CN106949446B - 配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉 - Google Patents

配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，包括：第一、第二、第三、第四烟道，第一烟道与第二烟道的顶端通过水平烟道相连通，第二烟道的下端与第三烟道的下端相连通，第三烟道的上端与第四烟道的上端相连通，第一烟道的下端部与入口烟道相连通，入口烟道上方的第一烟道内设置有燃烧器，水平烟道内设置有前置蒸发器，第二烟道内设置有高压过热器、中压过热器、蒸发器，第四烟道内设置有脱硝装置和高压省煤器，第四烟道与出口烟道相连通，水平烟道外的顶部设置有汽包，位于中压过热器和蒸发器之间的第二烟道上连通有带旁通阀的旁通烟道，旁通烟道与第三烟道相连通。本发明的优点在于：脱硝效率高、整个锅炉设备的高度低。

Description

配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，具体涉及配套于催化裂化装置的脱硝余热锅炉。
背景技术
催化裂化是石油二次加工的主要方法之一，在原油深度加工、特别是在重油转化中，发挥着非常重要的作用。催化裂化装置在进行催化裂化反应过程中会排放出大量的高温烟气，高温烟气中含有毒气体一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOX），其中氮氧化物主要包括一氧化氮、二氧化氮、硝酸雾等。一氧化碳和氮氧化物都是空气的主要污染物。低浓度一氧化碳会使人头痛、眼花、恶心，高浓度一氧化碳会使人死亡。排放至空气中的氮氧化物会与空气中的水反应生成硝酸和亚硝酸，而硝酸和亚硝酸正是酸雨的主要成分。氮氧化物会刺激人体肺部，损害人体呼吸道，引起人体呼吸道感染，对哮喘病患的影响尤为明显。氮氧化物还会造成儿童肺部发育受损。
脱硝余热锅炉是催化裂化装置排出的高温烟气余热回收利用的关键设备，对保证石化企业蒸汽管网正常运行起到十分重要的作用。催化裂化装置排放出的高温烟气进入脱硝余热锅炉中需要进行补充燃烧以及脱硝处理。补充燃烧用于去除高温烟气中的一氧化碳。脱硝处理用于去除高温烟气中的氮氧化物，通常脱硝处理采用脱硝效率较高的选择性催化还原法（SCR法），SCR法就是在催化剂的作用下，利用还原剂有选择性的与高温烟气中的氮氧化物进行反应，从而将氮氧化物还原成无毒害作用的氮气（N2）和水（H2O）。SCR法采用的装置称作为脱硝装置，脱硝装置中装有催化剂的反应器称作为脱硝反应器，SCR法中的还原剂可以是氨气、氨水或尿素等。
目前配套于催化裂化装置的脱硝余热锅炉主要存在以下缺陷：一、脱硝处理时，烟气的温度需要控制在350℃～400℃，烟气的温度过高会造成催化剂烧结失活，烟气的温度过低则会导致铵盐的生成，而在脱硝处理过程中工况较为复杂，烟气的温度时高时低，这导致脱硝效果并不理想。二、目前该脱硝余热锅炉提供的蒸汽主要用作发电，其蒸汽压力P=3.82MPa，温度t=420℃，该蒸汽属于中温中压过热蒸汽，而实际的发电过程表明高温高压的过热蒸汽的发电效率更高，因此目前的脱硝余热锅炉对催化裂化装置排出的高温烟气的余热利用效率有待进一步提高。三、整个锅炉设备的高度很高，如与锅炉设备相配套的催化裂化装置容量增大，整个锅炉设备的高度会达到70米以上，这导致锅炉设备的安装难度很大，后期的检修、维护成本也非常高。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是：提供一种能有效提高脱硝效率的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，包括：分别竖直设置的第一烟道、第二烟道、第三烟道、第四烟道，第一烟道与第二烟道的顶端通过水平烟道相连通，第二烟道的下端与第三烟道的下端相连通，第三烟道的上端与第四烟道的上端相连通，第一烟道的下端部与入口烟道相连通，入口烟道上方的第一烟道内设置有燃烧器，水平烟道内设置有前置蒸发器，第二烟道内从上至下依次设置有高压过热器、中压过热器、蒸发器，第四烟道内由上至下依次设置有脱硝装置和高压省煤器，高压省煤器下方的第四烟道与出口烟道相连通，水平烟道外的顶部设置有汽包，位于中压过热器和蒸发器之间的第二烟道上连通有旁通烟道，旁通烟道与第三烟道相连通，旁通烟道上设置有旁通阀。
