CN106765211B - 催化裂化烟气处理装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种烟气处理装置，其包括：CO锅炉、烟气脱硫装置和设置在CO锅炉的产汽单元和烟气脱硫装置之间的空气预热器，该空气预热器用于回收CO锅炉焚烧产生的焚烧烟气的余热来预热助燃空气。根据本发明实施例的烟气处理装置通过回收CO锅炉焚烧后的烟气余热，预热CO锅炉的燃烧空气，显著减少燃料用量，提高炉效率。此外，能够缓解脱硫装置中的降温工作，尤其对于湿法脱硫装置而言，能够大大地降低脱硫装置的水耗能耗，实现节能减排。
Description
技术领域
本发明总体上涉及一种石化设备，尤其涉及石化炼油催化裂化设备的烟气处理装置。
背景技术
根据石油化工催化裂化工艺烟气中CO的含量可以将催化剂再生过程分为完全再生和不完全再生两种型式。目前国内不完全再生型式有较为广泛的应用，尤其是处理量较大的催化裂化设备。催化剂不完全再生型式中催化剂再生产生的烟气(以下称为“再生烟气”)中含有3％-9％的CO。再生烟气中的CO，是一种有毒气体，不允许过量排放。因此，再生烟气要经过包括CO锅炉的烟气处理装置的处理。同时CO锅炉排出的烟气含有大量的硫化物、氮氧化物等有害气体，为了避免烟气污染环境，达到国家有关标准，通常会在CO锅炉后增加脱硫脱硝系统来处理烟气。
烟气处理装置的任务首要是将再生烟气中的CO气体完全燃烧，使之达到环保排放标准，同时回收余热，降低装置能耗。CO的燃点较高，在640℃左右，所以目前国内炼油化工催化裂化设备的烟气处理装置中，CO锅炉的炉膛温度一般在800-1100℃左右。催化剂再生装置出来的烟气一般温度在550-650℃，该烟气直接进入CO锅炉焚烧，为了升温到800～1100℃的焚烧温度，需要提供大量的燃料气。现有技术中，从催化裂化再生器出来含有3％-9％CO的烟气进入CO锅炉，由燃料气流量控制炉膛温度为800～1100℃；用鼓风机供给CO锅炉燃烧所需要的助燃空气；烟气中的CO在炉膛内高温条件下，以及充足过剩的氧气条件下反应生成CO2，同时释放出大量热量。焚烧后的烟气经锅炉产汽单元冷却至200℃左右，送入脱硫装置进行脱硫处理。
现有技术中，由于考虑空间位置、烟气露点腐蚀及烟气中含有催化剂固体颗粒易堵塞换热器等原因，烟气处理装置不设置空气预热器，助燃空气以常温进入CO锅炉。
发明内容
本发明的发明人发现现有的烟气处理装置中存在以下问题：
1)CO锅炉出口烟气温度一般在200℃左右，温度较高，高温烟气直接进入脱硫装置造成了烟气能量的浪费；同时脱硫装置工艺要求烟气温度在60-80℃之间，所以需要对烟气进行降温；对于湿法脱硫装置而言，需要喷淋大量水对烟气进行降温，导致脱硫装置水耗、能耗均较高；
2)助燃空气未经预热，空气以常温进入CO锅炉焚烧，为保证炉膛高达800-1100℃的焚烧温度，需要加入大量的燃料；同时需要增加相应的助燃空气，因此烟气量增加很多，导致CO锅炉的烟气阻力增加，从而使得再生烟气不能全部进入CO锅炉燃烧及烟机背压过高，影响烟机做功和系统余热回收效率。
有鉴于此，本发明的目的是提供一种至少能部分解决上述问题的用于处理催化裂化工艺中催化剂再生产生的再生烟气的烟气处理装置。
根据本发明实施例，提供了一种烟气处理装置，用于处理催化裂化工艺中催化剂再生产生的再生烟气。该烟气处理装置包括：CO锅炉，其包括炉膛、设置在炉膛底部的燃烧器、设置在炉膛下游的烟道、以及与烟道结合的产汽单元，所述燃烧器接收燃料和助燃空气进入其中并燃烧，所述炉膛接收再生烟气和助燃空气进入其中并焚烧，再生烟气燃烧产生的焚烧烟气经由所述产汽单元从烟道被排出；和烟气脱硫装置，其接收来自所述CO锅炉的焚烧烟气并对其进行脱硫处理，其中，所述烟气处理装置还包括设置在所述CO锅炉的产汽单元和所述烟气脱硫装置之间的空气预热器，用于回收焚烧烟气的余热来预热助燃空气，并且所述烟气处理装置构造为将所述空气预热器预热的助燃空气送往燃烧器和炉膛。
