一种乙烯裂解炉烟气SCR催化脱硝反应装置的制作方法

一种乙烯裂解炉烟气scr催化脱硝反应装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种乙烯裂解炉烟气scr催化脱硝反应装置，是一种裂解炉中促进化学反应的化工装置，是一种用于裂解炉降低nox的环保装置。


背景技术：

2.目前,一些在运乙烯裂解炉采用低氮燃烧器的方式降低氮氧化物排放，基本没有设置烟气的脱硝设施。考虑到燃料利用率和稳定燃烧的因素，低氮燃烧器只能将nox浓度降低至80~100mg/nm3的水平，距离50mg/nm3超低排放指标还有不小的差距。针对现有乙烯裂解炉采取切实可行的脱硝措施有效降低氮氧化物浓度和排放量，成为当务之急。而由于合适的“温度窗”内烟气停留时间太短，流场极不理想，无法实施sncr脱硝工艺，使得scr脱硝工艺在乙烯裂解炉上的应用成为必然。
3.现有的规整脱硝催化剂采用是蜂窝结构，即将脱硝催化剂制作为纵横的格栅，为促进烟气的流动以及提高催化效率，格栅中间上下直通，使烟气通过由脱硝催化剂构成的直通通道上升过程中与催化剂表面接触，使烟气在上下直通的通道内流动过程中产生脱硝催化反应。由于烟气经过催化剂的通道时流动速度较快，因此需要设置较长的流动通道才能实现比较完全的催化反应，因此规整脱硝催化剂高度（催化剂烟气流动通道的长度）一般要求在接近1米高度，再算上维修空间，规整脱硝催化剂一般要求在两个换热组件之间有3米以上的空间。
4.然而原设计没有scr催化脱硝反应装置的裂解炉没有考虑预留规整脱硝催化剂的布置空间，在安装scr催化脱硝反应装置较为理想的第二、三换热组件之间只有不超过1米的空间，如果安装常规的规整脱硝催化剂，为腾出安装空间需要将第二、三换热组件上下移动，甚至还要增高对流段，换热组件是由大量刚性连接的管道构成的，移动绝非易事，而增高对流段涉及外壳整体结构，问题更加复杂，改造成本将十分高昂。如何在不改变裂解炉原有设计的情况下，在狭小的空间中设置脱硝催化装置是一种需要解决的技术难题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的问题，本实用新型提出了一种乙烯裂解炉烟气scr催化脱硝反应装置。所述的装置使用颗粒状的散装脱硝催化剂，使催化剂的高度大大降低，以较低的成本，解决了现有裂解炉scr改造问题。
6.本实用新型的目的是这样实现的：一种乙烯裂解炉烟气scr催化脱硝反应装置，包括：设置在乙烯裂解炉对流段1中两组换热组件之间的格栅板，在所述的格栅板上依次设置：底网、随机形态填充的散装脱硝催化剂、压网；所述的格栅板上下两面设有许多使烟气能够顺畅的在格栅板上下流动的孔洞；所述的底网和压网与周围的炉壁结合形成一个将散装催化剂约束在其中的空间。
7.进一步的，所述的散装脱硝催化剂的颗粒是鲍尔环状、球状、短圆柱状中的一种。
8.进一步的，所述的散装脱硝催化剂的颗粒粒径为4~10毫米。
9.进一步的，所述的散装脱硝催化剂在格栅板与压网之间填充的厚度小于等于0.5米。
10.进一步的，所述的格栅板由纵横排列的不锈钢板构成。
11.进一步的，所述的压网是不锈钢网。
12.进一步的，所述的格栅板与压网之间均匀分布多个连接件。
13.进一步的，所述的连接件是钩钉和能够锁止在钩钉上的自锁片。
14.本实用新型的优点和有益效果是：本实用新型采用网状固定的方式在高度狭小的空间中固定相对较薄的一层散装颗粒形的催化剂，改变传统上下直通烟气流动通道，使烟气在催化剂之间曲线流动，以较短的距离完成充分的催化反应，在无需对原设计的裂解炉进行较大改造的基础上只需在第二、三换热组件之间增加一层散装催化剂，以及相应的喷氨格栅，即实现了与常规规整脱硝催化剂相同效果的scr催化反应，在实现了超低nox排放的前提下，大大降低了乙烯裂解炉的环保改造成本。本实用新型的优势在于：
