脫硝裝置運行改造

簡廷強，趙凱智

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司一化肥裝置現(xiàn)有2臺高壓鍋爐（1#、2#鍋爐），日本三菱公司制造，負(fù)荷200 t/h，1988年投運，原鍋爐設(shè)計有脫硝裝置，但反應(yīng)器內(nèi)未安裝催化劑，脫硝裝置自鍋爐開車后一直未投運，原有的管線、閥門、反應(yīng)器已銹蝕無法使用。本次脫硝裝置改造，采用SCR還原法，利用原反應(yīng)器位置，即在省煤器出口、空預(yù)器入口之間安裝SCR反應(yīng)器。每臺鍋爐安裝一臺SCR反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)裝有兩層催化劑（反應(yīng)后期可增加一層），利用化肥一廠合成氨裝置提供的氣氨作為還原劑，在300～400℃條件下與煙氣中NOx反應(yīng)，生成氮氣和水。

1 工藝參數(shù)及流程

寧夏石化公司1#、2#高壓鍋爐煙氣脫硝裝置采用以氣氨作為還原劑的SCR選擇性催化還原法，SCR入口NOx濃度（以NO2計，干基），設(shè)計基準(zhǔn)值為400 mg/m3，出口NOx排放濃度小于100 mg/m3，脫硝效率為80%。為保證鍋爐后系統(tǒng)正常運行，不裝置控制氨逃逸率小于3 mg/m3。

氣氨由化肥一廠合成工段供應(yīng)，正常來源為：4118V2到4118K1二段入口管線，溫度-5～0℃，壓力0.28 MPa；備用氨源：4118K3出口管線處，溫度60℃，壓力0.75 MPa。

氣氨管輸?shù)桨睔饩彌_罐，經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量后，與稀釋風(fēng)機(jī)打出的稀釋空氣在混合器混合后，氨氣對空氣的混合比控制到5%左右，經(jīng)氨噴射格柵，注入煙道，與煙氣充分混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器，與煙氣中的 NOx反應(yīng)，生成N2、H2O，（見圖 1）

圖1 脫硝裝置流程示意圖

2 裝置改造投運效果

2013年年底利用化肥一廠大修的機(jī)會，對1#、2#高壓鍋爐進(jìn)行了脫硝改造，同時對電除塵、空預(yù)器也進(jìn)行了改造。12月鍋爐開車，脫硝裝置投運，并順利完成裝置環(huán)保驗收。自治區(qū)環(huán)保廳12月19日對脫硝裝置環(huán)保驗收檢測的數(shù)據(jù)（見表1）。

表1 1#鍋爐脫硝檢測數(shù)據(jù)

表2 2#鍋爐脫硝檢測數(shù)據(jù)

3 裝置運行中出現(xiàn)的問題

3.1 設(shè)計加氨量不足

1#、2#鍋爐脫硝裝置設(shè)計加氨量為每套裝置質(zhì)量流量為22.6 kg/h，體積流量為29.8 m3/h；鍋爐煙氣質(zhì)量流量為223 600 kg/h，煙氣密度按1.31 kg/m3，體積流量為17×104m3/h，用氨量核算如下：

（1）NOx用 NO2計：

x（質(zhì)量流量）=17×104×400×10-6×17÷46=25.1（kg/h）

x（體積流量）=17×104×400×10-6×22.4÷46=33.1（m3/h）

（2）NOx中看作 NO、NO2各一半，則 NOx的相對分子質(zhì)量為38：

x（質(zhì)量流量）=17×104×400×10-6×17÷38=30.4（kg/h）

x（體積流量）=17×104×400×10-6×22.4÷38=40.1（m3/h）

上述兩種算法的加氨量均大于設(shè)計值，說明設(shè)計加氨量不足。且實際運行中脫硝裝置的用氨量也超過30 m3/h，但因流量計上限為30 m3/h，氨量無法正確計量。

3.2 氨流量計量程不夠，偏低

工藝設(shè)計文件中的加氨量為22.6 kg/h，儀表選型時，給錯了單位22.6 m3/h，因此儀表選用了最大流量只有30 m3/h孔板流量計。實際運行中氨量超過30 m3/h，也就是超出孔板流量的上限，氨量無法準(zhǔn)確計量。