在一个实施例中，所述空气预热器设置为紧邻所述烟气脱硫装置的入口，并且所述空气预热器具有烟气流道和空气流道，所述烟气流道具有与CO锅炉的烟道的出口连通的烟气入口和与烟气脱硫装置的入口连通的烟气出口，所述空气流道具有接收助燃空气的空气入口和与燃烧器和炉膛中的至少一者连通的空气出口。
所述烟气脱硫装置可以包括脱硫塔。此时，优选所述空气预热器的烟气流道的延伸方向与脱硫塔的轴线方向成锐角。更优选，所述锐角在30-60°的范围内。
在另一实施例中，所述空气预热器为内置式空气预热器，并且包括：空气入口总集箱，其设置有空气入口；空气出口总集箱，其设置有空气出口；和若干个换热单元，它们彼此并排地布置且并联地连接在空气入口总集箱和空气出口总集箱之间，每个换热单元具有扁平形状并且包括换热管束，换热管束包括空气入口管箱、空气出口管箱和连接在空气入口管箱与空气出口管箱之间的若干个扁平换热管，该若干个扁平换热管沿其横截面的长边方向排成一列。
优选，所述扁平换热管的横截面的长宽比大于或等于10。
优选，所述空气入口管箱和空气出口管箱分别由扁平管构成，并且所述扁平管的横截面的短边方向与所述扁平换热管的横截面的短边方向一致。
优选，所述空气预热器还包括定距板，该定距板穿设在所述若干个换热单元之间，用于固定各换热单元之间的距离。
所述空气预热器可以内置在所述烟气脱硫装置的入口处的烟道内。此时，所述空气预热器的空气出口与燃烧器和炉膛中的至少一者连通；所述烟气脱硫装置的烟道与空气预热器之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道。
作为替代或补充，所述空气预热器可以内置在所述CO锅炉的位于产汽单元下游的烟道中。此时，所述空气预热器的空气出口与燃烧器和炉膛中的至少一者连通；所述CO锅炉的烟道与空气预热器之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道。
所述位于产汽单元下游的烟道可以沿竖直方向延伸，并可以具有沿一水平方向开口的烟道出口。此时，优选所述空气预热器设置在正对烟道出口的位置处，并且所述空气预热器的换热单元的扁平形状平行于所述竖直方向和所述水平方向。
优选，所述烟道中设置有沿所述水平方向延伸的导轨，所述空气预热器设置有导轮并且通过该导轮可移动地架设在所述导轨上。
根据本发明实施例的烟气处理装置通过利用空气预热器回收CO锅炉焚烧后的烟气余热，预热CO锅炉的燃烧空气，显著减少燃料用量，提高炉效率。此外，能够缓解脱硫装置中的降温工作，尤其对于湿法脱硫装置而言，能够大大地降低脱硫装置的水耗能耗，实现节能减排。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为根据本发明实施例一的烟气处理装置的示意图；
图2示出了根据本发明实施例一的烟气处理装置的一个优选示例；
图3为根据本发明实施例二的烟气处理装置的示意图；
图4为图3所示烟气处理装置的一个示例的示意图；
图5A、图5B示出了可用于图4所示烟气处理装置的空气预热器的一个示例；
图6示出了图5A和图5B所示空气预热器的一种变型。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1示意性地示出了根据本发明实施例一的烟气处理装置，其用于处理催化裂化工艺中催化剂再生产生的再生烟气。如图所示，该烟气处理装置包括：CO锅炉10、设置在CO锅炉下游的烟气脱硫装置20、和设置在CO锅炉10和烟气脱硫装置20之间的空气预热器30。
