余熱鍋爐煙氣脫硝裝置技術(shù)改造后存在問題及對(duì)策

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(中國(guó)石油 寧夏石化分公司， 寧夏 銀川 750021)

中國(guó)石油寧夏石化分公司2.6 Mt/a重油催化裂化裝置中有2臺(tái)燃燒式CO余熱鍋爐，該余熱鍋爐主要作用是利用再生煙氣的余熱，再加上部分助燃瓦斯，產(chǎn)生中壓過熱蒸汽，蒸汽壓力3.82 MPa、溫度450 ℃。除自產(chǎn)部分蒸汽外，該余熱鍋爐還對(duì)催化裂化裝置7個(gè)汽包的給水進(jìn)行預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)余熱利用。但在余熱鍋爐運(yùn)行中，余熱鍋爐煙氣NOx排放量達(dá)600 mg/m3(以NO2計(jì)，干基)，超過了國(guó)家及地方環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)鍋爐爐膛溫度超溫，排煙溫度偏高，鍋爐余熱利用效率偏低。為解決這些問題，寧夏石化分公司采用選擇性催化還原(SCR)工藝對(duì)2臺(tái)燃燒式CO余熱鍋爐進(jìn)行脫硝技術(shù)改造。改造后煙氣排放量雖然達(dá)到了NOx質(zhì)量濃度不大于50 mg/m3、氨逃逸量不大于3 mg/m3的環(huán)保指標(biāo)，但余熱鍋爐同時(shí)產(chǎn)生了諸多其他問題。筆者對(duì)產(chǎn)生的問題進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，并提出了有針對(duì)性的解決措施[1]。

1 SCR工藝簡(jiǎn)介

SCR煙氣脫硝工藝是指在催化劑作用下，利用還原劑(氨氣或者尿素)有選擇性地與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)生成無毒、無污染的氮?dú)夂退?。SCR工藝流程見圖1。

圖1 SCR工藝流程簡(jiǎn)圖

經(jīng)稀釋風(fēng)預(yù)熱模塊預(yù)熱后的風(fēng)與氨氣在氨/空氣混合器內(nèi)充分混合，再與煙氣一起進(jìn)入余熱鍋爐脫硝床層反應(yīng)器，在SCR脫硝催化劑作用下，氨氣與煙氣中的NOx發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成N2和H2O，脫硝后的煙氣繼續(xù)經(jīng)高、低溫省煤器進(jìn)行回收熱量，經(jīng)換熱后從爐底排出余熱鍋爐[2-8]。

2 余熱鍋爐SCR脫硝技術(shù)改造措施

寧夏石化分公司2臺(tái)余熱鍋爐脫硝技術(shù)改造措施主要包括：①在余熱鍋爐蒸發(fā)器出口布置SCR脫硝設(shè)備，主要包括稀釋風(fēng)預(yù)熱器、噴氨模塊和2個(gè)脫硝反應(yīng)器模塊。②將原余熱鍋爐高溫省煤器模塊、低溫省煤器上模塊和低溫省煤器下模塊移位利舊使用，重新布置在SCR脫硝設(shè)備尾部。③為節(jié)約余熱鍋爐內(nèi)部空間，取消了余熱鍋爐原前置低低溫過熱器，將原光管式低溫過熱器改造為翅片管式低溫過熱器，將原2組光管式蒸發(fā)器改造為1組翅片管式蒸發(fā)器，確保余熱鍋爐蒸發(fā)器的出口煙氣溫度控制在370 ℃，滿足SCR脫硝工藝要求。④在每臺(tái)余熱鍋爐上分別新增4臺(tái)用于支撐脫硝反應(yīng)器的配套耙式蒸汽吹灰器以及1臺(tái)用于提供稀釋空氣的稀釋風(fēng)機(jī)。⑤根據(jù)新的受熱面布置形式改造原余熱鍋爐的吹灰系統(tǒng)，單臺(tái)余熱鍋爐總共改造更新激波吹灰器56臺(tái)[9-11]。

