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      焦?fàn)t煙氣脫硝改造方案

      2018-07-20 05:17:54王永興
      山東化工 2018年13期
      關(guān)鍵詞:焦?fàn)t選擇性反應(yīng)器

      王永興

      (山西國控環(huán)球工程有限公司(原山西省化工設(shè)計院),山西 太原 030024)

      焦?fàn)t產(chǎn)生的煙道氣中含有二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx),如果直接排放到大氣中,SO2和NOx會參與和加劇光化學(xué)污染、酸沉降污染,嚴(yán)重影響空氣環(huán)境質(zhì)量,從而對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)等造成重大危害,并成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的主要因素。山西省太原、陽泉、長治、晉城、臨汾、晉中“4+2”城市轄區(qū)所有焦化企業(yè),焦?fàn)t煙囪排放均按《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171-2012)中特別排放限值的規(guī)定,按要求設(shè)置大氣污染物治理設(shè)施。煙氣凈化處理按照《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的特別限值排放標(biāo)準(zhǔn)(SO2≤30mg/Nm3,NOx≤150 mg/Nm3,顆粒物≤15 mg/Nm3)進(jìn)行裝置設(shè)計。

      1 焦?fàn)t煙氣脫硝技術(shù)

      煙氣脫硝技術(shù)主要可分為選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、SCR與SNCR相結(jié)合法、小型脫硫脫硝一體化設(shè)備等。結(jié)合焦?fàn)t煙氣特點及實際情況,本課題主要介紹選擇性催化還原法(SCR)和選擇性非催化還原法(SNCR)。

      1.1 選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)

      選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)是用NH3、尿素等作為還原劑噴入反應(yīng)爐并使其與NOx發(fā)生選擇性反應(yīng)(其中尿素成本低,效果好),這些還原劑應(yīng)當(dāng)在爐膛溫度約為850~1100℃的區(qū)域段噴入(其中還原劑尿素會迅速分解生成NH3),還原劑與煙氣中的NOx發(fā)生SNCR反應(yīng)生成N2,從而將氮氧化物脫除。

      選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)的特點主要包括:(1)系統(tǒng)和設(shè)備簡單,脫硝裝置是不需要拆除或取代現(xiàn)有設(shè)備,僅僅需要增設(shè)氨或者尿素儲存裝置和氨或者尿素的噴入口,因此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單,可適用于需要改造的系統(tǒng)中;(2)脫硝系統(tǒng)投資較?。河捎谙到y(tǒng)和設(shè)備都很簡單,而且整個反應(yīng)過程不需要借助催化劑,所以初投資和運(yùn)行的成本都很低,在這方面具有較大的優(yōu)勢;(3)系統(tǒng)的阻力降很?。好撓跸到y(tǒng)不需要改造原有的排風(fēng)裝置,因此對于整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行有較小的影響;(4)系統(tǒng)占地少:由于只需要增加氨或者尿素的儲存系統(tǒng)和輸送的管道,因此需要占用的面積??;(5)可進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化:噴入的氨和尿素的霧化程度可以通過控制系統(tǒng)很好的控制,并且可以通過精確的測量技術(shù)測量NOx的剩余量,從而可以很好的控制噴入的氨和尿素的量及其混合的程度,這樣脫硝的效率可以得到很好地控制;(6)可兼容性強(qiáng):脫硝技術(shù)可以和目前流行的低氮燃燒技術(shù)向融合,可以達(dá)到更高的脫硝效率,滿足苛刻的環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)的要求;(7)建設(shè)周期短;(8)其最大的缺點是脫硝效率較低,如果單獨使用脫硝技術(shù),只能達(dá)到約30%~50%的脫硝效果,一般很難滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)對于氮氧化物超低排放的要求。

      1.2 選擇性催化還原技術(shù)(SCR)

      選擇性催化還原技術(shù)(SCR)是目前經(jīng)常使用的一種脫除煙氣中NOx的方法,這種方法成熟、脫硝效率高、可選擇性較好。這種脫硝技術(shù)的關(guān)鍵是脫硝催化劑,不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Υ呋瘎┬阅艿囊笥兴煌?。結(jié)合項目焦?fàn)t煙氣的溫度特點,現(xiàn)主要介紹中低溫的SCR脫硝工藝。

      中低溫SCR脫硝技術(shù)的主要特點:

      (1)有與焦?fàn)t煙氣具有煙氣量大、煙氣溫度低的特點,中低溫SCR脫硝工藝技術(shù)能夠很好的解決我們目前焦?fàn)t煙氣中NOx對于超低排放要求的限制。其脫硝效率高、工藝可靠成熟;

      (2)SCR脫硝催化劑的適用溫度范圍較廣,約為180~300℃,焦?fàn)t煙氣出口的溫度能滿足SCR工藝對于溫度的要求,不需要增設(shè)其它能耗;

      (3)焦?fàn)t煙氣經(jīng)過SCR反應(yīng)器后溫度降低程度約5~10℃左右,不會對后續(xù)的余熱回收系統(tǒng)造成影響,并且符合焦?fàn)t煙氣熱能回收的要求;

