周 鵬, 寧海文, 吳世家, 王遠(yuǎn)強(qiáng), 何 勇

(山西豐喜華瑞煤化工有限公司 山西運(yùn)城 043100)

山西豐喜華瑞煤化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱山西華瑞化工公司)為積極響應(yīng)國(guó)家在京津冀及周邊地區(qū)、汾渭平原進(jìn)行的大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng),2018 年實(shí)施了煙氣脫硫提標(biāo)改造項(xiàng)目,項(xiàng)目建成后領(lǐng)先同類企業(yè)達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)[《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13271—2014)中特別排放限值規(guī)定的SO2≤50 mg/m3(標(biāo)態(tài))、NOx≤150 mg/m3(標(biāo)態(tài))、粉塵≤20 mg/m3(標(biāo)態(tài))]的要求。 山西華瑞化工公司的2 臺(tái)35 t/h 循環(huán)流化床鍋爐與造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置的煙氣各自脫除氮氧化物[吹風(fēng)氣采用選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)脫硝,流化床鍋爐排放煙氣采用選擇性催化還原(SCR)+SNCR 技術(shù)脫硝]后共同進(jìn)入脫硫塔,副產(chǎn)硫酸銨作為產(chǎn)品進(jìn)行銷售。

1 存在的問(wèn)題及解決思路

山西華瑞化工公司2 臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐原配套造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置運(yùn)行,鍋爐的煙氣對(duì)造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置煙氣中的氮氧化物起到稀釋作用。 為降低合成氨生產(chǎn)成本,目前只開(kāi)1 臺(tái)循環(huán)流化床鍋爐,蒸汽不足部分由其他公司供應(yīng),這直接導(dǎo)致鍋爐煙氣量減少,鍋爐煙氣對(duì)氮氧化物的稀釋作用減弱。 同時(shí),造氣吹風(fēng)氣工段為控制煙氣中氮氧化物含量,不得不增加氨水投加量,造成后工段脫硫溶液的酸度經(jīng)常大于7.5(工藝要求pH 為5 ～7),影響硫酸銨的生成。 經(jīng)研究決定,將造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置中的軟水加熱器和空氣預(yù)熱器后移,在熱管蒸發(fā)器與軟水加熱器之間增設(shè)SCR 脫硝裝置。

2 技術(shù)改造

2.1 煙氣脫硝主要參數(shù)

造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置煙氣脫硝主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置煙氣脫硝主要參數(shù)

從日常運(yùn)行效果來(lái)看,SNCR 的脫硝效率只能達(dá)到40%,造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置出口煙氣中的NOx質(zhì)量濃度為250～300 mg/m3(標(biāo)態(tài)),單純提高SNCR 的脫硝效率無(wú)法實(shí)現(xiàn)NOx的達(dá)標(biāo)排放,必須通過(guò)燃燒爐外脫硝以提高脫硝總體效率。本次改造在燃燒爐外采用SCR 脫硝工藝來(lái)提高脫硝效率。

改造前流程:燃燒爐生成的高溫?zé)煔夥謩e經(jīng)水管鍋爐、第二空氣預(yù)熱器、蒸汽過(guò)熱器、熱管蒸發(fā)器后降溫至240 ℃,再經(jīng)軟水加熱器、第一空氣預(yù)熱器換熱,最后由引風(fēng)機(jī)抽送至除塵、脫硫段。

分析煙氣流程與鍋爐熱力分布,同時(shí)考慮原煙氣中SO2、顆粒物濃度處于中等水平,可以使用中低溫SCR 脫硝催化劑,即在200～300 ℃溫度窗口內(nèi)布置SCR 脫硝反應(yīng)器進(jìn)行脫硝。

