CN113494707A - 一种通过烟气循环降低NOx排放的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过烟气循环降低NOx排放的装置及方法，装置包括依次连接的炉膛底部燃烧器本体、排气连接管和对流排烟管，在所述对流排烟管的顶端设置排烟风机，并在所述对流排烟管与燃烧器本体的外部设置烟气循环组件以将对流排烟管中10％～30％的排烟送回到燃烧器本体中。采用本申请的方案，对于现有裂解炉的结构基础不发生改变，烟气外循环技术比通过SCR反应器脱硝可以节省80％的费用，而且运行成本低，不产生额外的催化剂更换成本，便于改造和实施。

Description

一种通过烟气循环降低NOx排放的装置及方法

技术领域

本发明涉及裂解炉技术，尤其涉及一种通过烟气循环降低NOx排放的装置及方法。

背景技术

目前国内裂解炉普遍采用低NOx燃烧器配合底部燃烧器的蒸汽喷枪技术，通过降低蒸汽的喷射来达到降低底部燃烧器火焰中心的温度，然后抑制了热力型NOx的产生，从而实现裂解炉在烧焦、热备工况下NOx的达标排放。该燃烧技术方案将水蒸气与燃气半预混低氮氧燃烧和燃气分级低氮氧燃烧技术进行精心组织相互耦合，从而进一步降低NOx生成，但是这个方案的运行成本增加较多。

由于在分级燃烧中，一次燃气是直接与空气进行扩散燃烧，燃烧火焰温度达到理论燃烧温度，同时周围助燃风含有大量氧量，可以生成大量NOx。现有技术中尚未见到有采用烟气外循环技术实现在烧焦、热备工况下NOx的达标排放的相关报道。

在一些新建的乙烯装置有部分裂解炉采用SCR脱硝的方案，引入液氨与氮氧化物反应，降低最终NOx的排放，但是SCR催化剂的费用较高，催化剂的寿命一般在3年左右，采用烟气循环的技术可以节省80％的费用，而且对于已经投产的裂解炉，需要增加配套的液氨储存设施、喷嘴，并在已有的裂解炉对流段增加SCR催化剂床层模块，对裂解炉的基础也是一个挑战，成本增加。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种通过烟气循环降低NOx排放的装置及方法，其能解决上述问题。

装置设计原理：在现有低NOx燃烧器基础上增加烟气外循环系统，将部分烟气通过引风机，与助燃风混合后进入燃烧器，从而降低助燃风氧量、增加火焰部分烟气量，最终降低火焰最高温度和降低参与NOx反应的氧气浓度。

技术方案：本发明的目的采用以下技术方案实现。

一种通过烟气循环降低NOx排放的装置，包括依次连接的燃烧器本体、排气连接管和对流排烟管，在所述对流排烟管的顶端设置排烟风机，并在所述对流排烟管与燃烧器本体的外部设置烟气循环组件以将对流排烟管中10％～30％的排烟送回到燃烧器本体中，且经烟气循环组件后低温烟气通过烟气分配通道送往燃烧器本体底部的多个燃烧器，直接或间接将低温烟气喷入到燃烧的火焰中心从而降低NOx生成量。

优选的，所述烟气循环组件包括依次连接的回烟管、循环风机、循环总管和烟气分管，所述回烟管的一端连接至对流排烟管的管体上靠近所述排烟风机处，所述回烟管的另一端连接至所述循环风机的进风口，所述循环总管的上游端连接至所述循环风机的出风口，所述循环总管的下游段设置在所述燃烧器本体的炉膛下部供风处，并在所述循环总管对准燃烧器本体供风处的管体上连接多根垂直向上开口设置的烟气分管。

优选的，所述排气连接管的管长L小于等于连接管管径d；所述排气连接管的连接管管径d小于对流排烟管的烟管管径d1，对流排烟管的烟管管径d1小于燃烧器本体的炉膛最大内径d2。

