鍋爐脫硝系統(tǒng)處理硝酸尾氣淺析

藍(lán) 慶

(中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司動力部，江蘇南京 210048)

鍋爐脫硝系統(tǒng)處理硝酸尾氣淺析

藍(lán) 慶

(中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司動力部，江蘇南京 210048)

介紹了采用低氮燃燒器及選擇性催化還原技術(shù)工藝的鍋爐脫硝系統(tǒng)運(yùn)行情況。濃硝酸裝置尾氣總排放量為300～400 m3/h，NOx質(zhì)量濃度為4 000～5 200 mg/m3，經(jīng)處理后，出口NOx濃度達(dá)標(biāo)排放，證明脫硝工藝能夠處理硝酸尾氣。從氨逃逸量增加、操作控制難度提高、安全系數(shù)降低等方面分析裝置的缺點(diǎn)，提出了一系列解決方案，包括崗位配合、定期吹灰、硝酸尾氣輸送管線排凝和制定操作預(yù)案。為脫硝系統(tǒng)處理硝酸尾氣的工藝應(yīng)用提供借鑒。

鍋爐 濃硝酸 脫硝 硝酸尾氣

中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司(以下簡稱南化公司)動力部鍋爐裝置鍋爐脫硝系統(tǒng)由寧波工程公司負(fù)責(zé)總體設(shè)計(jì)，選取徐州燃控公司的低氮燃燒器及受熱面和撫順石化研究院的SCR系統(tǒng)。

1 脫硝系統(tǒng)概況

南化公司動力部鍋爐脫硝系統(tǒng)采用低氮燃燒器+SCR工藝路線。該工藝路線通過低氮燃燒器改造減少煙氣中NOx的生成，同時為保證催化劑化學(xué)反應(yīng)所需要的最佳還原溫度及安裝空間，對高溫省煤器進(jìn)行強(qiáng)化換熱改造等尾部受熱面改造，在鍋爐高溫省煤器后增加SCR反應(yīng)區(qū)，在SCR反應(yīng)區(qū)入口增加1組噴氨格柵，向煙氣中噴入氨氣和空氣混合氣，再通過催化劑層進(jìn)行選擇性催化還原反應(yīng)，從而達(dá)到脫硝目的。

為布置SCR部分的進(jìn)出口煙道，對高溫省煤器、上層空氣預(yù)熱器 、低溫省煤器及下層空氣預(yù)熱器進(jìn)行改造，騰出空間的同時提高了爐效，確保低氮燃燒器的改造不會導(dǎo)致鍋爐整體爐效降低。

低氮燃燒器改造是在鍋爐的18.6 m和16.2 m處各增加1層燃盡風(fēng)，同時為保證鍋爐效率，將高溫省煤器和低溫省煤器更換為螺旋翅片管省煤器，高溫空氣預(yù)熱器改為內(nèi)螺旋管空氣預(yù)熱器，考慮到存在硝酸氫銨，在低溫空氣預(yù)熱器下層采用內(nèi)襯搪瓷的空氣預(yù)熱器 。

SCR部分的催化劑采用撫順石化研究院開發(fā)的FN-2G型脫硝催化劑，反應(yīng)器內(nèi)2+1層催化劑設(shè)計(jì)，目前實(shí)裝2層，預(yù)留1層位置。按照目前安裝的2層計(jì)算，催化劑總體積達(dá)62.1m3，總質(zhì)量為56 t，每層由20個催化劑模塊組成，每組模塊尺寸為1 850 mm×940 mm。

2013年5月，改造1#爐脫硝，同年10月29日開車，11月6日完成熱態(tài)調(diào)試，投運(yùn)SCR系統(tǒng)；2014年2月，改造2#爐脫硝，5月15日開車，5月21日完成熱態(tài)調(diào)試，投運(yùn)SCR系統(tǒng)；2014年6月，改造3#爐脫硝，11月14日開車，11月24日完成熱態(tài)調(diào)試，投運(yùn)SCR系統(tǒng)。

2014年6月，南化公司動力部出于全局考慮，3臺鍋爐脫硝系統(tǒng)開始處理2套濃硝尾氣。這也是石化企業(yè)第一次使用鍋爐脫硝系統(tǒng)處理硝酸尾氣。

