專利名稱：一種具有脫硝功能的波浪式co鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煉油廠催化裂化(FCC)再生煙氣余熱回收及選擇性催化還原(SCR)脫硝的工藝裝置，特別涉及一種具有脫硝功能的波浪式CO鍋爐。
背景技術(shù)：
氮氧化物(NOx)是大氣污染的主要污染源之一。氮氧化物包括多種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，其他氮氧化物均極不穩(wěn)定，遇光、濕或熱變成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又變?yōu)槎趸?。因此，職業(yè)環(huán)境中接觸的是幾種氣體混合物常稱為硝煙(氣)，主要為一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮為主。NOx都具有不同程度的毒性，以一氧化氮和二氧化氮為主的NOx是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個重要原因。汽車尾氣中的NOx與碳?xì)浠衔锝?jīng)紫外線照射發(fā)生反應(yīng)形成的有毒煙霧，稱為光化學(xué)煙霧。另外，NOx與空氣中的水反應(yīng)生成的硝酸和亞硝酸是酸雨的成分。NOx對人體的危害主要表現(xiàn)在損害呼吸道。排放到大氣中的NOx主要有三個來源電廠(約占46%)、汽車尾氣(約占49%)和煉油化工廠(約占5%)。煉油廠是主要的氮氧化物(NOx)排放源之一。FCC煙氣中的NOx量一般占全廠NOx排放量的50%，是煉油廠最大的NOx排放源。目前FCC煙氣脫硝技術(shù)主要包括氣相反應(yīng)的選擇性催化還原法(SCR法)和選擇性非催化還原法(SNCR法)、液體吸收法、固體吸附法和高能電子活化氧化法等。選擇性催化還原法(SCR法)是在催化劑作用下，利用還原劑有選擇性的與煙氣中的NOx反應(yīng)，并生成無毒害作用的N2和H2O的技術(shù),其還原劑可以是氨氣、氨水或尿素,亦可選用CO或H2，還可選用小分子烷烴。SCR技術(shù)與其他技術(shù)相比，具有脫硝效率高，放熱量小，技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)，是目前國內(nèi)外煙氣脫硝工程中應(yīng)用最多的技術(shù)。SNCR法是在沒有催化劑的作用下，向900 1100°C的爐膛中噴入還原劑(一般使用氨、氨水或尿素)，還原劑迅速熱解為NH3,與煙氣中的NOx反應(yīng)生成氮?dú)夂退瑺t膛中有一定氧氣存在，噴入的還原劑選擇性的與NOx，基本不與氧氣反應(yīng)。如果FCC裝置配備了 CO鍋爐，SNCR可以直接地應(yīng)用。將氨注射到CO鍋爐的上游使得NH3與NOx在CO鍋爐內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。此法中的NOx脫除范圍限制在40-60%。值得關(guān)注的是，如果FCC尾氣中的SOx含量高會導(dǎo)致硫酸銨沉積在CO鍋爐內(nèi)。NSCR是指氣源中的NOx在一定溫度和催化劑作用下，被還原劑還原為N2,同時(shí)還原劑還與氣源中的O2反應(yīng)生成H2O和CO2,在這種脫硝過程中，反應(yīng)需借助于催化劑的催化作用，而還原劑與NOx和O2均發(fā)生反應(yīng)，無選擇性，故稱為非選擇性催化還原。1986年，世界上第一套應(yīng)用在FCC煙氣上的SCR裝置投入運(yùn)行。到2005年，國外有近20套SCR裝置用于處理FCC煙氣中的NOx，國內(nèi)目前還沒有工業(yè)應(yīng)用。在已經(jīng)應(yīng)用的20套SCR法FCC煙氣脫硝裝置中，I套已運(yùn)行16年，9套已運(yùn)行10年，催化劑最長的使用壽命是12年。反應(yīng)器均采用降流操作，根據(jù)要求的NOx去除率的高低，采用單床或多床操作。[0007]CN1895744A公開了一種高塵復(fù)合SCR煙氣脫硝工藝及脫硝催化反應(yīng)裝置，氨氮混合氣經(jīng)導(dǎo)流板進(jìn)入催化劑反應(yīng)器上部氣室，再向下進(jìn)入催化劑層中還原成N2和H2O,脫硝后的煙氣通過熱交換、除塵和脫硫，最后從煙 排出，吸附在催化劑表面的灰塵在除塵裝置的作用下落入催化劑反應(yīng)器底部的灰斗中，待排。