魯寶環(huán)爐SNCR+SCR聯(lián)合脫硝技術(shù)的應(yīng)用研究

楊 飛,王仁波

(煙臺魯寶鋼管有限責(zé)任公司,山東 煙臺 264002)

1 概述

魯寶環(huán)爐采用天然氣作為燃料,煙氣氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(編號:DB37/2376—2013)鋼鐵行業(yè)軋鋼熱處理爐的規(guī)定,自2017年1月1日起至2019年12月31日止執(zhí)行第三時段標(biāo)準(zhǔn),基準(zhǔn)氧含量(體積分?jǐn)?shù))按照8%折算,SO2質(zhì)量濃度<100 mg/m3、NOx質(zhì)量濃度<150 mg/m3、顆粒物質(zhì)量濃度<20 mg/m3;自2020年1月1日起執(zhí)行第四時段重點(diǎn)控制區(qū)標(biāo)準(zhǔn),基準(zhǔn)氧含量按照8%折算,SO2質(zhì)量濃度<50 mg/m3、NOx質(zhì)量濃度<100 mg/m3、顆粒物質(zhì)量濃度<10 mg/m3。

根據(jù)實(shí)測結(jié)果,魯寶環(huán)爐煙氣量高達(dá)220 000 m3/h,煙氣中氧含量高達(dá)15%以上,折合NOx質(zhì)量濃度300～500 mg/m3,波動大時高達(dá)800 mg/m3,NOx質(zhì)量濃度高且波動大,魯寶環(huán)爐脫硝前煙氣相關(guān)參數(shù)見表1,超出《山東省區(qū)域性大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》“第三時段”NOx質(zhì)量濃度<150 mg/m3和“第四時段”NOx質(zhì)量濃度<100 mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn),存在煙氣排放超標(biāo)的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn),亟需增上煙氣脫硝設(shè)施。

表1 魯寶環(huán)爐脫硝前煙氣相關(guān)參數(shù)

2 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題

目前國內(nèi)外煙氣脫硝的主流技術(shù)是選擇性催化還原SCR脫硝工藝和選擇性非催化還原SNCR脫硝工藝,但針對魯寶環(huán)爐煙氣量大、氮氧化物濃度高的特點(diǎn),采用哪一種工藝都存在一定的問題。

2.1 選擇性催化還原SCR法脫硝

選擇性催化還原SCR脫硝工藝,其原理是將尿素?zé)峤忪F化產(chǎn)生的氨氣噴入煙道與煙氣混合后進(jìn)入SCR反應(yīng)器,在催化劑的作用下將氮氧化物還原成N2和H2O。SCR脫硝工藝尿素反應(yīng)充分,利用率高,脫硝效率可達(dá)80%～90%,脫硝效果比較理想。SCR 脫硝工藝的主要設(shè)備為SCR反應(yīng)器,常規(guī)SCR脫硝反應(yīng)器本體為鋼結(jié)構(gòu),煙氣設(shè)計(jì)成豎直向下流動方向,主要包括鋼結(jié)構(gòu)平臺、反應(yīng)器本體、進(jìn)氣煙道、出氣煙道、催化劑框架及模塊、噴氨格柵、導(dǎo)流板、整流器、聲波吹灰器等。常規(guī)SCR脫硝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 常規(guī)SCR脫硝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

魯寶環(huán)爐煙氣量大、NOx質(zhì)量濃度高,用SCR脫硝催化劑用量大,排煙煙道為混凝土煙道。若采用常規(guī)SCR脫硝反應(yīng)器,反應(yīng)器體積大,鋼材特別是耐熱鋼用量大,設(shè)備制造費(fèi)用高;反應(yīng)器進(jìn)氣口和出氣口需要分別與混凝土煙道對接,現(xiàn)場施工難度大,工期長;煙道拐彎多,壓損大。因此,魯寶煙氣脫硝只能利用混凝土排煙煙道作為反應(yīng)器本體,將催化劑模塊由通常豎直放置改為水平放置,直接放在水平煙道煤氣發(fā)生器位置,此處煙道截面大,內(nèi)部截面為4 400 mm(寬)×4 500 mm(高),煙氣溫度為300～400 ℃,剛好滿足催化劑安裝條件。

