CN202962277U

CN202962277U - 一种小气量常温烟气脱硝装置

Info

Publication number: CN202962277U
Application number: CN 201220546214
Authority: CN
Inventors: 彭德强; 姜阳; 李欣; 王岩; 刘志禹; 陈新; 陈建兵
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2022-10-24

Abstract

本实用新型公开了一种小气量常温烟气脱硝装置。该装置自上而下包括进气段、喷氨元件、换热器、电加热器、脱硝反应器和连接烟道；所述的换热器包括冷凝室和蒸发室，冷凝室设置于喷氨元件与电加热器之间，蒸发室并列设置于冷凝室的外侧，并通过连接烟道与脱硝反应器出口相连。本实用新型装置尤其适用于小气量常温烟气脱硝过程。本实用新型装置通过利用脱硝后烟气对常温烟气进行预热，更好的利用烟气余热；将喷氨机构设置在换热器之前，利用翅片管形成扰流元件，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。

Description

一种小气量常温烟气脱硝装置

技术领域

本实用新型涉及烟气脱硝处理装置，特别是涉及小气量常温烟气脱硝处理装置。

背景技术

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（N₂）和水（H₂O），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含会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。

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。

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，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，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。

实用新型内容

针对现有技术不足，本实用新型提供了一种用于小气量常温烟气脱硝的脱硝装置，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。

本实用新型的小气量常温烟气脱硝装置自上而下包括进气段、喷氨元件、换热器、电加热器、脱硝反应器和连接烟道；其中，所述脱硝反应器包括若干个催化剂床层，每个催化剂床层包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁；其特征在于，所述的换热器包括冷凝室和蒸发室，冷凝室设置于喷氨元件与电加热器之间，蒸发室并列设置于冷凝室的外侧，并通过连接烟道与脱硝反应器出口相连。换热器为热管换热器，可以采用本领域技术人员熟知的结构。

根据本实用新型的烟气脱硝装置，其中所述的换热器为热管换热器，换热管贯穿脱硝装置倾斜设置，其冷凝端位于冷凝室，蒸发端位于蒸发室，冷凝端高于蒸发端。

本实用新型的烟气脱硝装置中，所述的热管换热器和电加热器均采用翅片换热管结构。

本实用新型的烟气脱硝装置中，所述的喷氨元件可以采用本领域中的常规喷氨格栅。为了进一步增加烟气与氨的混合效果，避免氨逃逸的发生。本实用新型中推荐使用以下结构的喷氨元件。所述的喷氨元件主要包括喷嘴、扩散管和溅板，其中，扩散管包括扩张段、喉管和收缩段三部分，溅板至少为两层，溅板上设有开孔。喷嘴轴线与扩散管轴线重合，并伸入到扩散管收缩段内，收缩段的收缩角范围为10°~60°；喷嘴沿烟道截面密集布置，使每个扩散管抽吸烟气区域重合，保证氨的均匀分布；喉管长度为喉管直径的1~3倍；混合烟气在扩张段中减速，并充分混合，扩张段的扩张角范围为7°~30°；溅板轴线与扩散管轴线重合，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%。多层溅板中的第一层溅板直径大于扩散管下端出口直径，其余溅板直径逐渐缩小，溅板开孔率10%~60%。本实用新型中，所述的喷氨元件设置在换热器之前，可以充分利用换热器和加热器中的翅片换热管形成扰流元件，增强氨与烟气混合效果，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。

本实用新型中推荐使用的喷氨元件中，所述溅板也可以为单层盲板结构。溅板形状可以为圆形、正方形、长方形或多边形，优选形状为与扩散管下端出口截面形状一致。所述的喷嘴、扩散管和溅板的轴线重合，溅板截面积大于扩张段的下端出口截面积，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%。

由于SCR反应需要在350℃左右进行，在处理小气量常温烟气时，需对烟气进行加热，同时，由于SCR反应过程中既不吸收热量也不放出热量，因此，本实用新型脱硝装置中利用脱硝后烟气对常温烟气进行预热，可以使热量得到充分利用，节约能源；对于小气量烟气，采用电加热方式，既不会显著增加能耗，又能保证较短的加热时间；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；通过在换热器之前设置喷氨元件，可以利用换热器和加热器中的翅片换热管形成扰流元件，增强氨与烟气混合效果，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。

