CN103768936A

CN103768936A - 一种co锅炉与烟气脱硝反应器联合装置

Info

Publication number: CN103768936A
Application number: CN201210408201.6A
Authority: CN
Inventors: 齐慧敏; 彭德强; 姜阳; 李欣; 王岩; 刘杰; 王明星
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: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-10-24
Also published as: CN103768936B

Abstract

本发明公开了一种CO锅炉与烟气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整流格栅，除尘整流格栅与脱硝反应器入口烟道入口相对；在除尘整流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下方与第二竖直烟道相连，省煤器段位于出口烟道下方。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

一种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℃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，1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。

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。

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，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，包括CO锅炉和脱硝反应器，所述CO锅炉和脱硝反应器并列设置，CO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；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整流格栅，除尘整流格栅与脱硝反应器入口烟道入口相对；喷氨元件设置于脱硝反应器入口烟道内；在除尘整流格栅的下方倾斜设置积灰板，在积灰板最低端处的烟道壁上设置排灰口；脱硝反应器的出口烟道在积灰板下方与第二竖直烟道相连，省煤器段位于脱硝反应器的出口烟道下方。

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若干个催化剂床层，每个催化剂床层由上向下依次包括吊梁、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，倾斜的角度一般为5°～40°。

本发明的联合装置还包括喷氨元件，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，确保氨与烟气具有足够的混合距离。

本发明的联合装置中，所述积灰板位于脱硝反应器入口、出口烟道之间的CO锅炉第二竖直烟道内，与CO锅炉炉壁形成密封结构，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，根据不同烟尘的休止角设置不同的倾角，倾角范围为5°~ 45°。在积灰板的最低端的CO锅炉炉壁上设置排灰口，以定期将积聚的烟尘外排。

本发明的联合装置中，所述的整流除尘格栅可以采用本领领域常规的格栅结构，例如可以采用倾斜设置的除灰板。本发明中，推荐使用以下结构的整流除尘格栅：所述整流除尘格栅为多层交错布置的瓦楞板结构，瓦楞板沿远离脱硝反应器入口烟道方向逐层降低，相邻两层瓦楞板之间留有烟气通道。瓦楞折板倾斜设置，靠近脱硝反应器入口烟道的一端高于相对的另一端，其倾角大于烟气中烟尘的休止角，一般为5°～45°。

本发明联合装置中，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。同时在脱硝反应器内第一催化剂床层之前设置有整流格栅，在第二竖直烟道与脱硝反应器出口烟道连接处的CO锅炉内设置引流格栅，通过导流板、整流格栅和引流格栅的联合作用，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。

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、本发明联合装置中，在蒸发段下方设置除尘整流格栅，借助除尘整流格栅上的空间隆起，使烟气流经整流除尘格栅时，气体流速降低，其携带灰尘能力降低，灰尘在重力作用下落到瓦楞折板上并不断累积，沿除尘整流格栅逐层滑落直至滑落到积灰板上，实现除尘功能。而气体在瓦楞折板的折流作用和气体的推动作用下，流向脱硝反应器入口烟道方向，第二竖直烟道内不同位置的烟气流经不同瓦楞板间形成的烟气通道，从向下的层流改为水平流向，从而实现了烟气的整流作用，确保气体以层流态通过蒸发段，保障了蒸发段的热效率。

3、本发明联合装置中，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，可以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。同时由于连接烟道截面积相较于脱硝反应器和CO锅炉都要小得多，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，而且可以简化设备结构，节省投资。

4、本发明联合装置中，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。利用导流板与脱硝反应器内第一催化剂床层之前设置的整流格栅的联合作用，为反应器提供稳定的层流流态，从而保证脱硝效率，防止氨逃逸；同时，保证烟气垂直流过催化剂孔道，降低系统压降，防止对催化剂造成损伤。利用导流板与脱硝反应器与CO锅炉连接处和省煤器之间设置的引流格栅的协同作用，能够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为本发明脱硝反应器的整体结构示意图。

图2为本发明的整流除尘格栅的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明脱硝反应器的具体方案和使用方式。