魯寶環(huán)爐若采用常規(guī)SCR脫硝工藝,要滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求采用壓損少、節(jié)距6.1 mm的中溫板式催化劑需用量至少45 m3,安裝在水平煙道煤氣發(fā)生器位置需布置3層,每層催化劑壓損150 Pa,整個催化劑層壓損450 Pa,SCR反應(yīng)器出口煙氣需走余熱鍋爐煙道,排煙風(fēng)機(jī)需由200 kW加大到300 kW,風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及進(jìn)出口管路均需加大;若催化劑按2層布置,煤氣發(fā)生器位置煙道截面需加大1.5倍。無論是加大排煙風(fēng)機(jī)還是加大煙道截面,都存在施工難度大、施工周期長、投資費(fèi)用高的問題。

2.2 選擇性非催化還原SNCR法脫硝

選擇性非催化還原SNCR脫硝工藝需要850～1 050 ℃的反應(yīng)溫度窗口,其原理是將尿素溶液直接均勻噴灑到爐膛內(nèi)850～1 050 ℃煙氣對流斷面上,尿素與煙氣中的NOx反應(yīng)生成N2和H2O。選擇性非催化還原SNCR脫硝工藝設(shè)備簡單,不需要催化劑,但對反應(yīng)溫度、噴入量和噴入?yún)^(qū)域有嚴(yán)格要求,必須將還原劑噴灑到爐膛內(nèi)最有效部位,控制上不夠穩(wěn)定;脫硝效率低,只有40%～70%;尿素的利用率低[1-3]。

針對魯寶環(huán)爐煙氣量大、NOx質(zhì)量濃度高的情況,采用常規(guī)SNCR脫硝工藝尿素消耗高達(dá)100 kg/h以上,尿素消耗高、添加困難且無法滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求。

3 工藝方案的確定

根據(jù)魯寶環(huán)爐煙氣溫度特點(diǎn)、氮氧化物濃度及煙氣量,確定魯寶環(huán)爐煙氣脫硝采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝,即在選擇性催化還原SCR脫硝裝置基礎(chǔ)上增加1套選擇性非催化還原SNCR脫硝裝置,脫硝劑采用尿素。具體方案如下:

(1)前面高溫區(qū)采用SNCR脫硝工藝,尿素與NOx在環(huán)爐爐膛內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。在環(huán)爐預(yù)熱段850～1 050 ℃位置爐膛頂部開孔安裝噴槍作為尿素溶液噴入裝置,將尿素溶液均勻地噴灑在環(huán)爐爐膛內(nèi)850～1 050 ℃煙氣對流斷面上,尿素溶液在高溫下與NOx發(fā)生還原反應(yīng),去除部分的NOx,先將NOx質(zhì)量濃度從300～500 mg/m3(波動大時高達(dá)800 mg/m3)降到300 mg/m3以下。

(2)后面低溫區(qū)采用SCR脫硝工藝,氨氣與NOx在環(huán)爐煙道內(nèi)發(fā)生反應(yīng)。在環(huán)爐煙道煙氣溫度300～400 ℃位置安裝SCR反應(yīng)器,前面SNCR反應(yīng)多余的尿素在煙道內(nèi)充分熱解為氨氣并隨著煙氣進(jìn)入到煙道下游的SCR反應(yīng)器,與熱解爐供給的氨氣一起在催化劑表面與NOx發(fā)生二次還原反應(yīng)進(jìn)一步去除剩下的NOx,將NOx質(zhì)量濃度從300 mg/m3左右降到100 mg/m3以下。因前面高溫區(qū)已經(jīng)采用SNCR脫硝工藝將NOx質(zhì)量濃度降低到300 mg/m3以下,催化劑需用量可以減少接近一半,安裝在煤氣發(fā)生器位置只需布置2層,催化劑壓損可以控制在250 Pa以下,排煙風(fēng)機(jī)由200 kW加大到250 kW即可滿足要求,風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及進(jìn)出口管路無需加大。

(3)脫硝劑采用尿素。還原法脫硝采用的脫硝劑有液氨、氨水、尿素。液氨的儲存、運(yùn)輸必須滿足國家?；饭芾淼挠嘘P(guān)規(guī)定,液氨法制備很少使用;氨水(20%)制備工藝簡單,但儲存和運(yùn)輸相對麻煩且有異味;尿素(含氮46.6%)制備工藝相對復(fù)雜、運(yùn)行費(fèi)用略高,但運(yùn)輸、儲存非常安全且能保證來源,因此,確定魯寶環(huán)爐煙氣脫硝采用尿素作為脫硝劑。