15.1.常规的规整催化剂所需安装高度较高、安装空间非常大，现有乙烯裂解炉无法提供此安装条件，所以现有乙烯裂解炉的scr脱硝改造已经成为困扰各炼化企业烟气脱硝的技术难题，急需解决。本实用新型所述的散装脱硝催化剂与常规蜂窝式催化剂化学成分是一致的，具有同样的脱硝性能。其形态为球状、短圆柱状或鲍尔环状，安装十分灵活，所需安装空间和高度很小，只需要1米左右。
16.2.烟气均匀地穿过散装催化剂单元间随机形成的空隙通道，这些通道曲折迂回，烟气在曲折迂回的空隙通道内会形成湍流状态，非常有利于烟气中的nox和还原剂氨在催化剂表面和微孔中进行氧化还原反应，从而提高了脱硝效率。
17.3.现有乙烯裂解炉对流段无需增高、无需做较大改动即可通过在对流段中部布置散装催化剂并在其上游增设喷氨格栅，实施scr脱硝改造，从而实现氮氧化物有效脱除，达到超低排放的目的。
18.4.节省了改造费用、缩短了改造周期和停炉时间。
附图说明
19.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
20.图1是本实用新型实施例一所述装置的结构示意图；
21.图2是本实用新型实施例一所述装置的结构示意图，是图1中a点的放大图；
22.图3是本实用新型实施例三所述格栅板的结构示意图。
具体实施方式
23.实施例一：
24.本实施例是一种乙烯裂解炉烟气scr催化脱硝反应装置，如图1、2所示。本实施例包括：设置在乙烯裂解炉对流段1中两组换热组件之间的格栅板2，所述的格栅板上依次设置：底网3、随机状态填充的散装脱硝催化剂4、压网5，如图2所示。
25.本实施例所述的装置的核心是使用一种作为催化剂的固态物质，这种固态物质能够压制成各种形状，如蜂窝式的格栅板或波纹板、或者各种形状的颗粒。当化石燃料（如煤炭、石油、天然气等）燃烧时的烟气以及喷洒在烟气中的脱硝物质（如氨）流过这种固态的催
化剂时，就会加速脱硝物质与烟气中的nox发生反应，减少排出烟气中nox含量，降低nox对环境的影响。
26.通常情况下，将乙烯裂解炉内一般分为两段，最下方与燃烧火焰接触的一段称为辐射段，辐射段上方称为对流段，对流段与排出烟气的烟囱连接。对流段中通常间隔设置多组由大量管道构成的换热组件，如图2所示的应用实例中设置了三组换热组件：最下方，在辐射段出口处是换热组件一6，从换热组件一向上，沿炽热的烟气从下向上流动的方向（如图1中箭头所指方向）依次分布换热组件二7、换热组件三8（见图1）。乙烯裂解炉烟气在炉体内的辐射段出口烟气温度较高（正常温度1050～1150℃），通过对流段各组换热进行热交换后烟气温度逐渐降低，至烟囱前烟气温度在150℃左右，而在对流段中部烟气温度有280~450℃的温度窗口，此温度段适于在催化剂作用下发生高效的脱硝反应。因此，本实施例在换热组件一和换热组件二之间设置喷氨格栅9（见图1），与换热组件二、三之间的催化剂配合，形成燃烧炉对流段中烟气的脱硝反应。喷氨格栅能够实现区域控制，其喷嘴数量、规格、排列尺寸是经严格计算，并经cfd模拟实验验证的。其目的是将被空气稀释为氨浓度1~5%的含氨混合气体，均匀分配至整个对流段截面，且根据催化剂层下游（即上方）烟气中nox浓度情况，实现精准调节。以满足催化剂层所需要的入口烟气中氨浓度偏差小于5%的要求，充分发挥催化剂层的功效。
27.由于本实施例采用的散装催化剂，因此需要能够允许烟气上下流动的刚性材料作为托盘，在托盘上使用网状材料将散装催化剂约束在适当范围内。本实施例采取的方式是：在散装催化剂的底部设置刚性的格栅板，在格栅板上铺设底网，上部设置压网，底网和压网与周围的炉壁结合形成一个封闭的空间，将散装催化剂约束在其中。格栅板上下两面有许多的孔洞，使烟气能够顺畅的在格栅板上下流动，而不会受到阻碍。