3.3 送氨管線過細(xì)，管線阻力大

正常供氨處，即4118V2到4118K1二段入口到氨氣緩沖罐的管線的直徑為25 mm。一處供氨，壓力為0.28 MPa時，供氨量不能滿足兩套脫硝裝置同時運行需要，只能將備用氨源也投用，兩處供氨，壓力提到0.30 MPa以上時，才能保證供應(yīng)兩套脫硝裝置同時運行所需的氨量。后經(jīng)設(shè)計核實，管線計算有誤，正常供氨處單處供氨，管線阻力大，所供氨量不夠兩套脫硝裝置用。但4118K3冬季無法運行，也就無法保證氨量供應(yīng)，裝置存在運行隱患；且為給脫硝裝置供氨，運行4118K3，能耗大。

3.4 脫硝裝置入口NOx濃度高，超過設(shè)計值

設(shè)計脫硝裝置入口NOx濃度為400 mg/m3，實際運行中入口NOx濃度高于400 mg/m3（見表3、表4）。

3.5 稀釋風(fēng)機(jī)出口沒有流量計，無法計算、控制氨/空氣混合比

脫硝裝置稀釋風(fēng)機(jī)出口沒有流量計，只能按風(fēng)機(jī)的額定流量計算：9.72 m3/min=583.2 m3/h。按設(shè)計氨/空氣混合比5%計算，加氨量最大只有29.2 m3/h，加氨量不夠，脫硝效率低，裝置出口NOx濃度大于100 mg/m3，超過環(huán)保指標(biāo)。實際運行中氨/空氣混合比大于5%，但氨氣的爆炸極限為15%～28%。通過詢問設(shè)計人員，氨/空氣混合比控制在8%以下是安全的，按此計算，加氨量的實際上限值為46.7 m3/h。加氨量超過46.7 m3/h，裝置氨氣爆炸的風(fēng)險上升，存在安全隱患。實際運行中氨量在45 m3/h以內(nèi)就能滿足要求。

表3 1#爐脫硝裝置入口數(shù)據(jù)

表4 2#爐脫硝裝置入口數(shù)據(jù)

4 解決措施

4.1 變更氨源，重新配管

脫硝裝置正常氨源供氨壓力低，管徑細(xì)，阻力大，供氨量低，無法滿足兩套脫硝裝置同時使用，在化肥一廠界區(qū)內(nèi)重找氨源：4118-K1二段出口再提供一處氣氨源，參數(shù)：壓力:1.3～1.6 MPa，溫度：165～175 ℃。該處氣氨壓力高，溫度高，適合脫硝使用。按入口NOx濃度最大值：600 mg/m3計算，加氨量為49.7 m3/h；正常是平均NOx濃度：500 mg/m3計算，加氨量為41.3 m3/h；兩套裝置最大供氨量100 m3/h，進(jìn)行設(shè)計、配管，滿足兩臺鍋爐脫硝裝置同時運行的需要。

4.2 更換氨流量計，稀釋風(fēng)機(jī)出口安裝流量計

按最大流量50 m3/h，選購新流量計進(jìn)行更換。稀釋風(fēng)機(jī)出口安裝流量計，便于隨時了解、控制氨/空氣混合比。下面是按實際運行脫硝入口NOx數(shù)據(jù)進(jìn)行氨/空氣混合比的核算。

最大氨量49.7 m3/h，氨/空氣混合比：49.7÷583.2=8.52%。

正常氨量41.3 m3/h，氨/空氣混合比：41.3÷583.2=7.08%。

5 結(jié)論

脫硝是鍋爐的重要環(huán)保裝置，它制約了鍋爐，甚至一化肥裝置的運行，調(diào)節(jié)控制手段只有調(diào)整氨量。通過上述措施改造后，保證了氨量的充足供應(yīng)、可調(diào)，就為脫硝裝置正常、穩(wěn)定運行提供了有力保障。

[1]郜立峰，鄧光兵.寧夏石化公司培訓(xùn)教材第六分冊：鍋爐裝置[G］.2009.

[2]天津辰創(chuàng)環(huán)境工程科技有限責(zé)任公司.寧夏石化公司1#、2#高壓鍋爐煙氣脫硝項目改造初步設(shè)計[G］.2013.