該結(jié)構(gòu)的不足之處在于，會堵塞催化劑孔道，采用反向吹灰不能將孔道內(nèi)的灰塵完全吹凈。同時(shí)，當(dāng)催化劑強(qiáng)度不足時(shí)，破碎的催化劑會堵塞脫硝反應(yīng)器，導(dǎo)致煙氣流通不暢，進(jìn)而影響上下游裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。CN201454505U公開了一種SCR脫硝反應(yīng)器，經(jīng)過除塵、脫硫后的煙氣在入口煙道處與氨氣充分混合，然后經(jīng)由反應(yīng)器入口進(jìn)入脫硝反應(yīng)器外殼內(nèi)，混合氣體通過催化劑床層，NOx與NH3在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到脫硝的目的。該結(jié)構(gòu)的不足之處在于，在處理高塵煙氣時(shí)，吹灰器只能清理催化劑床層表面的積灰，煙氣不經(jīng)過緩沖就直接進(jìn)入反應(yīng)器，煙氣中含有的灰塵會堵塞催化劑孔道，嚴(yán)重影響脫硝效率。同時(shí)，當(dāng)催化劑強(qiáng)度不足時(shí)，破碎的催化劑會堵塞脫硝反應(yīng)器，導(dǎo)致煙氣流通不暢，進(jìn)而影響上下游裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種具有脫硝功能的波浪式CO鍋爐，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中脫硝反應(yīng)器內(nèi)煙氣分布不均勻產(chǎn)生的脫硝效率下降和氨逃逸，以及裝置占地面積大，設(shè)備投資高的問題。本發(fā)明提供了一種具有脫硝功能的波浪式一體化CO鍋爐，所述CO鍋爐沿?zé)煔饬鲃臃较蛞来伟ㄈ紵?、過熱段、蒸發(fā)段、脫硝反應(yīng)器和省煤器段，所述各組成段并列布置，相互之間通過連接煙道連接，在各段出口均設(shè)有引流格柵，在除燃燒室之外的其余各段入口均設(shè)有整流格柵；脫硝反應(yīng)器包括若干脫硝單元，每個脫硝單元均包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化劑模塊和催化劑支撐梁。根據(jù)本發(fā)明的CO鍋爐，其中在所述蒸發(fā)段入口處、蒸發(fā)段出口或脫硝反應(yīng)器入口處還可以設(shè)有噴氨裝置，優(yōu)選將噴氨元件設(shè)置在所述蒸發(fā)段的入口處。由于所述蒸發(fā)段一般為多列管束交錯布置的管式換熱器，其高度一般為3 5米，每列管束內(nèi)設(shè)有若干根平行的換熱管，相鄰換熱管間采用首尾相連的蛇形結(jié)構(gòu)布置，換熱管為帶翅片的圓管。蒸發(fā)段一般包括至少兩組換熱器，其沿第二煙道有約8米左右的高度，將噴氨裝置設(shè)置在蒸發(fā)段入口處，可以充分利用蒸發(fā)段換熱器上的翅片管形成擾流元件，同時(shí)利用蒸發(fā)段約8米高的混合空間，增強(qiáng)氨氣與煙氣的混合效果。本發(fā)明所述CO鍋爐中，所述的噴氨裝置可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的結(jié)構(gòu)，例如可以采用噴氨格柵。本發(fā)明的CO鍋爐中，為了進(jìn)一步增加煙氣與氨氣的混合效果，同時(shí)節(jié)約增加混氨格柵的空間，推薦采用以下結(jié)構(gòu)的噴氨裝置。所述噴氨裝置包括噴氨總管、噴氨支管和噴氨混合元件，所述噴氨支管設(shè)置若干根，噴氨支管一端與噴氨總管相連，另一端為封閉結(jié)構(gòu)；所述噴氨混合元件包括噴嘴、收縮段、喉管、擴(kuò)張段和濺板，噴氨支管的上表面通過噴嘴與所述噴氨混合元件相連。本發(fā)明所述CO鍋爐中，所述噴嘴上端伸入收縮段內(nèi)，噴嘴出口優(yōu)選采用縮徑結(jié)構(gòu)。所述收縮段的收縮角一般為10° 60°，優(yōu)選15° 30°。喉管的長度一般為喉管直徑的I 4倍，優(yōu)選I 3倍。所述擴(kuò)張段的擴(kuò)張角為一般為7° 30°，優(yōu)選10° 20。。