28.本实施例所述的散装脱硝催化剂是一种将固态的催化剂压制为大小统一、行状统一的小颗粒，颗粒的行状可以是球状、短圆柱状、拉西环状、鲍尔环状等形状。颗粒的粒径（颗粒大小）在4~10毫米之间选择。将大量的催化剂颗粒以散落的形式充满在格栅板和压网构成的空间中，形成一层气流能够穿过的催化剂层。由于催化剂颗粒是散乱的随机充斥，气流在通过催化剂层时，不会像通过传统格栅形催化剂那样，直上直下的通过，而是绕开催化剂的颗粒，从催化剂颗粒之间的缝隙中曲折通过，这样虽然降低了气流流动性，但却提高了催化剂与气流的接触，促进了催化反应。阻碍烟气流动性的问题可以通过增大催化剂颗粒的直径，减少催化层厚度，以及选择适当颗粒形状（如催化剂颗粒选用具有镂空的拉西环或鲍尔环）的方式加以解决。
29.所述的底网和压网是一种由纵横金属丝编制的柔性金属网，能够将催化剂的颗粒封闭在与格栅板构成的空间中。压网的金属丝可以是耐热钢，或耐热不锈钢等钢材，两个金属网的目数因催化剂规格而定。
30.为避免催化剂颗粒被气流吹散，可以在格栅板和压网之间设置连接件，固定格栅板和压网之间的距离，避免柔性的压网被气流吹起、使催化剂颗粒被吹松、形成烟气通道，从而避免造成烟气不均匀流动。
31.在一些其他应用的燃烧炉中，会设置更多组的换热组件，为使脱硝反应更加完全，可以在多个换热组件之间设置多个本实施例所述的装置，以获得更好的脱硝效果。
32.需要说明的是，在本实施例的描述中术语“上游”“下游”等指示的方位或位置关系
为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，下面所描述的不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.本实施例所述散装脱硝催化剂与常规蜂窝式式催化剂的化学成分是一致的，具有同样的脱硝性能，散装脱硝催化剂最大的优点是需要的安装空间小。装填灵活，布置方便，可以根据需要铺设不同的厚度、堆积成各种形状。另外因散装催化剂单元（球状、鲍尔环状）之间空隙是不规则的，随机形成的烟气通道是曲折迂回的，烟气在曲折迂回的空隙通道内会形成湍流状态，能够提高烟气中nox和氨气分子与催化剂表面的接触机会，从而提高了脱硝效率。利用散装催化剂的特点，本实施例拟将散装脱硝催化剂应用于在运乙烯裂解炉烟气scr脱硝系统上。具体方式如下：
34.乙烯裂解炉烟气scr脱硝系统主要包括scr还原剂供应系统、稀释系统、氨喷射系统和脱硝反应系统。首先实施无需停炉的scr还原剂供应系统、稀释系统，解决还原剂供应和稀释风问题。对于短期停炉的乙烯裂解炉逐台实施scr改造：
35.第一步，根据原始数据和实际运行参数，选定各运行工况下对流段中烟温在280~420℃区间，确定两组换热组件之间的检修空间，作为布置脱硝催化剂的空间。
36.第二步，设计催化剂层下部格栅板及底网和压网，格栅板要充分考虑催化剂荷载，压网和底网要考虑所采用的散装催化剂的粒径，确保不发生坠落现象。
37.第三步，设计催化剂层，根据烟气具体成分、流量、温度、nox浓度初始条件和要求的排放条件，并考虑对流段截面、裂解炉引风机裕量，计算散装催化剂填充量和铺设厚度h。
38.第四步，根据散装催化剂的铺设厚度h，设计钩钉及自锁片，以及压网，以防止自下向上流动的烟气将散装催化剂吹散或浮动，因为吹散或浮动会形成烟气大的通道，造成烟气不均匀流动，从而降低脱硝效率。钩钉及自锁垫片以及压网能够使散装催化剂形成稳固的催化剂层，烟气均匀地穿过散装催化剂颗粒间随机形成的空隙通道。散装催化剂颗粒之间缝隙通道曲折迂回，非常有利于烟气中的nox和还原剂氨在催化剂表面和微孔中进行氧化还原反应，从而提高了脱硝效率。