考慮熱管蒸發(fā)器出煙溫度(軟水加熱器進(jìn)口煙溫度)為240 ℃,本次改造將軟水加熱器與空氣預(yù)熱器后移,在熱管蒸發(fā)器與軟水加熱器間引出原煙氣,經(jīng)SCR 脫硝后,再?gòu)脑摱螀R入原煙路;第一空氣預(yù)熱器出口煙風(fēng)管道接引風(fēng)機(jī)入口。

此次改造方案工藝路線為:燃燒爐SNCR 脫硝→水管鍋爐→第二空氣預(yù)熱器→蒸汽過(guò)熱器→熱管蒸發(fā)器→SCR 脫硝→軟水加熱器→第一空氣預(yù)熱器→引風(fēng)機(jī)→布袋除塵→氨法脫硫→煙囪排放。

2.2 系統(tǒng)組成與技術(shù)要求

2.2.1 設(shè)計(jì)基本條件

(1)煙氣系統(tǒng)配置1 臺(tái)SCR 反應(yīng)器,煙氣垂直向下通過(guò)催化劑床層(2 層)。

(2)SCR 反應(yīng)器內(nèi)安裝飛灰吹掃裝置。

(3)SCR 反應(yīng)器上部催化劑的使用條件見(jiàn)表2。

表2 SCR 反應(yīng)器上部催化劑的使用條件

2.2.2 對(duì)催化劑的要求

(1)催化劑應(yīng)整體成型,催化劑節(jié)距一般應(yīng)不小于8.2 mm,催化劑壁厚一般不小于0.8 mm。

(2)催化劑模塊為能夠有效防止煙氣短路的密封系統(tǒng),密封裝置的使用壽命不低于催化劑的使用壽命。 催化劑各層模塊一般規(guī)格統(tǒng)一,具有互換性。 在加裝新催化劑前,催化劑體積滿足脫硝效率＞90%、氨逃逸質(zhì)量濃度＜3 mg/m3(標(biāo)態(tài))等的要求。

(3)催化劑采用模塊化設(shè)計(jì),以減少更換催化劑的時(shí)間。 催化劑模塊采用鋼結(jié)構(gòu)框架,以便于運(yùn)輸。

2.2.3 催化劑的性能

(1)催化劑型號(hào)為CO-CH-SCR,蜂窩式,能在造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置煙氣正常負(fù)荷39 000 ～42 000 m3/h(標(biāo)態(tài))下運(yùn)行。

(2)催化劑能在煙氣溫度為240 ℃的情況下長(zhǎng)期運(yùn)行,同時(shí)能承受運(yùn)行溫度300 ℃不少于5 h的考驗(yàn),不產(chǎn)生任何損壞。 當(dāng)溫度為20 ～150 ℃時(shí),催化劑應(yīng)該能適應(yīng)最小10 ℃/min 的溫升速率;當(dāng)溫度為150 ～300 ℃時(shí),催化劑應(yīng)該能適應(yīng)最小50 ℃/min 的溫升速率。

(3)催化劑化學(xué)壽命大于24 000 h,機(jī)械壽命大于26 000 h。

(4)催化劑設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮燃料中含有的微量元素可能導(dǎo)致的催化劑中毒。

(5)在加裝新的催化劑前,催化劑體積能滿足性能保證中關(guān)于脫硝效率和氨逃逸率等的要求,同時(shí)預(yù)留加裝一層催化劑的空間。

2.2.4 吹灰系統(tǒng)

SCR 反應(yīng)器內(nèi)配置1 套吹灰系統(tǒng),每層催化劑上方布置1 臺(tái)聲波吹灰器,氣源為壓縮空氣,供應(yīng)壓力為0.4～0.7 MPa,吹灰系統(tǒng)的控制納入脫硝DCS 系統(tǒng)。 吹灰頻率為10 min 吹灰1 次,單臺(tái)1 次運(yùn)行10 s,結(jié)束后另一臺(tái)吹灰器投入運(yùn)行;2 層催化劑對(duì)應(yīng)2 臺(tái)聲波吹灰器,依次重復(fù)上述運(yùn)行步驟。

