直烟道连通。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括喷氨装置，所述的喷氨装置设置于脱硝反应器的入口烟道内。

7.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的喷氨元件设置于脱硝反应器入口烟道的竖直段内，靠近水平段与竖直段连接弯头处。

8.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述反应器的出口烟道采用倾斜结构，倾斜的角度为5°～40°。

9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述积灰板的倾角大于烟气中所含烟尘的休止角。

10.按照权利要求9所述的装置，其特征在于，所述积灰板的倾角为5°～ 45°。

11.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述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，扩散管和溅板，喷氨支管的上表面通过喷嘴与所述喷氨元件相连。

12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，所述的扩散管自下而上依次包括收缩段、喉管和扩张段，所述的溅板为单层盲板，设置于扩张段的上方。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，所述溅板的面积大于扩张段的上端出口截面积。

14.按照权利要求12所述的装置，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1～4倍，所述扩张段的扩张角为为7°～30°。

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