39.第五步，在催化剂层上游（即下方）换热组件的下方，设计喷氨格栅，其目的是将氨气均匀分布到烟气中，以满足催化剂对氨气在烟气中浓度偏差值小于5%的要求。
40.实施例二：
41.本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于散装脱硝催化剂的细化。本实施例所述的散装脱硝催化剂的颗粒是鲍尔环状、球状、短圆柱状中的一种。
42.这些形状颗粒的堆积可以产生不同的孔隙率，对烟气流动性形成不同的影响，可以根据燃烧炉的实际情况进行选择。
43.所述的短圆柱是指一种直径与圆柱的长度相等的固体颗粒形状，是一种专门用于固体散装化学剂填充料的形状。
44.实施例三：
45.本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于散装脱硝催化剂的细化。本实施例所述的散装脱硝催化剂的颗粒粒径为4~10毫米。
46.散装脱硝催化剂的颗粒粒径根据烟气的流动性、催化脱硝反应等需求而确定。
47.实施例四：
48.是上述实施例关于散装脱硝催化剂的细化。本实施例所述的散装脱硝催化剂在格栅板与压网之间填充的厚度h小于等于0.5米，如图2所示。
49.由于散装催化剂是随机填充的，烟气曲折的流动在颗粒之间的缝隙中，因此烟气的流动受到一定的影响。为减少对烟气流动的影响，需要限制催化剂层的厚度，以便将散装催化剂对烟气的流动性影响降到最低。
50.实施例五：
51.本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于格栅板的细化。本实施例所述的格栅板由纵横排列的不锈钢板构成。如图3所示。
52.为使空气能够畅通的格栅板上下流动，并使格栅板具有相当的刚性，为此本实施例采用竖向纵横排列的钢长条板，纵横连接在一起，形成网格状的格栅板，烟气能够自由地穿越格栅板，而不会受到阻碍，同时格栅板具有相当的强度和抗弯能力。
53.钢长条板的材料可以是耐热钢，或耐热不锈钢等材料。
54.实施例六：
55.本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于底网和顶部网的细化。本实施例所述的底网和压网是不锈钢网。
56.耐热不锈钢可以防止烟气中有害物质的腐蚀，并在高温下保持足够的许用应力，维持长期有效的工作。
57.实施例七：
58.本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于格栅管和压网的细化。本实施例所述的格栅板与压网之间均匀分布多个连接件10，如图1所示。
59.连接件的作用就是将格栅板和压网（包括底网）拉在一起，在热气流的吹动下维持原有形状，以保证散装催化剂稳定形成均匀的催化剂层。由于格栅板是刚性的，因此，只要连接件足够多，就能使压网压住散装催化剂。
60.连接件可以是两端带有钩子的零件，也可以是一端有钩子，另一端用锁片固定，或者其他方式固定的连接件。
61.实施例八：
62.本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于连接件的细化。本实施例所述的连接件是钩钉101和能够锁止在钩钉上的自锁片102，如图2所示。
63.本实施例所述的钩钉一端有钩子，钩在格栅板上，另一端用自锁片压在压网上，维持压网对散装催化剂的压力。自锁片可以采用焊接、螺纹连接等方式与钩钉连接。
64.最后应说明的是，以上仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案（比如裂解炉的形式、喷氨格栅与热交换组件的位置关系、催化脱硝装置与热交换组件之间的位置关系等）进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。