[0014]本發(fā)明所述CO鍋爐中，所述濺板為單層盲板，其形狀可以為圓形或多邊形，優(yōu)選形狀為與擴(kuò)散管下端出口形狀一致。所述的噴嘴、擴(kuò)散管和濺板的軸線重合，濺板面積大于擴(kuò)張段的上端出口面積。本發(fā)明所述的CO鍋爐中，所述的引流格柵和整流格柵可以采用本領(lǐng)域常規(guī)的格柵結(jié)構(gòu)，或者根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)知識進(jìn)行具體設(shè)置。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的脫硝裝置具有以下特點(diǎn)1、本發(fā)明所述具有脫硝功能的CO鍋爐中，各取熱段并列布置，并通過連接煙道相連，形成波浪式CO鍋爐結(jié)構(gòu)，脫硝反應(yīng)器位于CO鍋爐的蒸發(fā)段與省煤器段之間，與CO鍋爐形成一體化結(jié)構(gòu)，借助CO鍋爐形成的溫度場進(jìn)行SCR反應(yīng)，既使熱量得到充分利用，達(dá)到節(jié)能的目的；又能有效降低鍋爐高度，節(jié)省整體投資。各組成段并列設(shè)置，而非傳統(tǒng)的疊加設(shè)置，大大降低了各組成段的風(fēng)載荷，從而可以大幅降低裝置的整體投資。2、本發(fā)明所述具有脫硝功能的CO鍋爐中，將噴氨混合機(jī)構(gòu)設(shè)置在蒸發(fā)段之前，一方面利用蒸發(fā)段換熱器上的翅片管形成擾流元件，增強(qiáng)氨氣與煙氣混合效果；另一方面可以充分利用蒸發(fā)段約8米左右高度的空間，為煙氣和氨氣提供了更長的混合距離和更大的混合空間，解決了原有脫硝裝置氨氣和煙氣混合距離短的問題。本發(fā)明所述具有脫硝功能的CO鍋爐能有效提高煙氣和氨氣混合均勻度，提高脫硝效率并防止氨逃逸，且無需設(shè)置混氨格柵，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，并節(jié)省設(shè)備投資。3、本發(fā)明所述具有脫硝功能的CO鍋爐，脫硝反應(yīng)器與CO鍋爐形成一體化結(jié)構(gòu)，借助蒸發(fā)段換熱器的翅片管，不需設(shè)置混氨整流格柵，就可以使脫硝反應(yīng)器內(nèi)部煙氣分布均勻，流態(tài)穩(wěn)定，并保證煙氣垂直流過催化劑孔道，防止對催化劑造成損傷，降低系統(tǒng)壓降，同時(shí)還能為省煤器段提供穩(wěn)定的層流流態(tài)，保證蒸發(fā)段和省煤器的熱效率。4、本發(fā)明所述具有脫硝功能的CO鍋爐，優(yōu)選采用高效噴氨混合元件，氨氣經(jīng)噴嘴噴射入擴(kuò)散管的收縮段，并在此加速，在收縮段內(nèi)形成微負(fù)壓環(huán)境，產(chǎn)生抽吸作用將煙氣吸入收縮段內(nèi)，兩種氣體介質(zhì)在收縮段內(nèi)進(jìn)行初步混合，在通過截面積縮小的喉管時(shí)，混合氣體流速加快，從而以較高流速進(jìn)入擴(kuò)張段，在擴(kuò)張段內(nèi)，氣體流速放緩使得混合氣體的壓力恢復(fù)至與煙氣的壓力基本相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)兩種氣體第一階段混合?；旌蠚怏w經(jīng)由擴(kuò)張段出口噴射到濺板上，由于濺板為盲板結(jié)構(gòu)，噴出的氣體在濺板上方靠近邊緣處形成駐渦，增加了混合氣體與未被吸入擴(kuò)散管的煙氣的再混合幾率，產(chǎn)生較大的分散域，實(shí)現(xiàn)混合氣體與未被吸入擴(kuò)散管的煙氣的第二階段混合，從而進(jìn)一步增加了兩種氣體的混合均勻度，減少混合所需要的空間，節(jié)省投資。所述噴氨支管平行排列于煙道中，噴嘴沿?zé)煹澜孛婷芗贾?，使每個擴(kuò)散管抽吸區(qū)域重合，保證氣體的均勻分布。