优选的，所述所述排气连接管的连接管管径d小于等于对流排烟管的烟管管径d1的一半。

优选的，所述回烟管的上游端连接至对流排烟管上的位置高度h与排气连接管的连接管管径d的关系为：h≥6d。

优选的，所述燃烧器本体为裂解炉。

优选的，烟气循环组件将对流排烟管中20％的排烟送回到燃烧器本体中。

优选的，所述排气连接管采用直管或弯管。

优选的，所述燃烧器本体为裂解炉。

优选的，低温烟气通过烟气分管对应燃烧器本体底部的烟气通道进入燃烧器入口风道，通过与空气混合后经烧嘴砖中间通道与来自燃料管的燃料混合燃烧。

优选的，低温烟气通过烟气分管对应燃烧器本体底部的烟气通道进入烧嘴砖中间通道，与来自燃烧器入口风道的空气、和来自燃料管的燃料混合燃烧。

优选的，低温烟气通过烟气分管对应燃烧器本体底部穿过炉底耐火材料直接进入炉膛底部，通过燃烧产生的负压与烧嘴砖中间通道的空气和燃料混合燃烧。

一种通过烟气循环降低乙烯裂解炉NOx排放水平的方法，方法包括：a)由裂解炉排烟端可控的引出的低温烟气；b)经由压缩设备将低温烟气引至炉底各个燃烧器的供风风道或者通过专用烟气通道引入裂解炉炉底再进入炉膛下部；c)通过供风风道或烟气通道将裂解炉低温烟气返回到裂解炉底部燃烧器燃烧区，降低燃烧区中心温度，减少NOx生成量，以降低裂解炉NOx排放水平。

优选的，循环的低温烟气引至全部或部分燃烧器本体底部的燃烧器，其中低温烟气的温度范围为80℃～160℃，低温烟气直接或间进入火焰中心降低燃烧温度，以降低NOx生成量。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：采用本申请的方案，对于现有裂解炉的结构基础不发生改变，取消现有的蒸汽喷雾法，烟气外循环技术比通过SCR反应器脱硝可以节省80％的费用，而且运行成本低，不产生额外的催化剂更换成本，便于改造和实施。

附图说明

图1为本发明一种通过烟气循环降低NOx排放的装置采用直管连接管的示意图；

图2为排气连接管采用弯管的示意图

图3为低温烟气进入燃烧器本体一个实施例；

图4为低温烟气进入燃烧器本体的第二实施例；

图5为低温烟气进入燃烧器本体的第三实施例。

图中：1、燃烧器本体；2、对流排烟管；3、排气连接管；4、排烟风机；5、回烟管；6、循环风机；7、循环总管；8、烟气分管；9、燃烧器入口风道；10、烧嘴砖中间通道；11、燃料管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，一种通过烟气循环降低NOx排放的装置，包括依次连接的燃烧器本体1、排气连接管3和对流排烟管2，在所述对流排烟管2的顶端设置排烟风机4，并在所述对流排烟管2与燃烧器本体1的外部设置烟气循环组件以将对流排烟管2中10％～30％的排烟送回到燃烧器本体1中。

其中，所述燃烧器本体1为裂解炉。

其中，烟气循环组件将对流排烟管2中20％的排烟送回到燃烧器本体1中。

其中，所述排气连接管3采用直管或弯管。

烟气循环组件

烟气循环组件包括依次连接的回烟管5、循环风机6、循环总管7和烟气分管8，所述回烟管5的一端连接至对流排烟管2的管体上靠近所述排烟风机4处，所述回烟管5的另一端连接至所述循环风机6的进风口，所述循环总管7的上游端连接至所述循环风机6的出风口，所述循环总管7的下游段设置在所述燃烧器本体1的炉膛下部供风处，并在所述循环总管7对准燃烧器本体1供风处的管体上连接多根垂直向上开口设置的烟气分管8。烟气分管8将循环的烟气从炉膛底部位置的燃烧嘴侧壁进入燃烧器本体1、即裂解炉的炉膛。

管体关系

排气连接管3的管长L小于等于连接管管径d；所述排气连接管3的连接管管径d小于对流排烟管2的烟管管径d1，对流排烟管2的烟管管径d1小于燃烧器本体1的炉膛最大内径d2。