尿素制備工藝有尿素水解法和尿素?zé)峤夥?。兩種方法投資與運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng),但尿素?zé)峤夥ú恍枰獕毫θ萜?安全性更高,分解完全,因此,魯寶環(huán)爐煙氣脫硝采用尿素?zé)峤夥╗4-6]。

4 脫硝設(shè)備的組成

魯寶環(huán)爐煙氣脫硝采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝,其設(shè)備組成包括尿素溶解轉(zhuǎn)送單元、尿素溶液儲存供給單元、尿素溶液流量控制單元、SNCR脫硝單元、SCR尿素?zé)峤鈫卧CR脫硝反應(yīng)器、排煙風(fēng)機(jī)、煙氣在線檢測控制單元。其中尿素溶液輸送管路及閥門全部采用304不銹鋼材質(zhì),SNCR脫硝系統(tǒng)與SCR脫硝系統(tǒng)共用1套尿素溶解轉(zhuǎn)送單元和尿素溶液儲存供給單元。

4.1 尿素溶解轉(zhuǎn)送單元

尿素溶解轉(zhuǎn)送單元包括尿素提升機(jī)、尿素溶解罐、尿素溶液攪拌器、尿素溶液輸送泵、溫度變送器、翻板液位計(jì)以及相關(guān)配套管路、閥門等。尿素溶解轉(zhuǎn)送單元系統(tǒng)圖見圖2。

圖2 尿素溶解轉(zhuǎn)送單元系統(tǒng)圖

尿素提升機(jī)P001用于將固體尿素由尿素儲倉提升至溶解罐,袋裝尿素由人工拆包倒入尿素儲倉。尿素提升機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)為:流量Q=3 m3/h,提升高度H=3～4 m。

尿素溶解罐T001用于固體尿素溶解。在溶解罐中,采用軟化水將固體尿素制成40%的尿素溶液。尿素溶解罐材料采用304不銹鋼材質(zhì),直徑1.8 m、高2 m。溫度變送器T001用于測量尿素溶液溫度,顯示同時并參與罐內(nèi)溫度控制;翻板液位計(jì)LT01用于測量溶解罐液位,傳入上位機(jī)顯示。

尿素溶解罐底部設(shè)置蒸汽加熱盤管,用于對罐體進(jìn)行加熱,防止尿素在罐內(nèi)形成結(jié)晶。溶解罐蒸汽入口設(shè)置電動閥TX-S6,用于遠(yuǎn)程控制尿素溶液溫度。當(dāng)尿素溶液溫度過低時,蒸汽加熱系統(tǒng)啟動,加熱蒸汽采用余熱鍋爐蒸汽。

尿素溶液攪拌器AM001安裝于尿素溶解罐頂部,通過攪動加快固態(tài)尿素的溶解并使其溶解均勻。

尿素溶液輸送泵P001A/P001B用于將尿素溶液由尿素溶解罐轉(zhuǎn)送至尿素儲罐,2臺互為備用。尿素溶液輸送泵設(shè)計(jì)參數(shù)為:流量Q=5 m3/h,揚(yáng)程H=20 m,電動機(jī)功率P=1.1 kW。

尿素溶液輸送泵出口設(shè)有尿素溶液回流管路,通過尿素溶液回流閥TX-N6來控制尿素溶液回流大小。

4.2 尿素溶液儲存供給單元

尿素溶液儲存供給單元包括尿素溶液儲罐、溫度變送器、翻板液位計(jì)、尿素溶液噴射泵、管道過濾器、壓力調(diào)節(jié)閥以及相關(guān)配套管路、閥門等。尿素溶液儲存供給單元系統(tǒng)圖見圖3。

圖3 尿素溶液儲存供給單元系統(tǒng)圖

尿素溶液儲罐T002用于儲存制備好的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的尿素溶液。尿素溶液儲罐采用立式平底結(jié)構(gòu),304不銹鋼材質(zhì),直徑2.4 m、高2.8 m。溫度變送器T002用于測量儲罐內(nèi)尿素溶液溫度,顯示同時并參與罐內(nèi)溫度控制;翻板液位計(jì)LT02用于測量儲罐液位,傳入上位機(jī)顯示。