      整套脫硝工藝流程較為簡單,設(shè)備布置合理,占地面積很小,系統(tǒng)能耗很低,熱能回收利用較為充分,系統(tǒng)運(yùn)行費用低。

      表1 脫硝催化劑性能

      該技術(shù)與其他脫硝技術(shù)相比,主要具有以下優(yōu)勢:

      (1)這種中低溫脫硝催化劑的特點有:適用溫度較低,催化劑無毒,其耐硫性強(qiáng),選擇性高,不易造成堵塞等特點。

      (2)中低溫SCR脫硝系統(tǒng)脫硝效率可以達(dá)到90%以上,系統(tǒng)工藝成熟且可靠。

      (3)SCR脫硝系統(tǒng)的最佳使用溫度大約為230~300℃,滿足SCR脫硝要求,不增加額外的能耗;

      (4)煙氣經(jīng)過SCR脫硝系統(tǒng)以后,溫度降小于5℃;且系統(tǒng)阻力小,能耗低。

      2 改造方案簡述

      本次改造的原脫硝設(shè)施采用尿素?zé)峤釹CR法脫硝工藝。入口NOx濃度400 mg/Nm3(標(biāo)態(tài),干基,6% O2),設(shè)計脫硝效率75%,反應(yīng)器出口NOx濃度不高于200 mg/Nm3(標(biāo)態(tài),干基,6% O2),SCR反應(yīng)器采用高灰型工藝布置。

      目前監(jiān)測結(jié)果顯示:(1)送檢催化劑煙氣入口處斷面無明顯受飛灰沖刷痕跡,煙氣孔道有少量積灰堵塞現(xiàn)象;(2)催化劑中堿金屬含量增加,說明堿金屬在催化劑中有沉積,說明催化劑呈輕微中毒趨勢;(3)催化劑的脫硝效率略有降低,但仍滿足設(shè)計值要求,屬于催化劑的正常衰減。

      脫硝超低排放改造原則及目標(biāo)值:

      (1)在現(xiàn)有煙氣脫硝基礎(chǔ)上進(jìn)行脫硝超低排放改造方案論證,選擇最適合的脫硝超低排放改造技術(shù)方案,改造工程盡可能按現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)條件進(jìn)行布置,力求工藝流程和設(shè)施布置基本不變,對各機(jī)組設(shè)施的變動最少。

      (2)脫硝系統(tǒng)運(yùn)行小時數(shù)按5500 h計,脫硝投運(yùn)率為不低于98%進(jìn)行設(shè)計。

      (3)脫硝SCR入口NOx濃度按350 mg/Nm3設(shè)計,超低排放改造后排放NOx濃度按50mg/Nm3以下,脫硝效率按85.7%設(shè)計。

      對于本項目脫硝系統(tǒng)超低排放改造的方案主要有以下兩種:

      (1)保留原有兩層催化劑,增加第三層催化劑。加裝1層新催化劑,達(dá)到超低排放的要求。但是,反應(yīng)器以及鋼結(jié)構(gòu)需要加高、加固,煙道需要改造,以及重新進(jìn)行流場模擬,整個脫硝系統(tǒng)壓降增大近250Pa。系統(tǒng)改造量以及工期大大增加;

      (2)優(yōu)化更換原兩層蜂窩式催化劑,提高催化反應(yīng)效率。

      結(jié)合本項目特點原催化劑已投入運(yùn)行三年,活性衰減,已無法滿足長期運(yùn)行超低排放的性能要求?;趦煞N方案脫硝效率均能達(dá)到85.7%,出口氮氧化物濃度為50 mg/Nm3的要求。在考慮初投資、維護(hù)費用、改造周期的長短、改造措施經(jīng)濟(jì)、合理、有效以及設(shè)備檢修維護(hù)方便性等各方面因素,采用優(yōu)化更換原兩層蜂窩式催化劑,提高催化反應(yīng)效率的方案。

      3 改造內(nèi)容

      對原有兩層蜂窩式催化劑全部進(jìn)行優(yōu)化更換,提高脫硝催化反應(yīng)效率,使出口NOx濃度滿足超低排放要求。選用催化劑型式時,需綜合考慮煤質(zhì)因素、負(fù)荷變化造成的反應(yīng)器入口NOx濃度波動;反應(yīng)器入口氣流分布;吹灰器的布置等因素,合理設(shè)計催化劑節(jié)距和通道型式,設(shè)計合理的SCR反應(yīng)器截面尺寸和催化劑布置方案。需要改造的系統(tǒng)包括:(1)反應(yīng)器改造;(2)供應(yīng)系統(tǒng)改造;(3)煙道及反應(yīng)器系統(tǒng);(4)氨/空混合及氨噴射系統(tǒng);(5)吹灰系統(tǒng);(6)儀表和控制部分;(7)電氣部分和土建部分改造。

      4 結(jié)論及建議

      (1)考慮初投資、能耗、維護(hù)費用、改造技術(shù)的可靠性、改造周期的長短、改造措施經(jīng)濟(jì)、合理、有效以及設(shè)備檢修維護(hù)方便性等各方面因素,本改造項目采用更換原兩層蜂窩式催化劑,提高催化反應(yīng)效率的方案;

      (2)本方案脫硝效率均能達(dá)到85.7%,出口氮氧化物濃度為50 mg/Nm3的要求。

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