3 SCR脫硝技術(shù)改造后存在問題及對(duì)策

3.1 脫硝床層下部高、低溫省煤器管束氨鹽結(jié)晶嚴(yán)重

檢修中發(fā)現(xiàn)脫硝床層下部高、低溫省煤器管束附有氨鹽結(jié)晶，省煤器底部存在大量催化劑灰塵(圖2)。分析認(rèn)為，由于催化劑細(xì)粉使用量大，導(dǎo)致2臺(tái)余熱鍋爐高、低省煤器管束積灰增多，同時(shí)加劇了鍋

圖2 余熱鍋爐爐底積灰及高低溫省煤器管束氨鹽結(jié)晶現(xiàn)象

爐壓力上升的趨勢(shì)，檢修前爐膛壓力最高上升到3.54 kPa和3.06 kPa。此外，脫硝入口煙氣NOx質(zhì)量濃度的設(shè)計(jì)值為600 mg/m3，而調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)體積流量為0～52.03 m3/h，經(jīng)換算可知調(diào)節(jié)閥設(shè)計(jì)體積流量比實(shí)際要求的脫硝入口煙氣NOx質(zhì)量濃度小220 mg/m3，導(dǎo)致氨氣注入量不易控制。為保證煙氣脫硫裝置排放煙氣中NOx質(zhì)量濃度在指標(biāo)范圍內(nèi)，將脫硝注氨量由初始的0.35 t/d增加至0.87 t/d，進(jìn)一步加劇了脫硝床層下部高、低溫省煤器的氨鹽結(jié)晶情況。

解決措施：①在原注氨調(diào)節(jié)閥旁增加小流量調(diào)節(jié)閥，以便于控制注氨量。②使用高壓水槍對(duì)高、低溫省煤器管束及底部進(jìn)行清洗，清洗后2臺(tái)余熱鍋爐爐膛壓力分別降為1.31 kPa和1.7 kPa。③將脫硝注氨系統(tǒng)投用到自動(dòng)運(yùn)行模式，單臺(tái)鍋爐出口NOx質(zhì)量濃度設(shè)定為20 mg/m3，盡可能減小脫硝系統(tǒng)氨逃逸量。④優(yōu)化脫硝床層處蒸汽吹灰頻次，當(dāng)經(jīng)過脫硝床層的煙氣壓降為0.16～0.2 kPa時(shí)，蒸汽吹灰每天1次。當(dāng)煙氣壓降高于0.20 kPa時(shí)，增加蒸汽吹灰頻次[12]。

3.2 低溫省煤器下層模塊管束泄漏[13-14]

2臺(tái)余熱鍋爐脫硝技術(shù)改造后運(yùn)行1 a分別發(fā)生低溫省煤器管束泄漏現(xiàn)象，漏進(jìn)的水使管束外壁粘附的微小催化劑顆粒越積越厚，造成鍋爐受熱面吸熱效率下降[1]。低溫省煤器模塊切除后排煙溫度也上升20 ℃左右，分別達(dá)到217 ℃和227 ℃，脫硝床層處煙氣溫度上升到420 ℃左右。SCR技術(shù)需要的反應(yīng)溫度為 320～420 ℃，此時(shí)脫硝效率可達(dá)90%，催化劑使用壽命一般為3 a[2]。當(dāng)反應(yīng)溫度較高時(shí)，催化劑會(huì)產(chǎn)生燒結(jié)及結(jié)晶現(xiàn)象。當(dāng)反應(yīng)溫度較低時(shí)，反應(yīng)速率下降影響脫硝率，催化劑的活性會(huì)因硫酸氫銨在催化劑表面凝結(jié)堵塞催化劑的微孔而降低。原設(shè)計(jì)是當(dāng)脫硝模塊進(jìn)口溫度超過420 ℃采用三取二的聯(lián)鎖自保，噴氨中斷。當(dāng)排煙溫度升高時(shí)煙氣脫硫洗滌塔耗水量也開始增加，嚴(yán)重影響下一步煙氣脫硫的運(yùn)行。

余熱鍋爐脫硝設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)低溫省煤器進(jìn)水溫度為142 ℃，排煙溫度超過173 ℃。經(jīng)過換熱后，低溫省煤器管束的管壁溫度遠(yuǎn)高于再生煙氣的露點(diǎn)溫度(一般為130～150 ℃)[9]，因此管束泄漏不屬于煙氣露點(diǎn)腐蝕。