进一步的，所述所述排气连接管3的连接管管径d小于等于对流排烟管2的烟管管径d1的一半。

进一步的，所述回烟管5的上游端连接至对流排烟管2上的位置高度h与排气连接管3的连接管管径d的关系为：h≥6d。

低温烟气进入燃烧器本体1分多种方式，参见图3-5的三种方式。

参见图3，低温烟气通过烟气分管8对应燃烧器本体1底部的烟气通道进入燃烧器入口风道9，通过与空气混合后经烧嘴砖中间通道10与来自燃料管11的燃料混合燃烧。

参见图4，低温烟气通过烟气分管8对应燃烧器本体1底部的烟气通道进入烧嘴砖中间通道10，与来自燃烧器入口风道9的空气、和来自燃料管11的燃料混合燃烧。

参见图5，低温烟气通过烟气分管8对应燃烧器本体1底部穿过炉底耐火材料直接进入炉膛底部，通过燃烧产生的负压与烧嘴砖中间通道10的空气和燃料混合燃烧。

采用上述装置，本申请提供了一种通过烟气循环降低乙烯裂解炉NOx排放水平的方法，方法包括。

a)由裂解炉排烟端可控的引出的低温烟气。

b)经由压缩设备将低温烟气引至炉底各个燃烧器的供风风道或者通过专用烟气通道引入裂解炉炉底再进入炉膛下部。

c)通过供风风道或烟气通道将裂解炉低温烟气返回到裂解炉底部燃烧器燃烧区，降低燃烧区中心温度，减少NOx生成量，以降低裂解炉NOx排放水平。

进一步的，循环的低温烟气引至全部或部分燃烧器本体1底部的燃烧器，其中低温烟气的温度范围为80℃～160℃，低温烟气直接或间进入火焰中心降低燃烧温度，以降低NOx生成量。

综上，在裂解炉、即燃烧器本体1引风机出口烟囱适当位置开孔，通过新增烟道引出部分烟气，将这部分烟气通过压缩机送至裂解炉炉底的集合风道，分别分配至炉底的每个燃烧器，通过每个伸入燃烧器烧嘴砖内部特点位置的烟气喷枪，将循环烟气通过喷枪喷入到燃烧器的燃烧区域，降低燃烧区的火焰中心温度，从而降低燃烧产生的氮氧化物，达到降低裂解炉NOx排放水平的目的。经验证，采用烟气循环的技术比通过SCR反应器脱硝可以节省80％的费用，不需要增加配套的液氨储存设施、喷嘴，以及SCR催化剂床层模块。现场实施容易，对裂解炉整体结构不造成影响。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种通过烟气循环降低NOx排放的装置，包括依次连接的燃烧器本体(1)、排气连接管(3)和对流排烟管(2)，其特征在于：在所述对流排烟管(2)的顶端设置排烟风机(4)，并在所述对流排烟管(2)与燃烧器本体(1)的外部设置烟气循环组件以将对流排烟管(2)中10％～30％的排烟送回到燃烧器本体(1)中，且经烟气循环组件后低温烟气通过烟气分配通道送往燃烧器本体(1)底部的多个燃烧器，直接或间接将低温烟气喷入到燃烧的火焰中心从而降低NOx生成量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述烟气循环组件包括依次连接的回烟管(5)、循环风机(6)、循环总管(7)和烟气分管(8)，所述回烟管(5)的一端连接至对流排烟管(2)的管体上靠近所述排烟风机(4)处，所述回烟管(5)的另一端连接至所述循环风机(6)的进风口，所述循环总管(7)的上游端连接至所述循环风机(6)的出风口，所述循环总管(7)的下游段设置在所述燃烧器本体(1)的炉膛下部供风处，并在所述循环总管(7)对准燃烧器本体(1)供风处的管体上连接多根垂直向上开口设置的烟气分管(8)。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述排气连接管(3)的管长L小于等于连接管管径d；所述排气连接管(3)的连接管管径d小于对流排烟管(2)的烟管管径d1，对流排烟管(2)的烟管管径d1小于燃烧器本体(1)的炉膛最大内径d2。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述燃烧器本体(1)为裂解炉。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述排气连接管(3)采用直管或弯管。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：低温烟气通过烟气分管(8)对应燃烧器本体(1)底部的烟气通道进入燃烧器入口风道(9)，通过与空气混合后经烧嘴砖中间通道(10)与来自燃料管(11)的燃料混合燃烧。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：低温烟气通过烟气分管(8)对应燃烧器本体(1)底部的烟气通道进入烧嘴砖中间通道(10)，与来自燃烧器入口风道(9)的空气、和来自燃料管(11)的燃料混合燃烧。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：低温烟气通过烟气分管(8)对应燃烧器本体(1)底部穿过炉底耐火材料直接进入炉膛底部，通过燃烧产生的负压与烧嘴砖中间通道(10)的空气和燃料混合燃烧。

9.一种通过烟气循环降低乙烯裂解炉NOx排放水平的方法，其特征在于，方法包括：

a)由裂解炉排烟端可控的引出的低温烟气；

b)经由压缩设备将低温烟气引至炉底各个燃烧器的供风风道或者通过专用烟气通道引入裂解炉炉底再进入炉膛下部；

c)通过供风风道或烟气通道将裂解炉低温烟气返回到裂解炉底部燃烧器燃烧区，降低燃烧区中心温度，减少NOx生成量，以降低裂解炉NOx排放水平。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：循环的低温烟气引至全部或部分燃烧器本体(1)底部的燃烧器，其中低温烟气的温度范围为80℃～160℃，低温烟气直接或间进入火焰中心降低燃烧温度，以降低NOx生成量。

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