同尿素溶解罐,尿素溶液儲罐底部設(shè)有蒸汽加熱盤管,用于對罐體進(jìn)行加熱,防止尿素在儲罐內(nèi)形成結(jié)晶。儲罐蒸汽入口設(shè)置電動閥TX-S8,用于遠(yuǎn)程控制尿素溶液溫度。當(dāng)尿素溶液溫度過低時,蒸汽加熱系統(tǒng)啟動,加熱蒸汽采用余熱鍋爐蒸汽。

尿素溶液噴射泵P002A/P002B為2臺全流量多級離心泵,一用一備,內(nèi)嵌雙聯(lián)式過濾器、電加熱器,用于將儲罐內(nèi)尿素溶液噴射供給后續(xù)尿素溶液流量控制單元。尿素溶液噴射泵設(shè)計(jì)參數(shù)為:流量Q=0.2 m3/h,揚(yáng)程H=120 m,電動機(jī)功率P=0.75 kW。

尿素溶液噴射泵前分別設(shè)置有管路過濾器和排空閥;噴射泵后設(shè)置有軟水沖洗管路,用于尿素溶液噴射泵、尿素管路以及后續(xù)電磁流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥的沖洗。

尿素溶液噴射泵出口設(shè)有尿素溶液回流管路,通過壓力調(diào)節(jié)閥TX-N12控制尿素溶液回流大小來實(shí)現(xiàn)尿素溶液噴射壓力控制。

4.3 尿素溶液流量控制單元

尿素溶液流量控制單元由兩條尿素溶液流量控制回路組成,分別用于SNCR脫硝單元和SCR尿素?zé)峤鈫卧蛩厝芤毫髁康目刂?包括電磁流量計(jì)、流量調(diào)節(jié)閥、止回閥、旁通管路以及相關(guān)配套管路、閥門等。尿素溶液流量控制單元系統(tǒng)圖見圖4。

圖4 尿素溶液流量控制單元系統(tǒng)圖

電磁流量計(jì)FT001、流量控制閥TX-N15、止回閥等構(gòu)成的尿素溶液流量控制回路用于為SNCR脫硝單元提供所需的穩(wěn)定的尿素溶液流量和壓力。電磁流量計(jì)FT001用于檢測供給SNCR脫硝單元的尿素溶液流量,流量控制閥TX-N15用于遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)供給SNCR脫硝單元的尿素溶液流量。另設(shè)置1套旁通管路,作為應(yīng)急使用。

電磁流量計(jì)FT002、流量控制閥TX-N25、止回閥等構(gòu)成的溶液流量控制回路用于為SCR尿素?zé)峤鉅t提供所需的穩(wěn)定的尿素溶液流量和壓力。電磁流量計(jì)FT002用于檢測供給SCR尿素?zé)峤鉅t的尿素溶液流量,流量控制閥TX-N25用于遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)供給SCR尿素?zé)峤鉅t的尿素溶液流量。另設(shè)置1套旁通管路,作為應(yīng)急使用。

4.4 SNCR脫硝單元

SNCR脫硝單元包括分配模塊、雙流體噴槍、壓縮空氣管路、尿素溶液供給管路、軟水稀釋調(diào)節(jié)管路和軟水沖洗管路等。SNCR脫硝單元系統(tǒng)圖見圖5。

圖5 SNCR脫硝單元系統(tǒng)圖

來自尿素溶液流量控制單元的尿素溶液經(jīng)減壓閥接入混合器H001,在混合器內(nèi)經(jīng)軟水稀釋后接入分配模塊。接入混合器H001的軟水流量由電磁流量計(jì)FT003、流量控制閥TX-N35、止回閥等構(gòu)成的軟水稀釋調(diào)節(jié)管路來控制,軟水稀釋調(diào)節(jié)管路設(shè)有旁通管路作為應(yīng)急使用。來自廠區(qū)壓縮空氣和來自鍋爐軟化水分別經(jīng)球閥接入分配模塊。