CO锅炉10包括炉膛12、设置在炉膛12底部的燃烧器11、设置在炉膛12下游的烟道13、以及与烟道13结合的产汽单元14。燃烧器11具有接收燃料的燃料入口11a，供给给燃烧器11的燃料与助燃空气在燃烧器11中混合后点燃，从而加热炉膛12。来自催化剂再生装置的含有CO的再生烟气通过烟气入口12a被送入CO锅炉10的炉膛12，并在炉膛12中与助燃空气混合并焚烧。焚烧产生的焚烧烟气进入烟道13，流经产汽单元14，产汽单元14中发生换热并产生蒸汽，并且焚烧烟气温度降低。产汽单元14可以为过热器、蒸发器、省煤器中的任一种或多种的组合。通常，产汽单元14使焚烧烟气的温度降低至200℃左右。
CO锅炉排出的焚烧烟气中含有浓度较高的SO2、SO3、NOx及催化剂固体颗粒，随着环保要求的提高，CO锅炉出口烟气须进行净化处理后排放。烟气脱硫装置20即用于上述脱硫等目的。在根据本发明实施例的烟气处理装置中，烟气脱硫装置20可以为任意适合的脱硫装置，例如可以为湿法脱硫装置。在湿法脱硫装置20中通过喷淋水来将焚烧烟气的温度降低至脱硫工艺所需的60-80℃之间。
根据本实施例，如图1所示，在CO锅炉10和烟气脱硫装置20之间设置了空气预热器30。空气预热器30具有烟气流道和空气流道，烟气流道具有与CO锅炉的烟道的出口连通的烟气入口和与烟气脱硫装置20的入口连通的烟气出口，空气流道具有接收助燃空气的空气入口31和与燃烧器和炉膛中的至少一者连通的空气出口32。焚烧烟气进入空气预热器30，与其内的空气换热，降温后的烟气进入烟气脱硫装置20。CO锅炉燃烧需要的助燃空气自空气预热器30的空气入口31进入，换热后的空气如图所示进入燃烧器11。应该理解的是，尽管图中示出了，助燃空气在预热之后被送入燃烧器11，但是根据CO锅炉的不同构造，助燃空气也可以被直接送入炉膛12，而本发明在此方面并不受限制。
根据本实施例，空气预热器30可以为管式空气预热器、板式空气预热器或板管式空气预热器。
空气预热器30的换热元件的材质选用耐腐蚀、耐高温、导热优良的金属或非金属。优先选用抗烟气露点腐蚀的合金(例如不锈钢)或陶瓷、玻璃等材质。
根据本实施例的烟气处理装置，通过在CO锅炉产汽单元烟气出口至烟气脱硫装置之间增加空气预热器，回收利用了烟气中的热量，实现了节能减排。同时，通过预热燃烧空气，减少了CO锅炉的燃料消耗，节约了能源。
而且，烟气回收余热降温后进入烟气脱硫装置，可以明显缓解烟气脱硫装置中的烟气降温工作。对于湿法脱硫装置而言，可以明显降低循环水量及水耗量，从而整体上降低脱硫系统运行费用，并减少雾霾污染。
图2示出了根据本发明实施例一的烟气处理装置的一个优选示例。如图2所示，该烟气处理装置中的空气预热器30A设置为紧邻烟气脱硫装置20的入口。
空气预热器30A设置在烟气脱硫装置20的烟气入口位置可以降低防腐管道的投资。具体而言，空气预热器30A对CO锅炉10排出的焚烧烟气进一步降温，降温之后的烟气可能达到烟气酸露点温度，因此在空气预热器30A与烟气脱硫装置20之间需要采用防腐管道，而空气预热器烟气入口前的管道，由于烟气温度高于露点，所以按常规管道设置。防腐管道相对于常规管道而言成本高。空气预热器30A设置于烟气脱硫装置20烟气入口处，有效减小了耐烟气酸露点腐蚀管段的长度，降低了成本。
