焦?fàn)t煙氣脫硝改造方案

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。