在環(huán)爐預(yù)熱段溫度850～1 050 ℃位置爐頂上方開孔安裝4把雙流體噴槍,把尿素溶液直接噴灑到爐膛內(nèi)煙氣對流斷面上;分配模塊內(nèi)設(shè)置4臺轉(zhuǎn)子流量計(jì),分別對應(yīng)4把雙流體噴槍,通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計(jì)針形調(diào)節(jié)閥將4把噴槍尿素溶液流量控制均勻。

4.5 SCR尿素?zé)峤鈫卧?/h3>

SCR尿素?zé)峤鈫卧蔁峤鉅t、電加熱爐、稀釋風(fēng)機(jī)及相關(guān)配套管路、閥門、儀器儀表等組成。SCR尿素?zé)峤鈫卧到y(tǒng)圖見圖6。

圖6 SCR尿素?zé)峤鈫卧到y(tǒng)圖

尿素溶液采用熱解爐分解,熱解爐直徑600mm,由絕熱分解室、雙流體噴槍等組成,布置在SCR反應(yīng)器附近。經(jīng)過流量控制單元的尿素溶液由雙流體噴槍噴入絕熱分解室,采用經(jīng)過電加熱器的高溫?zé)犸L(fēng)作為分解室的熱源,分解室內(nèi)溫度控制在350～600℃,采取絕熱材料保溫。

尿素?zé)峤鈫卧捎米匀伙L(fēng)作為尿素?zé)峤夥磻?yīng)的稀釋風(fēng)來源。自然風(fēng)由稀釋風(fēng)機(jī)加壓送至電加熱器JRQ01進(jìn)行溫度提升,達(dá)到熱解室的設(shè)計(jì)溫度,并由加熱器控制裝置維持適當(dāng)?shù)哪蛩胤纸夥磻?yīng)溫度,電加熱器功率100 kW。

配套稀釋風(fēng)機(jī)采用2臺離心風(fēng)機(jī),一用一備,參數(shù)設(shè)計(jì)為:流量Q=400 m3/h,壓力4 500 Pa,電動機(jī)功率P=2.2 kW。

經(jīng)絕熱分解室配制出的氨氣含量(體積分?jǐn)?shù))小于5%,經(jīng)噴氨格柵進(jìn)入SCR反應(yīng)器。

4.6 SCR脫硝反應(yīng)器

魯寶環(huán)爐SCR脫硝反應(yīng)器利用原煤氣換熱器位置混凝土排煙煙道作為本體,由混凝土排煙煙道、鋼結(jié)構(gòu)煙道蓋板、2級噴氨格柵及其固定支架、2級聲波吹灰器、2層催化劑框架及模塊、相關(guān)配套管路及閥門、檢測儀器儀表等組成。SCR脫硝反應(yīng)器系統(tǒng)圖見圖7。

圖7 SCR脫硝反應(yīng)器系統(tǒng)圖

SCR脫硝反應(yīng)器利用原煤氣換熱器位置處混凝土排煙煙道作為反應(yīng)器本體,將噴氨格柵、聲波吹灰器、催化劑框架及模塊按煙氣水平流動方向依次放置在此處水平煙道內(nèi);催化劑框架及模塊上方混凝土煙道開孔并加蓋鋼結(jié)構(gòu)煙道蓋板進(jìn)行封堵,催化劑與煙道內(nèi)壁、鋼結(jié)構(gòu)煙道蓋板之間設(shè)置耐火纖維棉層以阻止煙氣不經(jīng)催化劑層反應(yīng)直接進(jìn)入煙氣出口,催化劑模塊清灰及更換時將上方鋼結(jié)構(gòu)煙道蓋板打開。

催化劑采用模塊化設(shè)計(jì),前后2層布置,每層布置4×3塊,左右4塊平鋪,上下3層疊加。為減少壓損、防止灰堵,催化劑采用中溫板式催化劑,設(shè)計(jì)用量為24.29 m3,節(jié)距為6.1 mm,第一層模塊尺寸為1 418 mm×954 mm×1 294 mm,單層阻力為150 Pa;第二層模塊尺寸為1 418 mm×954 mm×647 mm,單層阻力為100 Pa,兩層模塊合計(jì)阻力為250 Pa。催化劑框架制作成上下3層,分別采用1Cr18Ni9Ti耐熱型鋼焊接而成,上下層之間采用螺栓連接。更換催化劑,只需打開鋼結(jié)構(gòu)煙道蓋板分別將催化劑層整體從煙道內(nèi)吊出來,拆開上下層之間連接螺栓即可更換。催化劑模塊安裝圖見圖8。