圖1為本發(fā)明CO鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明噴氨裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明噴氨裝置的工作示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明CO鍋爐的具體方案和使用方式。[0025]如圖1所示，本發(fā)明的具有脫硝功能的波浪式一體化CO鍋爐沿?zé)煔饬鲃臃较蛞来伟ㄈ紵?、過熱段2、蒸發(fā)段3、脫硝反應(yīng)器4和省煤器段5，各組成段并列布置，相互之間依次通過連接煙道6 (包括連接煙道61、連接煙道62、連接煙道63和連接煙道64)連接，形成波浪式一體化結(jié)構(gòu)。其中在燃燒室1、過熱段2、蒸發(fā)段3、脫硝反應(yīng)器4和省煤器段5的出口設(shè)有引流格柵7，而在過熱段2、蒸發(fā)段3、脫硝反應(yīng)器4以及省煤器段5的入口均設(shè)有整流格柵8。所述的脫硝反應(yīng)器4 一般包括若干脫硝單元，每個脫硝單元均包括吊梁41、蒸汽吹灰器42、催化劑模塊43和催化劑支撐梁44。其中在蒸發(fā)段3入口(整流格柵8之上)還設(shè)置有噴氨裝置9。如圖2，圖3所示，噴氨裝置9包括噴氨總管10、噴氨支管11和噴氨混合元件12，所述的噴氨支管11設(shè)置若干根，噴氨支管11 一端與噴氨總管10相連，另一端為封閉結(jié)構(gòu)。所述噴氨混合元件12自下而上依次包括噴嘴13、收縮段14、喉管15、擴(kuò)張段16和濺板17，噴嘴、收縮段、喉管、擴(kuò)張段和濺板的軸線重合。噴氨支管11的上表面通過噴嘴13與噴氨元件12相連。濺板17設(shè)置于擴(kuò)張段的上方，其為單層盲板，濺板面積大于擴(kuò)張段16的出口面積。噴嘴13上端出口伸入收縮段內(nèi)，其出口優(yōu)選采用縮經(jīng)結(jié)構(gòu)。濺板的形狀可以為圓形或多邊形，優(yōu)選與擴(kuò)張段出口形狀一致。本發(fā)明所述CO鍋爐中，所述擴(kuò)散管收縮段的收縮角一般為10° 60°，優(yōu)選15° 30°。所述喉管的長度一般為喉管直徑的I 4倍，優(yōu)選I 3倍。所述擴(kuò)張段的擴(kuò)張角為一般為7° 30°，優(yōu)選10° 20°。本發(fā)明CO鍋爐中，各取熱段并列布置，并通過連接煙道相連，形成波浪式CO鍋爐結(jié)構(gòu)，脫硝反應(yīng)器位于CO鍋爐蒸發(fā)段與省煤器段之間，與CO鍋爐形成一體化結(jié)構(gòu)；co鍋爐的原理是首先通過燃燒除去煙氣中的CO，再通過各取熱段回收煙氣余熱，由于SCR反應(yīng)需要在350°C左右進(jìn)行，反應(yīng)過程中既不吸收熱量也不放出熱量，因此，借助CO鍋爐燃燒和取熱所形成的溫度場，在適宜SCR反應(yīng)的溫度點(diǎn)設(shè)置脫硝反應(yīng)器進(jìn)行SCR反應(yīng)，除去煙氣中的NOx,不影響鍋爐取熱，使熱量得到充分利用，達(dá)到節(jié)能的目的?，F(xiàn)有技術(shù)中的CO鍋爐高度一般在45米左右，是導(dǎo)致鍋爐投資高的主要原因之一。而且現(xiàn)有技術(shù)中的CO鍋爐僅具有回收余熱的功能。本發(fā)明中鍋爐各取熱段并列布置，并在取熱段與省煤器段之間增設(shè)脫硝反應(yīng)器，使其同時(shí)具有了脫硝功能。本發(fā)明的CO鍋爐能有效降低鍋爐高度，節(jié)省整體投資；在連接煙道兩端的各段內(nèi)分別設(shè)置引流格柵和整流格柵，能使各取熱段和脫硝反應(yīng)器內(nèi)煙氣分布均勻，流態(tài)穩(wěn)定，保證脫硝效率和鍋爐熱效率，防止氨逃逸。如圖1所示，本發(fā)明CO鍋爐在使用時(shí)，通過脫硝反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的吊軌，將催化劑模塊吊入脫硝反應(yīng)器，并安放在催化劑支撐梁上，完成催化劑模塊的安裝；FCC再生煙氣進(jìn)入CO鍋爐，首先在燃燒室中充分燃燒，除去煙氣中的CO，再經(jīng)引流格柵、連接煙道和整流格柵后順序通過過熱器段和蒸發(fā)段進(jìn)行取熱，在引流格柵和整流格柵的作用下，使進(jìn)入過熱器段和蒸發(fā)段的煙氣分布均勻，流態(tài)穩(wěn)定，保證鍋爐熱效率；經(jīng)蒸發(fā)段取熱后，溫度在350°C左右的煙氣，在噴氨元件處與氨充分混合，進(jìn)入脫硝反應(yīng)器進(jìn)行還原反應(yīng)除去NOx ;經(jīng)脫硝處理后的煙氣經(jīng)引流格柵、連接煙道和整流格柵后進(jìn)入省煤器段繼續(xù)取熱，完成全部熱量回收過程后，可直排大氣或進(jìn)入脫硫裝置。