燃煤鍋爐脫硝技術(shù)的應(yīng)用

郝宏飛

(山西焦煤五麟煤焦開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，山西 太原 030022)

隨著工業(yè)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，在人們生活各方面有極大改善的同時(shí)，環(huán)境污染也變成了人們不得不面對(duì)的問(wèn)題，目前它已成為當(dāng)今世界影響人類生存的問(wèn)題。隨著人們生活質(zhì)量要求的提高，煙氣的超低排放成為了制約中國(guó)大型企業(yè)發(fā)展的突出問(wèn)題。

SO2是大氣的主要污染物之一，其危害性相當(dāng)嚴(yán)重，因此在20世紀(jì)70年代早期，開(kāi)發(fā)新的煙氣脫硫技術(shù)被許多資本主義國(guó)家列為防治空氣污染的難點(diǎn)項(xiàng)目，相繼研發(fā)出一些可以工業(yè)化的處理裝置及方案。在此同時(shí)，空氣污染中的另一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，即NOX的污染問(wèn)題，歐美等國(guó)家也開(kāi)始了對(duì)脫硝技術(shù)的研發(fā)。

NOX與大氣中的臭氧等物質(zhì)在光的作用下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成影響人類健康的光化學(xué)煙霧，進(jìn)而產(chǎn)生非常嚴(yán)重的大氣污染[1-3]。據(jù)研究，人類的健康、高濃度的硝酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧的減少以及很多問(wèn)題都與NOX有關(guān)系，而且其污染性比較復(fù)雜。

NOX的排放問(wèn)題及處理方法最早是由美國(guó)和日本的科學(xué)家提出，日本是最早提出脫硝技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家，并且制定了世界上第一項(xiàng)最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。在燃煤油循環(huán)流化床鍋爐上增加消除NOX設(shè)備的技術(shù)方案方面[4]，日本領(lǐng)先當(dāng)今世界其他國(guó)家。

燃煤鍋爐煙氣中含有大量氮氧化物，如不及時(shí)處理，這些廢氣排入大氣會(huì)產(chǎn)生污染形成酸雨，為了達(dá)到現(xiàn)行的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)爐后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行脫硝處理[5]。山西焦煤五麟煤焦開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司投資1 700萬(wàn)元建成了2套40 t/h循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝裝置。

1 循環(huán)流化床鍋爐煙氣脫硝原理

控制NOX排放的手段有兩種，可分為過(guò)程控制和結(jié)果處理，過(guò)程控制是通過(guò)各種技術(shù)手段降低燃燒過(guò)程中的NOX的生成量；結(jié)果處理是將已生成的NOX通過(guò)催化劑從煙氣中脫除[6]。

我公司甲醇廠鍋爐煙氣脫硝工程采用的是SCR+SNCR煙氣自動(dòng)脫硝系統(tǒng)，在燃燒工況正常的分解爐內(nèi)用4支噴槍同時(shí)射入一種還原劑(我公司采用氨水)，將爐內(nèi)高溫工況下產(chǎn)生的NOX反應(yīng)為生成N2和H2O，從而大大降低產(chǎn)生的NOX，減少排放，制造還原區(qū)，從而在燃燒過(guò)程中降低NOX生成量，剩余氨氣到催化劑反應(yīng)區(qū)進(jìn)行二次反應(yīng)從而繼續(xù)降低NOX含量[7-8]。

2 脫硝系統(tǒng)運(yùn)行操作

1) 氨液儲(chǔ)罐和加注系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)氨液儲(chǔ)罐，頂部設(shè)有呼吸閥，并設(shè)有液位計(jì)[9-13]。氨液由專用槽罐車送來(lái)，用車輛自帶軟管經(jīng)快速接口接氨水卸載緩沖罐進(jìn)口，再用氨水卸載泵將氨水泵入氨水儲(chǔ)罐。氨液一般為20%～25%的氨水。氨液卸載泵是兩臺(tái)一用一備離心泵，進(jìn)出口各安裝手動(dòng)開(kāi)關(guān)。

2) SCR氨水輸送系統(tǒng)