与现有技术相比，本实用新型所述具有脱硝功能的CO锅炉具有如下优点：

1、本实用新型所述烟气脱硝装置，采用电加热处理小气量常温烟气，在未显著增加能耗的前提下，可以保证较短的加热时间，增加可处理烟气类型，提高脱硝工艺适用范围；由于SCR反应既不吸热也不放热，通过利用脱硝后烟气对常温烟气进行预热，更好的利用烟气余热，降低对电加热器的功率需求，使热量得到充分利用，节约能源。

2、本实用新型所述烟气脱硝装置，将喷氨混合机构设置在换热器之前，一方面利用蒸发段换热器上的翅片管形成扰流元件，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。

3、本实用新型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。

4、本实用新型所述具有脱硝功能的CO锅炉，采用高效喷氨混合机构，其中所述溅板为单层盲板，溅板截面积大于扩张段下端出口截面积，喷出的气体在溅板下方靠近边缘处形成驻涡，增大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，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。

附图说明

图1为本实用新型小气量常温烟气脱硝装置的结构示意图。

图2为本实用新型装置中使用的一种喷氨混合机构的结构示意图。

图3为图2所述喷氨元件的结构图。

图4为本实用新型中装置中使用的另一种喷氨混合机构的结构示意图。

图5为图4所述喷氨元件的结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型脱硝装置的具体方案和使用方式。

如图1所示，本实用新型的小气量常温烟气脱硝装置自上而下包括进气段1、喷氨混合机构2，换热器3，电加热器4，脱硝反应器5和连接烟道6。其中，脱硝反应器5包括若干个催化剂床层。每个催化剂床层均由吊梁7、蒸汽吹灰器8、催化剂模块9和催化剂支撑梁10组成。换热器3由冷凝室11和蒸发室12组成，冷凝室11位于喷氨混合机构2与电加热器4之间，而蒸发室12与冷凝室11并列设置，位于脱硝装置外。蒸发室12通过连接烟道6与脱硝反应器5的烟气出口相连；电加热器4位于脱硝反应器5之前。

结合图1所示，本实用新型脱硝装置在使用时，通过脱硝反应器5内设置的吊梁7，将催化剂模块9吊入脱硝反应器5，并安放在催化剂支撑梁10上，完成催化剂模块的安装；烟气经进气段1进入脱硝反应器5，首先通过喷氨混合机构2与氨充分混合，保证整个反应器截面范围内氨的均匀分布，混合烟气经换热器3的冷凝室11进行预热，经预热后的烟气在电加热器4中进一步加热至350℃左右，并利用换热器和加热器中的翅片换热管形成扰流元件，增强氨与烟气混合效果；然后进入脱硝反应器5，并在催化剂模块9上进行还原反应除去NO_X；处理后的烟气经连接烟道6进入换热器3的蒸发室12，对换热器的蒸发端进行加热，并对常温烟气进行预热，回收烟气余热。完成热量回收过程后，烟气可直排大气或进入脱硫装置。当烟气内粉尘含量增多，堵塞催化剂孔道时，需要启动蒸汽吹灰器8进行吹灰。

根据本实用新型的烟气脱硝装置，其中所述的喷氨混合机构可以采用常规的喷氨格栅。本实用新型中推荐使用具有以下结构的喷氨混合机构。图2至图4给出了两种不同结构的喷氨混合机构的结构示意图。

如图2所示，本实用新型所述锅炉中，所述喷氨混合机构2包括喷氨总管21、喷氨支管22和喷氨元件23，所述喷氨支管22设置若干根，喷氨支管22的一端与喷氨总管21相连，另一端为封闭结构；所述喷氨元件23包括喷嘴24，扩散管25和溅板26，喷氨支管22的下表面通过喷嘴24与所述的喷氨元件23相连。所述扩散管25自上而下依次包括收缩段27、喉管28和扩张段29，喷嘴24下端出口伸入扩散管收缩段25内，所述溅板26设置于扩张段29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1～3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26为三层，且板上设有筛孔，第一层溅板截面积大于扩张段29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%，溅板上筛孔的孔径一般可以为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。