由图1所示，本发明提供一种CO锅炉和脱硝反应器联合装置，所述联合装置包括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，所述水平烟道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内设置有两个催化剂床层，每个催化剂床层由上向下依次设有吊梁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的下方设置除尘整流格栅10，除尘整流格栅10与脱硝反应器入口烟道8的入口相对。除尘整流格栅10的下方倾斜设置积灰板11，在积灰板11的最低端的CO锅炉炉壁上设置排灰口12。喷氨元件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下方与烟道与相连。省煤器段7位于脱硝反应器出口烟道9下方。

由图1所示，本发明脱硝装置在使用时，通过脱硝反应器2内设置的吊轨201，将催化剂模块203吊入脱硝反应器，并安放在催化剂支撑梁204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；经蒸发段取热后的烟气穿过除尘整流格栅，气体流速降低，从而使得其含有的灰尘不能被携带，并在重力作用下落到瓦楞折板上。灰尘不断从折板的斜面上积累到折板沟槽里，并沿瓦楞板落入下一层折板上，灰尘逐层滑落直至滑落到积灰板上，实现的烟气的除尘功能。气体由于瓦楞折板的折流作用和气体的推动作用，流向脱硝反应器入口烟道方向，第二竖直烟道内不同位置的烟气流经不同的瓦楞板间形成的烟气通道，进入脱硝反应器的入口烟道中，从而实现烟气的整流功能。烟气在入口烟道内通过喷氨元件实现烟气与氨充分混合，保证整个反应器截面范围内氨的均匀分布；经蒸汽汽包和蒸发段取热后的烟气在温度降至350℃左右时，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；处理后的烟气经引流格栅引流后，进入省煤器段继续取热，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，根据本发明的联合装置，其中所述瓦楞折板倾角大于烟气中烟尘的休止角，一般为5°～45°。具有瓦楞折板结构的整流除尘格栅，当烟道内的烟气流经刷整流除尘格栅时，由于其空间隆起，导致气体流经的截面积增加，气体流速降低，从而使得其含有的灰尘不能被携带，并在重力作用下落到瓦楞折板上。灰尘不断从折板的斜面上积累到折板沟槽里，并沿瓦楞板落入下一层折板上，灰尘逐层滑落直至滑落到积灰板上，实现的烟气的除尘功能。气体由于瓦楞折板的折流作用和气体的推动作用，流向脱硝反应器入口烟道方向，第二竖直烟道内不同位置的烟气流经不同的瓦楞板间形成的烟气通道，进入脱硝反应器的入口烟道中，从而实现的烟气的整流功能。

Claims

1.一种CO锅炉与烟气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，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，蒸发段设置于第二竖直烟道内上部；其特征在于，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整流格栅，除尘整流格栅与脱硝反应器入口烟道入口相对；喷氨元件设置于脱硝反应器入口烟道内；在除尘整流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；脱硝反应器的出口烟道在积灰板下方与第二竖直烟道相连，所述省煤器段位于脱硝反应器的出口烟道下方。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的除尘整流格栅为多层交错布置的瓦楞板结构，瓦楞板沿远离脱硝反应器入口烟道方向逐层降低，相邻两层瓦楞板之间为烟气通道。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的瓦楞折板倾斜设置，靠近脱硝反应器入口烟道的一端高于相对的另一端，其倾角大于烟气中烟尘的休止角。

4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的瓦楞板的倾角为5°～45°。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述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。

7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的脱硝反应器内设置若干个催化剂床层，每个催化剂床层由上向下包括吊梁、蒸汽吹灰器、催化剂模块和催化剂支撑梁。

8.按照权利要求1或5所述的装置，其特征在于，反应器出口烟道采用倾斜结构，其倾角大于烟气中所含烟尘的休止角。

9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的积灰板与CO锅炉的第二竖直烟道壁为密闭连接，积灰板的倾角范围为5°~ 45°。

10.按照权利要求8所述的装置，其特征在于，所述反应器出口烟道的倾角为5°～40°。

11.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，本发明联合装置中，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。

12.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，在脱硝反应器内第一催化剂床层之前设置整流格栅，在脱硝反应器出口烟道与第二竖直烟道连接处与省煤器之间设置引流格栅。

13.按照权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的脱硝反应器出口采用收径结构。