在该示例中，烟气脱硫装置20包括脱硫塔，并且空气预热器30A的烟气流道的延伸方向与脱硫塔的轴线方向成锐角，优选在30-60°。通过这样的设置，一方面可以有利于烟气中的灰尘沉降，防止空气预热器积灰；另一方面，相比于将空气预热器30A设置为使得烟气流道的延伸方向为竖直方向，有利于降低焚烧烟气进入脱硫塔的风阻，从而降低风机的能耗。
应该理解，图2所示烟气处理装置能够实现以上参照图1介绍的根据实施例一的烟气处理装置能够实现的技术效果。
图3为根据本发明实施例二的烟气处理装置的示意图。根据实施例二的烟气处理装置与根据实施例一的烟气处理装置结构上基本相同，不同之处在于：根据实施例二的烟气处理装置中的空气预热器30B为内置式空气预热器，并且被内置在CO锅炉10的位于产汽单元14下游的烟道13中。
空气预热器30B的空气入口31接收助燃空气；空气出口32与燃烧器11和炉膛12中的至少一者连通，经过空气预热器30B被预热的空气进入燃烧器11和/或炉膛12中参与燃烧。CO锅炉10的烟道13与空气预热器30B之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道。
类似于根据实施例一的烟气处理装置，根据实施例二的烟气处理装置同样也能利用CO锅炉焚烧后的烟气余热，来预热CO锅炉的燃烧空气，显著减少燃料用量，提高炉效率；同时，缓解了脱硫装置中的降温工作，尤其是对于湿法脱硫装置而言，大大降低了水耗能耗，实现节能减排。
此外，内置在CO锅炉10烟道中的空气预热器30B有助于充分利用CO锅炉10的空间，减少了CO锅炉10与烟气脱硫装置20之间的管道的改造。另外，如上所述，由于直接利用烟道13与空气预热器30B之间的空间作为烟气流道，所以相比于外置的空气预热器而言，简化了空气预热器的构造(省去了构造烟气流道的结构部分，例如空气预热器外罩)。
尽管未示出，但是本领域技术人员根据上述说明应该理解，空气预热器30B也可以内置在烟气脱硫装置20的入口处，以替代内置在CO锅炉10的烟道出口处。这样的烟气处理装置，可以实现与实施例一类似的技术效果，并且可以获得内置式空气预热器有助于简化空气预热器结构的技术优势。此外，相比于内置在CO锅炉烟道中，将空气预热器30B内置在脱硫装置入口中将有利于减小由于烟气进一步降温而带来的对管道的腐蚀影响。
图4示出了图3所示烟气处理装置的一个优选示例，其中采用内置在烟道13中的空气预热器100。如图所示，CO锅炉10的位于产汽单元14下游的烟道13沿竖直方向延伸，并具有沿一水平方向开口的烟道出口15。空气预热器100设置在正对烟道出口15的位置处。这有助于空气预热器100在烟道13中的安装、拆卸和维护。
可选地，如图4所示，可以在烟道13中设置沿所述水平方向延伸的导轨18，并且沿着该导轨18可移动地架设空气预热器100。
催化剂再生产生的再生烟气进入CO锅炉进行焚烧，焚烧后的烟气经过锅炉产汽单元换热产生蒸汽，然后通过空气预热器管束外壁与管束内的冷空气换热。为提高换热效果，在空气预热器管束上端可以设置烟气导流装置16。烟气导流装置16例如可以包括多个弧形板片，其主要作用为引导烟气均匀进入空气预热器100的各个换热单元，强化换热效果。
空气预热器100的换热单元对应的烟道13侧壁上可以设置吹灰器19，用于清除空气预热器100的积灰。此外，烟道的底部可以设置排灰口17，并且为提高排灰效率，排灰口17的侧面可以设置松动风口17a。
以下将结合图5A、图5B和图6来介绍可用于图4所示烟气处理装置的空气预热器100的结构。
图5A示出了空气预热器100的正视图，图5B示意性地示出了沿图5A所示空气预热器100的中间位置剖切得到的剖视图。