圖8 催化劑模塊安裝圖

噴氨格柵AIG選用1Cr18Ni9Ti耐熱不銹鋼鋼管制作,內(nèi)置在煙道內(nèi)第一層催化劑前來煙方向3～4 m處,采用耐熱鋼支架固定在煙道側(cè)壁上。噴氨格柵分2級前后布置,每級分為上下3層,每層懸掛3根密布φ8 mm噴嘴的支管,前后2級噴氨格柵支管左右錯開布置,確保氨氣能夠通過噴氨格柵均勻噴灑到煙道內(nèi)部,并在進(jìn)入催化劑層前與煙道內(nèi)煙氣充分混合。

聲波吹灰器共4臺,分2級布置,吊裝在鋼結(jié)構(gòu)煙道蓋板下方,緊貼安裝在催化劑層前面,每層安裝2臺。催化劑采取與聲波吹灰器相結(jié)合的吹灰措施,采用壓縮空氣作為吹灰介質(zhì),通過聲波吹灰器產(chǎn)生高頻聲音,產(chǎn)生共振,達(dá)到吹灰效果。

SCR脫硝反應(yīng)器出口配置了1套氨逃逸檢測裝置,以便根據(jù)氨逃逸檢測結(jié)果對尿素溶液噴射量進(jìn)行控制。

4.7 排煙風(fēng)機(jī)

原煤氣換熱器處水平煙道放置SCR脫硝反應(yīng)器后,煙道內(nèi)增加了2級噴氨格柵、4臺聲波吹灰器、2層催化劑框架、2層催化劑等設(shè)備,2層催化劑壓損為250 Pa,合計(jì)增加壓損500 Pa左右。煙道內(nèi)阻力增加500 Pa,經(jīng)脫硝后的環(huán)爐煙氣走常規(guī)煙道單靠煙囪抽力是不夠的,只能走余熱鍋爐煙道,因此需對余熱鍋爐煙道排煙風(fēng)機(jī)進(jìn)行加大改造。

考慮到留有余量,余熱鍋爐煙道排煙風(fēng)機(jī)壓力需增加600 Pa。排煙風(fēng)機(jī)全壓由1 376 Pa增加到2 000 Pa,靜壓由1 100 Pa增加到1 700 Pa,電動機(jī)由200 kW增加到250 kW,變頻器、電抗器、開關(guān)、電纜相應(yīng)地加大,風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)及進(jìn)出口管路保持不變,排煙風(fēng)機(jī)改造前后參數(shù)對比見表2。

表2 排煙風(fēng)機(jī)改造前后參數(shù)對比

4.8 煙氣在線檢測控制系統(tǒng)

煙氣出口設(shè)置1套CEMS在線自動檢測裝置,對煙氣中SO2、NOx、煙塵、O2、溫度、壓力、流速7個參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測并上傳數(shù)據(jù)。

脫硝系統(tǒng)整套裝置設(shè)置1套PLC控制系統(tǒng),SO2、NOx、煙塵、O2、溫度、壓力、流量以及氨逃逸率等所有運(yùn)行參數(shù)全部通過電腦WICC畫面實(shí)時顯示并存儲,系統(tǒng)所有部位的檢測及控制均送至PLC系統(tǒng)并通過工控機(jī)進(jìn)行集中顯示、調(diào)節(jié)、報(bào)警及聯(lián)鎖等。魯寶環(huán)爐SNCR+SCR脫硝系統(tǒng)電腦畫面見圖9。

圖9 魯寶環(huán)爐SNCR+SCR脫硝系統(tǒng)電腦畫面

針對魯寶環(huán)爐壓火、提溫、空爐膛等爐況調(diào)整參數(shù)變化特點(diǎn),分別建立SNCR脫硝及SCR脫硝控制模型,在氨逃逸不超標(biāo)情況下,對尿素溶液噴入量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)控制,使脫硝后NOx質(zhì)量濃度保持穩(wěn)定在100 mg/m3以下。

5 達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)和效果

魯寶環(huán)爐煙氣脫硝項(xiàng)目2017年11月25日開始實(shí)施,2018年5月26日投入運(yùn)行,脫硝設(shè)備運(yùn)行一直非常穩(wěn)定。