2.2.5 脫硝裝置檢測(cè)系統(tǒng)

設(shè)置脫硝裝置檢測(cè)系統(tǒng)的目的主要是保證SCR 脫硝裝置正常運(yùn)行,有效控制煙氣總量、NOx濃度、NH3逃逸率。 在進(jìn)口煙道處設(shè)置NOx煙道流速、壓力、溫度測(cè)量點(diǎn),根據(jù)各參數(shù)對(duì)氨水投加量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),以達(dá)到最優(yōu)的脫硝效果。 在SCR 反應(yīng)器上設(shè)置壓差儀、溫度測(cè)試點(diǎn),監(jiān)測(cè)箱體內(nèi)催化劑工作狀況。 在SCR 反應(yīng)器出口設(shè)置NOx、SO2、NH3、溫度、壓力檢測(cè)點(diǎn),檢測(cè)催化劑性能,用以分析脫硝數(shù)據(jù)及運(yùn)行狀況。

2.2.6 煙道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

催化劑床層總阻力應(yīng)不大于1 000 Pa,煙道內(nèi)煙氣流量小于15.0 m/s。 對(duì)煙道布置、形狀和內(nèi)部件(如導(dǎo)流板、轉(zhuǎn)彎處導(dǎo)向板)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),盡量減小煙道系統(tǒng)的壓降。

2.2.7 寬低溫脫硝技術(shù)主要化學(xué)反應(yīng)

寬低溫脫硝主要化學(xué)反應(yīng):

主要副反應(yīng):

硫銨鹽在260 ℃以下黏性較大,沉積在催化劑表面將堵塞催化劑表面的微孔結(jié)構(gòu),導(dǎo)致催化劑中毒失活。 同時(shí),硫銨鹽具有強(qiáng)腐蝕性,不僅會(huì)破壞SCR 催化劑,而且可能因腐蝕影響下游設(shè)備,出現(xiàn)空氣預(yù)熱器污損、脫硝效率下降、漏風(fēng)率增大等情況。

3 運(yùn)行情況

SCR 脫硝裝置投運(yùn)后,催化劑床層溫度控制在265～290 ℃。 為穩(wěn)定催化劑床層溫度,從吹風(fēng)氣余熱回收裝置的燃燒爐出口高溫區(qū)向SCR 脫硝催化劑進(jìn)口配置1 條副線。 SCR 脫硝裝置運(yùn)行穩(wěn)定后,經(jīng)72 h 運(yùn)行考核,結(jié)果合格。 隨后又委托第三方企業(yè)對(duì)出口煙氣進(jìn)行監(jiān)測(cè),結(jié)果NOx在基準(zhǔn)氧含量(燃?xì)忮仩t基準(zhǔn)氧體積分?jǐn)?shù)為3.5%)條件下排放質(zhì)量濃度為3 ～8 mg/m3(標(biāo)態(tài)),氨逃逸質(zhì)量濃度為0 ～1 mg/m3(標(biāo)態(tài))。 SCR 脫硝裝置不僅運(yùn)行平穩(wěn),而且后工段硫酸銨生產(chǎn)裝置運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)到了改造目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

造氣吹風(fēng)氣余熱回收裝置改造后,煙氣中的NOx質(zhì)量濃度從250 ～300 mg/m3(標(biāo)態(tài))降至低于20 mg/m3(標(biāo)態(tài)),氨逃逸質(zhì)量濃度低于3 mg/m3(標(biāo)態(tài));氨水的消耗量從改造前的0.5 m3/h 降至0.2 m3/h,氨水按最低價(jià)550 元/t 計(jì),每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用131 萬(wàn)元;同時(shí)也有利于煙氣脫硫系統(tǒng)溶液酸度的調(diào)節(jié)(pH 調(diào)節(jié)范圍為5 ～7),能確保脫硫塔出口煙氣中NOx質(zhì)量濃度穩(wěn)定且達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。