如图5A和5B所示，空气预热器100包括：空气入口总集箱110a、空气出口总集箱110b和彼此并排地布置且并联地连接在空气入口总集箱和空气出口总集箱之间的若干个换热单元120(见图5B)。空气入口总集箱110a设置有空气入口111；空气出口总集箱110b设置有空气出口112。每个换热单元120具有扁平形状并且包括换热管束130。换热管束130包括空气入口管箱131a、空气出口管箱131b和连接在空气入口管箱131a与空气出口管箱131b之间的若干个扁平换热管132。如图5B中更清楚地显示的，每个换热单元120中的该若干个扁平换热管132沿其横截面的长边方向排成一列。
在优选示例中，扁平换热管132的横截面的长宽比大于或等于10。具有如此大长宽比的横截面的换热管132能有效提高换热效率，并有利于进一步减小对烟气的阻力。更优选地，扁平换热管132为具有长宽比大于10的矩形截面的板管换热管。
在该示例中，换热管束130的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b分别与空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b连接。该连接可以是焊接等不可拆卸式连接，也可以是例如通过承插式快接接头或卡套结构实现的可拆卸式连接。
CO锅炉10所需的助燃空气通过空气入口111进入空气入口总集箱110a，空气入口总集箱110a将空气分配给连接在其上的各个换热单元120的空气入口管箱131a，从而空气进入各换热管132并与烟气换热。换热后的空气进入换热单元120的空气出口管箱131b，进一步进入空气出口总集箱110b，由空气出口112输送至CO锅炉10的燃烧器11和/或炉膛12，然后与燃料混合后进入CO锅炉燃烧。
如图5B所示，空气入口管箱131a和空气出口管箱131b分别由扁平管构成，并且该扁平管的横截面的短边方向设置为与扁平换热管132的横截面的短边方向一致。
返回参照图4，优选空气预热器100的换热单元120的扁平形状(平行于图5A的纸面平面方向)平行于竖直方向和烟道出口15所朝向的水平方向。由于焚烧烟气经过产汽单元14之后首先沿竖直方向从上向下流动，然后在到达烟道末端时偏转方向沿烟道出口15所朝向的水平方向流动，所以使空气预热器100的换热单元120具有扁平形状，以及使得该扁平形状平行于所述竖直方向和水平方向，都有利于减小设置空气预热器100所增加的烟气阻力，从而有利于保持CO锅炉的焚烧效率。
再次参照图5B，空气预热器100还可以包括定距板150，该定距板150穿设在换热单元120之间，用于固定各换热单元120之间的距离。这样有利于增强空气预热器100的结构稳定性，提高使用寿命。
此外，在图5A和图5B所示空气预热器100中，空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b可以分别设置有排凝口113和114，用于将空气携带的由于冷凝所产生的水排出。
尽管图5A和图5B中示出，空气预热器100的每个换热单元120包括一个换热管束130，但是本发明并不限于此。图6示出了图5A和图5B所示空气预热器100的一种变型，其中每个换热单元120可以包括两个换热管束130。
具体而言，如图6所示，一个换热单元120可以包括两个换热管束130，这两个换热管束130通过彼此相邻的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b串联连接，并且位于两个换热管束130的两个末端的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b分别与空气入口总集箱110a和空气出口总集箱110b连接。相邻的空气入口管箱131a和空气出口管箱131b可以通过焊接等方式不可拆卸地连接，也可以例如通过承插式快接接头或卡套结构实现可拆卸式连接。