2 濃硝酸尾氣的處理

南化公司濃硝酸裝置尾氣合計(jì)總排放量為300～400 m3/h，NOx質(zhì)量濃度為4 000～5 200 mg/m3，2種尾氣中的NO和NO2體積比接近1∶1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出GB 26131—2010《硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》NOx質(zhì)量濃度低于200 mg/m3的要求，濃硝酸尾氣參數(shù)見表1。

表1 濃硝酸尾氣參數(shù)

硝酸尾氣處理工藝流程為：濃硝酸尾氣先進(jìn)入電加熱器加熱至80 ℃，由高壓風(fēng)機(jī)輸送至鍋爐SCR反應(yīng)器入口煙道的噴氨格柵前。濃硝酸尾氣對鍋爐SCR系統(tǒng)的影響見表2。

表2 濃硝酸尾氣對鍋爐SCR系統(tǒng)的影響

3 處理硝酸尾氣的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

從上傳至環(huán)保局的數(shù)據(jù)看：鍋爐脫硝系統(tǒng)處理濃硝酸尾氣后，出口NOx濃度達(dá)標(biāo)排放，說明脫硝工藝能夠處理硝酸尾氣。

3.2 缺點(diǎn)

3.2.1 增加氨逃逸量

處理硝酸尾氣后，鍋爐脫硝系統(tǒng)的加氨量增大，SCR出口氨逃逸量增加。因?yàn)樵诖呋瘎┲校浠钚越M分五氧化二釩在催化降解NOx過程中會對SO2氣體的氧化起到一定的催化作用，將SO2氧化成SO3，SO3與逃逸的氨反應(yīng)生成硫酸氫銨和硫酸銨。當(dāng)硫酸氫銨低于230 ℃時會凝結(jié)、黏附，沉積在催化劑及其下游的空氣預(yù)熱器、煙道和風(fēng)機(jī)上，造成催化劑空隙堵塞失活和空氣預(yù)熱器的腐蝕。這樣不僅會降低空氣預(yù)熱器的換熱效果，使排煙溫度升高、降低鍋爐效率，還會在空氣預(yù)熱器的低溫段產(chǎn)生低溫腐蝕，影響鍋爐的安全運(yùn)行。同時，硫酸氫銨以液體形式在物體表面凝聚，煙氣中黏附飛灰，使干灰黏性增大，減少布袋使用壽命。

3.2.2 增大操作難度

因濃硝酸工藝出現(xiàn)問題，利用風(fēng)機(jī)輸送至鍋爐SCR的尾氣濃度高于設(shè)計(jì)值，流場發(fā)生變化后，造成SCR出口NOx濃度與最終排口(即脫硫出口)NOx濃度偏差值較大。操作人員難以控制。

2016年1月28日運(yùn)行2#、3#爐，3#爐處理硝酸尾氣。3#爐NOx質(zhì)量濃度超過300 mg/m3，2#爐NOx質(zhì)量濃度約為10 mg/m3；2#、3#爐加氨量均超過45 kg/h，最終排口1#、2#脫硫塔出口NOx質(zhì)量濃度穩(wěn)定在50～60 mg/m3。因1#、2#脫硫塔通過聯(lián)通煙道連接，1#、2#脫硫塔處理的煙氣中NOx濃度為2臺爐在母管制煙道內(nèi)混合后的NOx濃度。當(dāng)3#爐出口NOx質(zhì)量濃度超過300 mg/m3時，只能要求2#爐NOx濃度盡可能降低。這樣易造成未處理硝酸尾氣的2#爐加氨量增加。

3.2.3 降低安全系數(shù)

設(shè)計(jì)脫硝系統(tǒng)時，要求氨氣與空氣的體積比(以下簡稱氨空比)低于5%，低于爆炸極限，處理硝酸尾氣后加氨量增加，正常運(yùn)行時，氨空比達(dá)到3%，當(dāng)硝酸尾氣不穩(wěn)定時，氨空比最高達(dá)到4.2%，接近設(shè)計(jì)單位給出的標(biāo)準(zhǔn)值。