從氨水儲(chǔ)罐底部抽取氨液，加壓后，送至鍋爐的SCR處理單元。每個(gè)輸送泵組進(jìn)口設(shè)有手動(dòng)球閥，出口設(shè)有流量計(jì)、壓力變送器及就地壓力表。氨水輸送泵為變頻控制，可以根據(jù)NOX量調(diào)節(jié)變頻來(lái)控制氨水需求量。稀釋水采用我公司化學(xué)水站脫鹽水，輸送系統(tǒng)及操作與氨水輸送系統(tǒng)相同[14-16]。

3) 壓縮空氣系統(tǒng)配有空壓機(jī)

出口設(shè)有干燥機(jī)、截止閥、壓力變送器、孔板流量計(jì)、壓力表。

4)手動(dòng)閥和止回閥。

每臺(tái)輸送泵都設(shè)有進(jìn)、出口手動(dòng)閥和出口逆止閥。在現(xiàn)場(chǎng)還設(shè)有氨氣泄漏檢測(cè)儀。氨水存放槽設(shè)有翻板液位計(jì)，儲(chǔ)罐液位低限時(shí)停止加壓泵。SNCR系統(tǒng)中來(lái)自氨水泵房的加壓氨水，分別經(jīng)各自的過(guò)濾器、流量計(jì)送入噴射系統(tǒng)，已滿足脫硝系統(tǒng)使用，并使在線NOX達(dá)標(biāo)。為了防止氨水或除鹽水回流，各介質(zhì)管線都裝有止回閥[17-18]。另外，氨水管路裝有反沖洗閥，在SCR系統(tǒng)故障或停機(jī)時(shí)可以反復(fù)沖洗所有管路，保證管路的防凍和檢修作業(yè)的安全要求。

5)SCR噴射器

SCR噴射器是不銹鋼材質(zhì)，雙層套管，氨水走中間，壓縮空氣經(jīng)調(diào)壓閥穩(wěn)壓為0.35 MPa～0.55 MPa，壓縮空氣通過(guò)噴頭處的霧化噴嘴來(lái)霧化氨水，噴入爐膛。噴射器用金屬軟管與氨水及壓縮空氣管連接[19]，用快速插拔接頭(帶法蘭)裝在爐外開(kāi)孔的保護(hù)套管上。

6) 整體工藝流程圖(如圖1)

圖1 工藝流程圖

7)氨水加注

a) 氨水儲(chǔ)罐填注氨水只能就地操作；b) 非專業(yè)操作人員，不得進(jìn)入氨水泵房[20]；c) 司爐工須按接觸?；返囊蟠┐鱾€(gè)人防護(hù)用品，做好安全措施；d) 檢查每臺(tái)加注泵，選一臺(tái)作為工作泵，控制開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到就地指示，啟動(dòng)電源，控制箱電源指示燈亮；e) 將罐車出口軟管連接至泵的進(jìn)口；f) 打開(kāi)罐車出口閥；g) 打開(kāi)加注泵出口閥；h) 啟動(dòng)加注泵；i) 加注完成，停泵并關(guān)泵的出口閥；j) 拆除連接管后裝上堵頭。

8) SCR的投運(yùn)

a) SCR處理單元的啟動(dòng)前準(zhǔn)備

①鍋爐點(diǎn)火時(shí)啟動(dòng)吹灰系統(tǒng)；②檢查SCR出入口的溫度是否在320 ℃～420 ℃溫度區(qū)間；③檢查儀控壓縮空氣壓力至少0.4 MPa，以保證聲波吹灰器的壓力和流量。

b) SCR氨液加壓泵系統(tǒng)的啟動(dòng)前準(zhǔn)備

①檢查區(qū)域氨氣檢漏無(wú)異常，氨水罐液位、稀釋水罐液位正常；②選擇1#稀釋水泵和1#氨水計(jì)量泵為工作泵，送上裝置電源；③ 檢查并關(guān)閉進(jìn)口排空門，開(kāi)啟稀釋水泵進(jìn)出口閥門；檢查并關(guān)閉進(jìn)口排空門，開(kāi)啟氨水泵進(jìn)出口閥門[21]。

