寧 博
(中國石化催化劑有限公司齊魯分公司催化劑一車間,山東 淄博 255300)
隨著環(huán)保意識的不斷提高,對大氣污染物的認識和研究不斷加深。大氣污染物主要分為氣溶膠狀態(tài)污染物、氣體狀態(tài)污染物。煙、霾、粉塵等均屬于氣溶膠狀態(tài)污染物,硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等為主要氣態(tài)污染物[1]。
氮氧化物(NOx)是造成大氣污染的主要污染物之一。大氣中NOx的主要來源有兩方面。一方面是由自然界中的固氮菌、雷電等自然過程所產(chǎn)生的;另一方面是由人類活動所產(chǎn)生的。人類活動過程中產(chǎn)生的NOx主要源自燃料高溫燃燒過程。燃燒過程中形成的NOx分為三類。一類是燃料型NOx,由燃料中氮的化合物而成,其與燃料中的含氮量有關(guān);第二類是快速型NOx,主要是碳氫化燃料在富燃料燃燒時,反應(yīng)區(qū)附近會快速生成NOx;第三類是熱力型NOx,指空氣中的N2在高溫下被氧化而產(chǎn)生的氮氧化物[2]。
FCC催化劑生產(chǎn)裝置通過燃燒天然氣來產(chǎn)生高溫?zé)煹罋?。由于生產(chǎn)工藝要求,需要一定量的高溫?zé)煹里L(fēng)來攜帶物料,因此實際生產(chǎn)過程中,為滿足工藝用風(fēng)需求,通常向燃燒爐內(nèi)通入過量的空氣。但過量空氣中的N2與O2在爐內(nèi)高溫下反應(yīng),產(chǎn)生大量的氮氧化物污染物。隨著環(huán)保壓力的增大,對工業(yè)大氣污染物排放的要求越來越高,外排尾氣中氮氧化物的含量成為了尾氣達標(biāo)排放的一個重要指標(biāo),山東省地方標(biāo)準(zhǔn)《區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,尾氣中氮氧化物(以NO2計)的排放標(biāo)準(zhǔn)為≤100 mg/m3。目前裝置尾氣中的氮氧化物排放量為70 mg/m3,已經(jīng)達到排放標(biāo)準(zhǔn),為進一步降低排放量,對裝置燃氣爐進行了動改試驗。
降低工業(yè)廢氣中NOx的控制方法主要從燃燒前、燃燒中和燃燒后三個階段考慮。目前對于NOx的控制方法的研究主要集中在燃燒中和燃燒后,因此,在控制燃燒中對NOx采取措施的稱為低NOx燃燒技術(shù),把控制燃燒后的NOx的措施稱為煙氣脫硝技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)中,過量空氣量和燃燒區(qū)溫度是影響 NOx的重要因子,因此,低NOx燃燒技術(shù)就是通過控制燃燒區(qū)域的空氣和溫度來達到降低NOx排放的效果。以達到阻止 NOx生成及降低其排放的目的?,F(xiàn)在普遍運用于工業(yè)廢氣治理中的低 NOx燃燒技術(shù)主要有燃燒優(yōu)化技術(shù)、低NOx燃燒器技術(shù)、空氣分級燃燒技術(shù)等[4]。
根據(jù)表1氮氧化物的生成機理,F(xiàn)CC生產(chǎn)裝置采用天然氣為燃料,產(chǎn)生的氮氧化物主要為熱力型NOx??紤]到干燥成型工序、氣流干燥工序現(xiàn)有的裝置配置,若采用低NOx燃燒器或空氣分級燃燒等技術(shù),裝備的投入成本以及裝置停工對生產(chǎn)的影響較大,因此優(yōu)先選取采取燃燒優(yōu)化技術(shù),在干燥成型工序的天然氣燃燒爐進行降低氮氧化物的試驗。
表1 NOx的生成機理[3]
該套裝置的干燥成型工序的天然氣燃燒爐采用獨立的鼓風(fēng)系統(tǒng),試驗方案:對天然氣燃燒爐的鼓風(fēng)機配風(fēng)進行優(yōu)化,達到降低經(jīng)過高溫區(qū)的新鮮空氣量的目的。改進前后的天然氣燃燒爐流程簡圖如圖1、2所示。
圖1 原天然氣燃燒爐流程簡圖
圖2 改進后的天然氣燃燒爐流程
完成試驗方案改進后,進行了不同配風(fēng)條件下的試驗。由表2可見,在保證工藝用風(fēng)的前提下,將鼓風(fēng)機輸送的新鮮空氣部分分流至燃燒爐頂部,減少了經(jīng)過高溫燃燒區(qū)的新鮮空氣量,氮氧化物得到有效降低。
表2 不同進風(fēng)條件下的尾氣氮氧化物數(shù)據(jù)
實際生產(chǎn)過程中,為確保天然氣燃燒效果,通常向爐內(nèi)通入過量的新鮮空氣。通過試驗調(diào)整鼓風(fēng)機操作參數(shù),降低通入爐內(nèi)的空氣量,達到降低過量空氣系數(shù)的目的,尾氣中氮氧化物的變化趨勢如表3所示。
表3 不同鼓風(fēng)量條件下尾氣中氮氧化物含量
由表3可見,降低鼓風(fēng)機風(fēng)量,對降低外排尾氣中NOx含量有明顯效果。
在滿足裝置工藝用風(fēng)的前提下,通過采?、賹μ烊粴馊紵隣t的進風(fēng)量進行分流,降低經(jīng)過高溫燃燒區(qū)的新鮮空氣量;②降低通入天然氣燃燒爐內(nèi)的過量空氣的措施,外排尾氣中氮氧化物含量明顯降低,對同類型生產(chǎn)裝置降低NOx具有較好的借鑒意義。