4 采取措施

根據(jù)一年多的操作經(jīng)驗(yàn)，在脫硝系統(tǒng)處理硝酸尾氣工藝過程中可以采取如下措施：

4.1 崗位配合

因脫硫、脫硝表計(jì)安裝位置及表計(jì)量程不一致等原因會造成兩個崗位上的表計(jì)測量值出現(xiàn)誤差?？偨Y(jié)鍋爐裝置脫硝系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀及表計(jì)產(chǎn)生誤差的原因，有效調(diào)度脫硫、脫硝崗位之間的相互聯(lián)系，形成脫硝NOx質(zhì)量濃度由鍋爐崗位調(diào)整監(jiān)控、最終排口數(shù)據(jù)由脫硫崗位監(jiān)控的操作機(jī)制，做好環(huán)保數(shù)據(jù)不超標(biāo)的雙重監(jiān)控。

4.2 定期吹灰

鍋爐脫硝崗位定期安排對催化劑層吹灰，實(shí)時監(jiān)控催化劑上下層壓差，減少催化劑活性降低的可能性。

4.3 硝酸尾氣輸送管線排凝

硝酸尾氣中含水量高時，會對SCR區(qū)域催化劑活性物質(zhì)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞，因此安排專人每天對硝酸尾氣管線進(jìn)行排凝，日常排凝為每滴5 s。

4.4 制定操作預(yù)案

根據(jù)入爐煤含硫量及氨逃逸量低于0.000 3%的標(biāo)準(zhǔn)，制定預(yù)案，當(dāng)發(fā)生硝酸尾氣影響鍋爐本體安全環(huán)保時，執(zhí)行預(yù)案內(nèi)容。

發(fā)現(xiàn)加氨量高于設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)或SCR出口NOx濃度與最終排口的NOx濃度相差50 mg/m3以上，鍋爐脫硝崗位聯(lián)系硝酸尾氣崗位，減少硝酸尾氣量或降低硝酸尾氣濃度。若效果不佳，可再次聯(lián)系，鍋爐班長至現(xiàn)場調(diào)整閥門開度，閥門每一次減小開度為現(xiàn)有開度的50%。閥門調(diào)整后，注意調(diào)整加氨量和指標(biāo)。

操作預(yù)案執(zhí)行后效果明顯。2016年3月18日運(yùn)行1#、2#爐，2#爐處理硝酸尾氣。2#爐NOx質(zhì)量濃度超過270 mg/m3，1#爐NOx濃度約為16 mg/m3；1#爐加氨量為37 kg/h、2#爐加氨量均為42 kg/h，最終排口1#、2#脫硫塔出口NOx質(zhì)量濃度為90 mg/m3，2#爐SCR出口NOx質(zhì)量濃度與最終排口NOx質(zhì)量濃度差值達(dá)180 mg/m3。通過執(zhí)行預(yù)案，指標(biāo)正常。具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 2016年3月18日1#, 2#爐運(yùn)行數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

南化公司鍋爐脫硝系統(tǒng)處理硝酸尾氣后， 雖然出現(xiàn)過一些問題，但通過公司內(nèi)部的協(xié)調(diào)和長期精細(xì)化操作均得以解決，為脫硝系統(tǒng)處理硝酸尾氣的工藝應(yīng)用進(jìn)行了可行性的試驗(yàn)與探索。

[1] 蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊(第2版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：417.

Analysis of treating tail gas containing nitric acid from boiler denitrification system

LANQing

(Power Department, Sinopec Nanjing, Chemical Industry Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu, 210048, China)

Operation of boiler denitrification system by low NOxburner and selective catalytic reduction technology is introduced. Total Emissions of tail gas form concentrated nitric acid plant was 300-400 m3/h，concentration of NOxwas 4 000-5 200 mg/m3. By disposal, emission standards of tail gas were achieved, which proved that denitrification process could dispose tail gas containing nitric acid. Shortcomings were analyzed with respects to amount of ammonia escaping, improved degree of difficulty and reduced safety factors. A serious of solution were proposed, which included position interactions，blowing regularly，condensate drain of tail gas containing nitric acid pipeline and formulating operating plan，providing reference for operation of denitrification system for treating tail gas containing nitric acid.

boiler；concentrated nitric acid；denitration；tail gas containing nitric acid

2017-01-15。

藍(lán)慶，女，中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司動力部鍋爐裝置中級工程師，主要從事燃燒鍋爐脫硫、脫硝、氣力輸灰工藝技術(shù)管理工作。電話：18751915090；E-mail：lanq.nhgs@sinopec.com。

X781.3

B

1002-1507(2017)04-0047-03