c) SCR處理單元的啟動(dòng)前準(zhǔn)備

① 檢查氨氣檢漏無(wú)異常；②檢查壓縮空氣壓力正常，無(wú)泄漏；③開(kāi)啟氨液主管路手動(dòng)閥門；④開(kāi)啟除鹽水管路各手動(dòng)閥門；⑤開(kāi)啟鍋爐上噴射器各隔離門，打開(kāi)各球閥； ⑥檢查各流量計(jì)、壓力傳感器受電正常，顯示無(wú)異常；⑦檢查內(nèi)各氣動(dòng)閥狀態(tài)正確。

d) 噴射器的運(yùn)行前的檢查

①檢查4支噴槍是否安裝就位，快插接頭是否連接正常；②檢查各槍的氨水軟管和壓縮空氣軟管是否連接正常，空氣壓力在0.35 MPa～0.55 MPa之間；③檢查各槍吹掃后壓力是否正常。

e) SCR脫硝設(shè)備的運(yùn)行

①檢查DCS界面是否有影響啟動(dòng)的報(bào)警；②檢查SCR氨液供應(yīng)泵顯示工作泵同現(xiàn)場(chǎng)一致；壓力、液位顯示正常，無(wú)異常報(bào)警；③進(jìn)入“自動(dòng)狀態(tài)”，檢查電機(jī)開(kāi)關(guān)均已選擇在“自動(dòng)狀態(tài)”，參數(shù)已正常設(shè)置；④檢查SCR系統(tǒng)遠(yuǎn)程投運(yùn)是否正常；⑤ 檢查SCR處理單元中氨水流量計(jì)數(shù)值是否正常，各支噴射器環(huán)管流量、壓力平穩(wěn)，不穩(wěn)時(shí)，調(diào)整各支噴射器的手動(dòng)閥；檢查管線是否有氨水泄漏；⑥檢查SCR氨水加壓泵系統(tǒng)工作正常，出口壓力正常；⑦檢查煙氣的NOX指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整，包括氨水總流量、稀釋水總流量、可投用的噴射器數(shù)量等。

f) SCR自動(dòng)脫硝系統(tǒng)的停運(yùn)

①在中控操作界面上選取停止，執(zhí)行沖洗程序并排空后停運(yùn)；②也可以在現(xiàn)場(chǎng)停運(yùn)SCR。

3 脫硝技術(shù)的探索

SCR脫銷技術(shù)是目前燃煤油鍋爐脫硝技術(shù)領(lǐng)域和市場(chǎng)的主要技術(shù)，但這種技術(shù)還需要升級(jí)改造，解決一些由它帶來(lái)的其他問(wèn)題。技改方向的突破口主要有：升級(jí)工藝流程；研發(fā)一種抗熱性好、效率高、反應(yīng)溫度低、催化活性適應(yīng)溫度范圍大及耐磨性、耐腐蝕性的SCR催化劑；氨水腐蝕設(shè)備；SCR催化劑的壽命及再利用技術(shù)[21]。

我公司所使用的SNCR-SCR聯(lián)合脫硝，已經(jīng)是一種高效的新脫硝技術(shù)。該技術(shù)就是基于不同脫硝原理的不同脫硝技術(shù)的綜合利用，這是我國(guó)對(duì)現(xiàn)有脫硝工藝探索發(fā)展的一個(gè)方向。另一個(gè)發(fā)展方向是脫硝+脫硫技術(shù)，它是一個(gè)有很大經(jīng)濟(jì)效益的聯(lián)合技術(shù)，與單獨(dú)的脫硝工藝相比，在同一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫硫和脫硝，具有低成本、高效能的現(xiàn)實(shí)意義。

4 結(jié)語(yǔ)

SNCR/SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)在我公司的成功應(yīng)用，表明該技術(shù)是成熟的、可靠的、經(jīng)濟(jì)的。隨著人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，希望以后有更經(jīng)濟(jì)更有效的技術(shù)出現(xiàn)，為減少NOX的生成提供更成熟的方案。