结合图3，图2所示喷氨混合机构的工作原理为：氨气经喷氨总管21进入喷氨支管22，通过喷氨支管22上的喷嘴24喷入扩散管收缩段27，并在收缩段27内加速，形成负压区，产生抽吸作用吸入收缩段27入口附近大部分烟气，混合气体穿过喉管28进入扩散管扩张段29，并在扩张段29中减速，实现两种气体的第一阶段混合；混合气体在溅板26处产生喷溅，利用溅板26对混合气体流动形成阻碍，使混合气体经过溅板26后形成实心锥分布域，增大混合气体与未被吸入扩散管23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23烟气的第二阶段混合，从而达到良好混合效果。

图4给出了另一种结构的喷氨混合机构。如图4所示，所述喷氨混合机构2包括喷氨总管21、喷氨支管22和喷氨元件23，所述喷氨支管22设置若干根，喷氨支管22的一端与喷氨总管21相连，另一端为封闭结构；所述喷氨元件23包括喷嘴24，扩散管25和溅板26，喷氨支管22的下表面通过喷嘴24与所述的喷氨元件23相连。所述扩散管25自上而下依次包括收缩段27、喉管28和扩张段29，喷嘴24下端出口伸入扩散管收缩段25内，所述溅板26设置于扩张段29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1～3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26为单层盲板，溅板截面积大于扩张段29的下端出口截面积。

结合图5，图4所示喷氨混合机构的工作原理为：氨气经喷氨总管21进入喷氨支管22，通过喷氨支管22上的喷嘴24喷入扩散管收缩段27，并在收缩段27内加速，形成负压区，产生抽吸作用吸入收缩段27入口附近大部分烟气，混合气体穿过喉管28进入扩散管扩张段29，并在扩张段29中减速，实现两种气体的第一阶段混合；混合气体在溅板26处产生喷溅，处形成驻涡，增大混合气体与未被吸入扩散管23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23烟气的第二阶段混合，达到良好混合效果。

Claims

1.一种小气量常温烟气脱硝装置，其特征在于，所述装置自上而下包括进气段、喷氨元件、换热器、电加热器、脱硝反应器和连接烟道；其中所述脱硝反应器包括若干个催化剂床层，每个催化剂床层包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁；所述的换热器包括冷凝室和蒸发室，冷凝室设置于喷氨元件与电加热器之间，蒸发室并列设置于冷凝室的外侧，并通过连接烟道与脱硝反应器出口相连。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的换热器为热管换热器，换热管倾斜设置，其冷凝端位于冷凝室，蒸发端位于蒸发室，冷凝端高于蒸发端。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的热管换热器和电加热器均采用翅片换热管结构。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的喷氨元件采用喷氨格栅。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的喷氨元件包括喷嘴、扩散管和溅板，所述扩散管包括扩张段、喉管和收缩段三部分，所述溅板至少为两层，溅板上设有开孔。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的喷嘴轴线与扩散管轴线重合，并伸入到扩散管收缩段内。

7.按照权利要求5所述的装置，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1~3倍，扩张段的扩张角为7°~30°，溅板轴线与扩散管轴线重合，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%。

8.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述溅板中的第一层溅板直径大于扩散管下端出口直径，其余溅板直径逐渐缩小。

9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的喷氨元件包括喷嘴、扩散管和溅板，所述扩散管包括扩张段、喉管和收缩段三部分，所述溅板为单层盲板结构。

10.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，所述溅板的形状为圆形或多边形，所述的喷嘴、扩散管和溅板的轴线重合，溅板截面积大于扩张段的下端出口截面积，溅板与扩张段出口水平截面的距离为喉管长度的30%～150%。

11.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的溅板的与扩散管下端出口形状一致。