进一步地，前述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其中，高压省煤器给水至汽包，汽包给水至前置蒸发器和蒸发器，前置蒸发器和蒸发器内受热后的汽水混合物回流至汽包内，汽包上的蒸汽出口与高压过热器的入口相连通，高压过热器输出高压过热蒸汽。
进一步地，前述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其中，脱硝装置包括：由上至下依次设置在第四烟道内的喷氨格栅和脱硝反应器。
进一步地，前述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其中，所述的高压省煤器设置有四级，由上至下依次为：四级高压省煤器、三级高压省煤器、二级高压省煤器和一级高压省煤器，四级高压省煤器给水至汽包。
更进一步地，前述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其中，四级高压省煤器、三级高压省煤器、二级高压省煤器内的换热管均采用螺旋翅片管，每根螺旋翅片管上的螺旋翅片的间距均为10mm～20mm、螺旋翅片的高度均为10mm～20mm；一级高压省煤器内的换热管采用方形翅片管，每根方形翅片管上相邻方形翅片的间距为10mm～20mm。
进一步地，前述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其中，第二烟道内设置两级高压过热器，从上至下依次为二级高压过热器和一级高压过热器，汽包上的蒸汽出口与一级高压过热器的输入端相连通，二级高压过热器的输出端输出高压过热蒸汽。
进一步地，前述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其中，第二烟道内设置两级中压过热器，从上至下依次为二级中压过热器和一级中压过热器。
进一步地，前述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其中，第二烟道的下端通过过渡烟道与第三烟道的下端相连通。
本发明的优点是：一、整个锅炉设备的高度可以降低至50米左右，这不仅大大方便了锅炉设备的安装、维护、检修，还有效提高了锅炉设备的稳定性。二、由于设置了旁通烟道，旁通烟道上的旁通阀能在进入至第四烟道内的高温烟气的温度低于350℃时打开，这能确保进入第四烟道内的高温烟气的温度始终保持在350℃～400℃，从而不仅能大大提高脱硝效率，还能有效延长催化剂的使用寿命，并降低脱硝反应器的运行维护费用。
附图说明
图1是本发明所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，包括：分别竖直设置的第一烟道3、第二烟道6、第三烟道13、第四烟道15。第一烟道3与第二烟道6的顶端通过水平烟道4相连通，第二烟道6的下端与第三烟道13的下端通过过渡烟道12相连通，第三烟道13的上端与第四烟道15的上端相连通。第一烟道3的下端部与入口烟道1相连通，入口烟道1上方的第一烟道3内设置有燃烧器2，水平烟道4内设置有前置蒸发器5。第二烟道6内从上至下依次设置有高压过热器、中压过热器、蒸发器9。本实施例中，第二烟道6内设置两级高压过热器，从上至下依次为二级高压过热器72和一级高压过热器71；第二烟道6内设置两级中压过热器，从上至下依次为二级中压过热器62和一级中压过热器61。第四烟道15内由上至下依次设置有脱硝装置和高压省煤器，高压省煤器下方的第四烟道15与出口烟道18相连通。水平烟道4外的顶部设置有汽包19，位于中压过热器和蒸发器9之间的第二烟道6上连通有旁通烟道11，旁通烟道11与第三烟道13相连通。本实施例中，旁通烟道11连通在一级中压过热器61与蒸发器9之间的第二烟道6上，旁通烟道11上设置有旁通阀10。