通過檢修發(fā)現(xiàn)2臺(tái)鍋爐管束泄漏部位均在箱式省煤器現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接的焊縫處，屬于焊接缺陷。為此，將泄漏管束割除堵漏并清洗后投用，經(jīng)過脫硝床層后的煙氣溫度降為360 ℃，余熱鍋爐排煙溫度降到162 ℃左右，脫硝操作恢復(fù)正常。

3.3 過熱段支撐梁溫度過高

余熱鍋爐脫硝技術(shù)改造后重新開工初期鍋爐過熱段支撐梁的溫度為200 ℃左右，運(yùn)行1 a后高溫過熱段支撐梁部分區(qū)域溫度超過400 ℃。分別對(duì)2臺(tái)鍋爐支撐梁配制吹掃風(fēng)線進(jìn)行吹掃降溫，但效果不佳。持續(xù)高溫會(huì)導(dǎo)致支撐梁變形和損壞，影響余熱鍋爐的安全運(yùn)行。

通過檢修，將原過熱段支撐鋼梁外部隔熱襯里整體敲除，在支撐鋼梁側(cè)面和底面加密焊接防隔熱襯里脫落保溫釘。保溫釘間距由200 mm縮小為100 mm后，對(duì)橫梁底部支模并使用隔熱耐磨C1級(jí)襯里料重新制作襯里，襯里厚度90 mm。余熱鍋爐重新投入使用后，過熱段支撐梁溫度降到200 ℃左右。

3.4 脫硝催化劑失去活性

檢修中發(fā)現(xiàn)2層脫硝催化劑脫落造成氨逃逸，脫硝效果降低。分析認(rèn)為，耙式蒸汽吹灰器運(yùn)行過程中使用的中壓蒸汽壓力過高、執(zhí)行機(jī)構(gòu)振動(dòng)大及卡澀故障較頻繁等原因?qū)е路植脊芊ㄌm螺栓松動(dòng)斷開，過量蒸汽直接將法蘭正下方的脫硝催化劑床層破壞，使催化劑失去活性。

為保證吹灰器的正常運(yùn)行，在吹灰器蒸汽入口管上新增自立式減壓閥，使蒸汽壓力降低成為低壓蒸汽。同時(shí)對(duì)所有的耙式蒸汽吹灰器分布管法蘭的上、下螺栓進(jìn)行點(diǎn)焊，保證不再發(fā)生法蘭脫開現(xiàn)象[15]。

3.5 氨逃逸表和熱電偶數(shù)據(jù)不實(shí)

在脫硝設(shè)備運(yùn)行時(shí)，隨著注氨量的調(diào)整，氨逃逸表數(shù)值變化較大，且數(shù)值最高達(dá)10×10-6，不能真實(shí)反映實(shí)際煙氣中氨逃逸的數(shù)值。分析認(rèn)為系安裝位置問題導(dǎo)致激光對(duì)射存在誤差，停爐進(jìn)行激光抽取式改造，選擇準(zhǔn)確的激光檢測(cè)位置后，注氨量與理論需氨量數(shù)值基本達(dá)到一致。

根據(jù)脫硝催化劑反應(yīng)溫度與實(shí)際測(cè)量溫度數(shù)值存在差距分析判斷，此測(cè)點(diǎn)安裝位置只能檢測(cè)到爐內(nèi)局部短路未換熱煙氣的溫度，將熱電偶長(zhǎng)度由800 mm增加到1 200 mm，測(cè)量溫度恢復(fù)正常。

4 結(jié)語

隨著對(duì)化工裝置環(huán)保指標(biāo)要求的提高，影響催化裂化裝置余熱鍋爐長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷安全運(yùn)行的問題越來越集中在煙氣尾氣排放上。SCR脫硝技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最多，且最為有效的煙氣脫硝技術(shù)，在我國(guó)得到越來越廣泛的應(yīng)用。文中所述的煙氣脫硝存在問題及其改造措施具有很好的借鑒意義，可廣泛應(yīng)用于煙氣脫硝設(shè)備的設(shè)計(jì)和改造中。