5.1 達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

魯寶環(huán)爐煙氣脫硝達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 魯寶環(huán)爐煙氣脫硝達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)

5.2 達(dá)到的效果

(1)魯寶環(huán)爐煙氣脫硝采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝,煙氣NOx質(zhì)量濃度從300～500 mg/m3(波動大時高達(dá)800 mg/m3)降低到54.8 mg/m3(實(shí)測平均值),整體脫硝效率達(dá)到87.82%以上,脫硝前后顆粒物濃度沒有增加,達(dá)到了第四時段排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

(2)采用SNCR+SCR聯(lián)合脫硝工藝,相比于常規(guī)SCR脫硝,催化劑用量減少了1/3,催化劑只需按2層布置,投資費(fèi)用及施工難度大大降低;相比于常規(guī)SNCR脫硝,尿素消耗量大大降低,取得了較好效果。

(3)采用尿素作為脫硝劑,運(yùn)輸、儲存方便;脫硝劑制備工藝采用尿素?zé)峤夥?安全性高,分解完全。

(4)根據(jù)魯寶環(huán)爐煙氣溫度及煙道特點(diǎn),催化劑采用中溫板式催化劑,減少了壓損與灰堵;利用原煤氣換熱器位置水平煙道作為SCR反應(yīng)器本體,將催化劑模塊由通常豎直放置改為水平放置,直接放置在水平煙道內(nèi),降低了設(shè)備費(fèi)用和施工難度,縮短了工期,達(dá)到了預(yù)期效果。

(5)根據(jù)催化劑放置方式及煙道特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種新型噴氨格柵AIG,設(shè)6根管道分前后2級左右錯開布置,將煙道分成相對獨(dú)立的可調(diào)節(jié)區(qū)域,充分避免了在煙道截面上煙氣與氨氣混合的不均勻性。

(6)脫硝系統(tǒng)適應(yīng)能力強(qiáng),能夠滿足魯寶環(huán)爐負(fù)荷變化要求。根據(jù)魯寶環(huán)爐壓火、提溫、空爐膛等爐況變化特點(diǎn),分別建立了SNCR脫硝及SCR脫硝控制模型,在氨逃逸不超標(biāo)情況下,對尿素溶液噴入量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)控制,使脫硝后NOx質(zhì)量濃度保持穩(wěn)定[7]。

6 持續(xù)改進(jìn)措施

魯寶環(huán)爐脫硝設(shè)備自2018年5月投入運(yùn)行以來,NOx質(zhì)量濃度穩(wěn)定控制在100 mg/m3以下,符合環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求。后續(xù)存在的主要問題是排煙風(fēng)機(jī)電動機(jī)電流較高,運(yùn)行在350 A左右,風(fēng)機(jī)負(fù)荷較大;車間產(chǎn)量超出設(shè)計(jì)產(chǎn)能、天然氣消耗較高的情況下,環(huán)爐爐膛壓力較高,接近30 Pa,不好調(diào)整。

改進(jìn)措施是利用2020年12月年修催化劑使用壽命到期更換的機(jī)會,將板式催化劑的節(jié)距由6.1 mm增大到7.0 mm;同時為了保證脫硝效率和脫硝能力,第二層催化劑模塊設(shè)計(jì)上按煙氣流動方向長度進(jìn)行了適當(dāng)加長,催化劑用量由24.29 m3增加到30 m3,仍按2層布置。重新設(shè)計(jì)后兩層模塊大小、阻力相同,模塊尺寸均為1 418 mm×954 mm×1 214 mm,單層阻力小于100 Pa,整體阻力小于200 Pa,在保持原有脫硝效率的前提下整體阻力減少了50 Pa[8-9]。

催化劑節(jié)距增大后,催化劑整體阻力明顯減少,環(huán)爐爐膛壓力比更換前明顯降低,穩(wěn)定運(yùn)行在15～20 Pa;排煙風(fēng)機(jī)電動機(jī)電流明顯減少,由350 A左右降低到180 A左右,風(fēng)機(jī)負(fù)荷大大降低;脫硝劑尿素消耗由33.59 kg/h降低到29.17 kg/h,取得了令人滿意的效果。