本实施例中脱硝装置包括：由上至下依次设置在第四烟道15内的喷氨格栅14和脱硝反应器16，为了确保烟气脱硝完全，脱硝反应器16设置有三层。本实施例中高压省煤器设置有四级，由上至下依次为：四级高压省煤器174、三级高压省煤器173、二级高压省煤器172和一级高压省煤器171。四级高压省煤器174、三级高压省煤器173、二级高压省煤器172内的换热管均采用螺旋翅片管，每根螺旋翅片管上的螺旋翅片的间距均为10mm～20mm、螺旋翅片的高度均为10mm～20mm；一级高压省煤器171内的换热管均采用方形翅片管，每根方形翅片管上相邻方形翅片的间距为10mm～20mm。尽管光管的换热面积和换热效果远不如螺旋翅片管和方形翅片管，但由于高温烟气中的颗粒物较多，为了克服换热管积灰的技术问题，传统的脱硝余热锅炉中高压省煤器内的换热管通常采用光管。而本实施例中四级高压省煤器174、三级高压省煤器173、二级高压省煤器172内的换热管均采用螺旋翅片管、一级高压省煤器171采用方形翅片管，并将每根螺旋翅片管上的螺旋翅片的间距控制在10mm～20mm、螺旋翅片的高度控制在10mm～20mm、每根方形翅片管上相邻方形翅片的间距控制在10mm～20mm，这就在极大地提高高压省煤器的换热效率的同时，解决了换热管积灰的技术问题，还有效降了低整个锅炉设备的高度。
本实施例中四级高压省煤器174给水至汽包19，汽包19给水至前置蒸发器5和蒸发器9，前置蒸发器5和蒸发器9内受热后的汽水混合物回流至汽包19内。汽包19上的蒸汽出口与一级高压过热器71的输入端相连通，二级高压过热器72的输出端输出高压过热蒸汽。
本实施例所述的脱硝余热锅炉的烟气流程如下：催化裂化装置产生的高温烟气从入口烟道1进入至第一烟道3内，进入第一烟道3内的高温烟气由燃烧器2点燃进行充分燃烧，从而去除CO。除去了CO的高温烟气向上运动进入至水平烟道4内，进入至水平烟道4内的高温烟气与前置蒸发器5进行热交换后进入第二烟道6内。第二烟道6内的高温烟气依次与二级高压过热器72、一级高压过热器71、二级中压过热器62、一级中压过热器61以及蒸发器9进行热交换，与蒸发器9完成热交换的高温烟气依次经过渡烟道12、第三烟道13进入至第四烟道15内。进入至第四烟道15内的高温烟气依次经过喷氨格栅14和三层脱硝反应器16，在催化剂的作用下还原剂有选择性的与高温烟气中的氮氧化物进行反应，从而将高温烟气中的氮氧化物还原成氮气和水。除去了氮氧化物的高温烟气再依次与四级高压省煤器174、三级高压省煤器173、二级高压省煤器172和一级高压省煤器171进行热交换，热交换完成的烟气从出口烟道18排出。位于中压过热器61和蒸发器9之间的第二烟道6上还连通有旁通烟道11，旁通烟道11的作用在于：当进入第四烟道15内的高温烟气的温度低于350℃时，旁通烟道11上的旁通阀10打开，这样与一级中压过热器61完成热交换的高温烟气就会有一部分直接从旁通烟道11、经第三烟道13进入第四烟道15内，这能确保进入第四烟道内的高温烟气的温度稳定在350℃～400℃，从而有效确保三层脱硝反应器16内的催化剂的活性，大大提高脱硝效率，并能有效延长催化剂的使用寿命，降低脱硝反应器的运行维护费用。
本实施例所述的脱硝余热锅炉的汽水流程如下：外部给水至一级高压省煤器171，一级高压省煤器171内的水依次经二级高压省煤器172、三级高压省煤器173和四级高压省煤器174，水经各级高压省煤器不断吸收高温烟气中的热量，四级高压省煤器174输出端输出的热水一部分供给至外部装置使用，另一部分供给至汽包19。汽包19内的热水一部分供给至前置蒸发器5，另一部分供给至蒸发器9。前置蒸发器5和蒸发器9内吸收了高温烟气的热量而形成的汽水混合物再回流至汽包19内。汽包19内的由汽水分离装置分离出来的高压饱和蒸汽依次进入至一级高压过热器71和二级高压过热器72，高压饱和蒸汽在一级高压过热器71和二级高压过热器72中不断吸收高温烟气的热量，二级高压过热器72的输出端则输出高压过热蒸汽，高压过热蒸汽的压力P=9.8 MPa、温度t=540℃，该高压过热蒸汽输出用作发电，发电效率得到大大提高。外来的中压饱和蒸汽依次进入一级中压过热器61和二级中压过热器62，中压饱和蒸汽在一级中压过热器61和二级中压过热器62中不断吸收高温烟气的热量，二级中压过热器62的输出端则输出中压过热蒸汽，中压过热蒸汽的压力P=3.82MPa、温度t=420℃，该中压过热蒸汽可以输出供相应装置使用。