當(dāng)煙氣內(nèi)粉塵含量增多，堵塞催化劑孔道時(shí)，啟動蒸汽吹灰器進(jìn)行吹灰。如圖3所示，發(fā)明在蒸發(fā)段入口設(shè)置的噴氨裝置在使用時(shí)，氨氣經(jīng)噴氨總管11進(jìn)入噴氨支管11，并經(jīng)噴嘴11噴入收縮段14，并在收縮段14內(nèi)加速，形成負(fù)壓區(qū)，產(chǎn)生抽吸作用吸入收縮段14入口附近大部分煙氣，混合氣體穿過喉管15進(jìn)入擴(kuò)張段16，并在擴(kuò)張段16中減速，實(shí)現(xiàn)兩種氣體的第一階段混合?；旌蠚怏w在濺板17處產(chǎn)生噴濺，并在濺板17背面處形成駐渦，增加了與未被吸入擴(kuò)張段16的煙氣的再混合幾率，并產(chǎn)生較大的分散域，實(shí)現(xiàn)混合氣體與未被吸入擴(kuò)張段16煙氣的第二階段混合，達(dá)到良好混合效果。
權(quán)利要求1.一種具有脫硝功能的波浪式CO鍋爐，所述CO鍋爐沿?zé)煔饬鲃臃较蛞来伟ㄈ紵?、過熱段、蒸發(fā)段、脫硝反應(yīng)器和省煤器段，所述各組成段并列布置，相互之間通過連接煙道連接，在各段出口均設(shè)有引流格柵，在除燃燒室之外的其余各段入口均設(shè)有整流格柵；脫硝反應(yīng)器包括若干脫硝單元，每個脫硝單元均包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化劑模塊和催化劑支撐梁。
2.按照權(quán)利要求1所述的CO鍋爐，其特征在于，在所述蒸發(fā)段入口處、蒸發(fā)段出口或脫硝反應(yīng)器入口處設(shè)有噴氨裝置。
3.按照權(quán)利要求1所述的CO鍋爐，其特征在于，在在所述蒸發(fā)段的入口處設(shè)置噴氨元件。
4.按照權(quán)利要求3所述的CO鍋爐，其特征在于，所述的噴氨裝置包括噴氨總管、噴氨支管和噴氨混合元件，噴氨支管設(shè)置若干根，噴氨支管一端與噴氨總管相連，另一端為封閉結(jié)構(gòu)；所述噴氨混合元件包括噴嘴、收縮段、喉管、擴(kuò)張段和濺板，噴氨支管的上表面通過噴嘴與所述噴氨混合元件相連。
5.按照權(quán)利要求4所述的CO鍋爐，其特征在于，所述收縮段的收縮角為10° 60°，喉管的長度為喉管直徑的I 4倍，擴(kuò)張段的擴(kuò)張角為一般為7° 30°。
6.按照權(quán)利要求4所述的CO鍋爐，其特征在于，所述的濺板為單層盲板。
7.按照權(quán)利要求6所述的CO鍋爐，其特征在于，所述濺板的形狀與擴(kuò)張段出口形狀一致。
8.按照權(quán)利要求4所述的CO鍋爐，其特征在于，所述的噴嘴、收縮段、喉管、擴(kuò)張段和濺板的軸線重合。
9.按照權(quán)利要求4所述的CO鍋爐，其特征在于，所述濺板的面積大于擴(kuò)張段的出口面積。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有脫硝功能的波浪式CO鍋爐。所述CO鍋爐沿?zé)煔饬鲃臃较蛞来伟ㄈ紵?、過熱段、蒸發(fā)段、脫硝反應(yīng)器和省煤器段，所述各組成段并列布置，相互之間通過連接煙道連接，在燃燒室出口、過熱段出口和入口、蒸發(fā)段出口和入口、脫硝反應(yīng)器出入口以及省煤器段出入口均設(shè)有引流格柵和整流格柵；脫硝反應(yīng)器包括若干脫硝單元，每個脫硝單元均包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化劑模塊和催化劑支撐梁。本實(shí)用新型的CO鍋爐中，各組成段并列設(shè)置，而非傳統(tǒng)的疊加設(shè)置，大大降低了各組成段的風(fēng)載荷，從而大幅降低了裝置的整體投資。
文檔編號B01D53/90GK202868648SQ20122054621
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者彭德強(qiáng), 王巖, 姜陽 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院