本领域技术人员应该理解，尽管以上参照图6以一个换热单元120包括两个换热管束130为例进行说明，但是本发明并不限于换热管束的具体数量，而是可以例如以图6所示的换热管束130为单元根据使用的需要来对换热单元进行扩展，使之包括两个以上的换热管束。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (7)
1.一种烟气处理装置，用于处理催化裂化工艺中催化剂再生产生的再生烟气，该烟气处理装置包括：
CO锅炉，其包括炉膛、设置在炉膛底部的燃烧器、设置在炉膛下游的烟道、以及与烟道结合的产汽单元，所述燃烧器接收燃料和助燃空气进入其中并燃烧，所述炉膛接收再生烟气和助燃空气进入其中并焚烧，再生烟气燃烧产生的焚烧烟气经由所述产汽单元从烟道被排出；和
烟气脱硫装置，其接收来自所述CO锅炉的焚烧烟气并对其进行脱硫处理，
其中，所述烟气处理装置还包括设置在所述CO锅炉的产汽单元和所述烟气脱硫装置之间的空气预热器，用于回收焚烧烟气的余热来预热助燃空气，并且所述烟气处理装置构造为将所述空气预热器预热的助燃空气送往燃烧器和炉膛，
其中，所述空气预热器为内置式空气预热器，其内置在烟道中，所述烟道与空气预热器之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道；并且所述空气预热器包括：
空气入口总集箱，其设置有空气入口；
空气出口总集箱，其设置有空气出口；和
若干个换热单元，它们彼此并排地布置且并联地连接在空气入口总集箱和空气出口总集箱之间，每个换热单元具有扁平形状并且包括换热管束，换热管束包括空气入口管箱、空气出口管箱和连接在空气入口管箱与空气出口管箱之间的若干个扁平换热管，该若干个扁平换热管沿其横截面的长边方向排成一列，其中所述空气预热器的换热单元的扁平形状平行于焚烧烟气的流动方向。
2.如权利要求1所述的烟气处理装置，其中，所述扁平换热管的横截面的长宽比大于或等于10，所述空气入口管箱和空气出口管箱分别由扁平管构成，并且所述扁平管的横截面的短边方向与所述扁平换热管的横截面的短边方向一致。
3.如权利要求1所述的烟气处理装置，其中，所述扁平换热管的横截面的长宽比大于或等于10，所述空气预热器还包括定距板，该定距板穿设在所述若干个换热单元之间，用于固定各换热单元之间的距离。
4.如权利要求2或3所述的烟气处理装置，其中，所述空气预热器内置在所述烟气脱硫装置的入口处的烟道内；所述空气预热器的空气出口与燃烧器和炉膛中的至少一者连通；所述烟气脱硫装置的烟道与空气预热器之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道。
5.如权利要求2或3所述的烟气处理装置，其中，空气预热器内置在所述CO锅炉的位于产汽单元下游的烟道中；所述空气预热器的空气出口与燃烧器和炉膛中的至少一者连通；所述CO锅炉的烟道与空气预热器之间的空间形成供焚烧烟气流动通过的烟气流道。
6.如权利要求5所述的烟气处理装置，其中，所述位于产汽单元下游的烟道沿竖直方向延伸，并具有沿一水平方向开口的烟道出口，所述空气预热器设置在正对烟道出口的位置处，并且所述空气预热器的换热单元的扁平形状平行于所述竖直方向和所述水平方向。
7.如权利要求6所述的烟气处理装置，其中，所述烟道中设置有沿所述水平方向延伸的导轨，所述空气预热器设置有导轮并且通过该导轮可移动地架设在所述导轨上。
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