本发明的优点在于：一、四条分别竖直设置、并依次相连通的第一烟道3、第二烟道6、第三烟道13、第四烟道15，该烟道结构能有效降低整个锅炉设备的高度；四级高压省煤器174、三级高压省煤器173、二级高压省煤器172内的换热管均采用螺旋翅片管、一级高压省煤器171采用方形翅片管，这能大大提高高压省煤器的换热效率，并能进一步有效降低锅炉设备的高度，本实施例所述整个锅炉设备的高度可以降低至50米左右，这不仅大大方便了锅炉设备的安装、维护、检修，还有效提高了锅炉设备的稳定性。二、设置旁通烟道11，旁通烟道11上的旁通阀10能在第四烟道内的高温烟气的温度低于350℃时打开，与一级中压过热器61完成热交换的高温烟气有一部分会直接进入第四烟道15内，这能确保进入第四烟道内的高温烟气的温度稳定在350℃～400℃，从而有效确保三层脱硝反应器16内的催化剂的活性，大大提高脱硝效率，并能有效延长催化剂的使用寿命，降低脱硝反应器16的运行维护费用。三、高压过热器能输出压力P=9.8 MPa、温度t=540℃的高压过热蒸汽，中压过热器能输出压力P=3.82 MPa、温度t=420℃的中压过热蒸汽，这使得催化裂化装置的高温烟气的余热利用率得到进一步提高。

Claims (8)

1.配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：包括：分别竖直设置的第一烟道、第二烟道、第三烟道、第四烟道，第一烟道与第二烟道的顶端通过水平烟道相连通，第二烟道的下端与第三烟道的下端相连通，第三烟道的上端与第四烟道的上端相连通，第一烟道的下端部与入口烟道相连通，入口烟道上方的第一烟道内设置有燃烧器，水平烟道内设置有前置蒸发器，第二烟道内从上至下依次设置有高压过热器、中压过热器、蒸发器，第四烟道内由上至下依次设置有脱硝装置和高压省煤器，高压省煤器下方的第四烟道与出口烟道相连通，水平烟道外的顶部设置有汽包，位于中压过热器和蒸发器之间的第二烟道上连通有旁通烟道，旁通烟道与第三烟道相连通，旁通烟道上设置有旁通阀。
2.根据权利要求1所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：高压省煤器给水至汽包，汽包给水至前置蒸发器和蒸发器，前置蒸发器和蒸发器内受热后的汽水混合物回流至汽包内，汽包上的蒸汽出口与高压过热器的入口相连通，高压过热器输出高压过热蒸汽。
3.根据权利要求1所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：脱硝装置包括：由上至下依次设置在第四烟道内的喷氨格栅和脱硝反应器。
4.根据权利要求2所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：所述的高压省煤器设置有四级，由上至下依次为：四级高压省煤器、三级高压省煤器、二级高压省煤器和一级高压省煤器，四级高压省煤器给水至汽包。
5.根据权利要求4所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：四级高压省煤器、三级高压省煤器、二级高压省煤器内的换热管均采用螺旋翅片管，每根螺旋翅片管上的螺旋翅片的间距均为10mm～20mm、螺旋翅片的高度均为10mm～20mm；一级高压省煤器内的换热管采用方形翅片管，每根方形翅片管上相邻方形翅片的间距为10mm～20mm。
6.根据权利要求2所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：第二烟道内设置两级高压过热器，从上至下依次为二级高压过热器和一级高压过热器，汽包上的蒸汽出口与一级高压过热器的输入端相连通，二级高压过热器的输出端输出高压过热蒸汽。
7.根据权利要求1所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：第二烟道内设置两级中压过热器，从上至下依次为二级中压过热器和一级中压过热器。
8.根据权利要求1所述的配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉，其特征在于：第二烟道的下端通过过渡烟道与第三烟道的下端相连通。
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