石化設(shè)備脫硝改造中的問題及解決方法研究

朱明磊

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

1 引言

黨的十九大報告提出要“建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系”，給出了高質(zhì)量發(fā)展的真正內(nèi)涵。作為高質(zhì)量發(fā)展的重要組成部分，生態(tài)環(huán)境保護已經(jīng)被上升到了中華民族永續(xù)發(fā)展根本大計的高度。所以，從國家的層面，已經(jīng)對企業(yè)尤其是石化企業(yè)的排放等環(huán)保要求越來越高，故諸如脫硝、脫硫等對石化設(shè)備的升級改造顯得越來越必要。本文以SCR脫硝技術(shù)為例，就石化設(shè)備的脫硝改造進行了深入研究，挖掘其全過程存在的問題，并提出了相應(yīng)的解決辦法，對其他企業(yè)的同類改造具有一定的參考意義，能夠?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境保護作出相應(yīng)的貢獻。

2 石化設(shè)備脫硝技術(shù)概況

從國內(nèi)外情況來看，因為燃燒前的低氮材料替換費用太高、燃燒中的脫硝效率較低，所以石化設(shè)備脫硝的技術(shù)均集中在燃燒后的脫硝處理上，主要是指煙氣的脫硝處理，而國內(nèi)外主要使用的脫硝技術(shù)是SCR技術(shù)。

2.1 選擇性催化還原反應(yīng)SCR技術(shù)

簡單來說，SCR技術(shù)就是在特定的溫度及催化劑的作用下，使用NH3等還原劑，將NOX等有害氣體，轉(zhuǎn)化為N2和水（H2O），實現(xiàn)無害化處理。因SCR技術(shù)成熟度和脫硝效率（最高可達90%以上）均較高，目前，該項技術(shù)已經(jīng)成為國際上脫硝技術(shù)的主要運用手段。

2.2 選擇性非催化還原反應(yīng)SNCR技術(shù)

與SCR技術(shù)相比，SNCR技術(shù)的區(qū)別在于不使用催化劑，使用NH3和尿素作為還原劑，與煙氣中的N0X發(fā)生快速分級反應(yīng)，生成N2和水（H2O），該項技術(shù)的投資規(guī)模比較小，費用較為理想，但是，脫硝效率與SCR技術(shù)相對比較低，最高僅為50%左右，并不能夠完全滿足達標排放的要求。

所以本文主要從SCR脫硝技術(shù)入手，深入研究石化設(shè)備脫硝改造的各類問題及解決辦法。

3 石化設(shè)備脫硝改造中的問題分析

石化設(shè)備脫硝改造中，通常會遇見設(shè)備安裝問題和設(shè)備運行問題，本文在深入調(diào)查石化設(shè)備脫硝裝置實際運行情況的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)石化設(shè)備脫硝改造中出現(xiàn)的各類典型問題，并給出具體原因。

3.1 脫硝改造設(shè)備安裝問題

（1）脫硝改造裝置尺寸對接難度較大。需要改造的石化設(shè)備一般出廠時候，沒有預(yù)留改造設(shè)備部分的位置或安裝空間，而隨著原設(shè)備的長期運行，由于機體振動等原因，還會發(fā)生機構(gòu)變形或者地基下降的情況。如果原設(shè)備沒有相關(guān)的圖紙供應(yīng)，與改造部分連接的尺寸精度就會大受影響，接口對接難度較大。

（2）設(shè)備脫硝改造周期較長，對運行效益影響較大。需要改造的石化設(shè)備均為24h連續(xù)運行，一旦停運，無論是重新啟動設(shè)備的成本，還是停運期間的間接損失，都是企業(yè)無奈承擔的大額支出。所以，改造的工期選擇在石化設(shè)備定期大修的關(guān)鍵時期實施，但是，安裝施工的時間一旦太久，勢必會影響運行的效益，所以，改造周期的時長顯得尤為重要。

（3）改造后，催化劑的替換吊裝難度較大。SCR脫硝技術(shù)較為依賴催化劑的作用，否則，脫硝效率大幅度降低，但是，催化劑并不是永久保質(zhì)期，需要定期替換。目前，國內(nèi)外SCR脫硝技術(shù)的催化劑替換主要采用吊裝方式予以更替。由此會給很多老設(shè)備的空間帶來吊裝作業(yè)上的空間難度，如果忽視了該項問題，脫硝設(shè)備后期催化劑方面運行維護時將會出現(xiàn)較大影響。

3.2 脫硝改造設(shè)備運行問題

（1）SCR入口處煙氣處于高溫狀況，難以維持強負載長期運行。石化設(shè)備改造后會，會因為一次風速和風量過大、配風模式不夠合理、制粉設(shè)施使用異常、蒸汽運行參數(shù)使用過低等原因，導(dǎo)致使用時出現(xiàn)SCR入口處的煙氣溫度異常的高，直至430℃左右，使得SCR催化劑長期處于嚴重高溫狀態(tài)下運行，因SCR催化劑正常使用溫度為320℃左右，所以高溫運行的情況造成催化劑的活性明顯下降，對催化劑影響較大。所以，部分改造后的設(shè)備為了避免這種高溫脫硝的情況，會降低負荷運行，影響了設(shè)備的使用能力。

（2）SCR脫硝部分呈現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。部分石化設(shè)備SCR脫硝改造后運行發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)流板、催化劑和空預(yù)器等發(fā)生反應(yīng)的區(qū)域存在積灰堵塞現(xiàn)象，主要是因為以下幾點：一是粒度較大的飛灰在催化劑或者其他孔隙上逐步積累，甚至板結(jié)，逐漸造成積灰堵塞現(xiàn)象；二是因為煙氣灰分以及堿性金屬類氧化物達到較高比例時，在反應(yīng)區(qū)域的設(shè)備壁上的黏附力增強，進一步加劇在此區(qū)域堵塞的程度；三是進入脫硝設(shè)備通道截面的流場不均勻，改變了設(shè)計條件下的流場條件，使得部分位置的流動速度過低，引發(fā)積灰堵塞；四是空預(yù)器低溫段容易產(chǎn)生凝結(jié)現(xiàn)象，黏結(jié)飛灰并不斷積累，形成堵塞情況。

（3）氨的供應(yīng)量無法達到脫硝標準的需求。在石化設(shè)備的脫硝裝置運行時，會出現(xiàn)氨的供應(yīng)量達不到要求，導(dǎo)致脫硝效率嚴重偏低，即使全部開啟SCR調(diào)節(jié)閥，也還是表現(xiàn)出氨的供應(yīng)壓力較小，原因有多種情況：一是氨的消耗量漲幅時，蒸發(fā)器沒有能夠輸出相匹配的出力；二是液氨的閥門處、過濾設(shè)施等通道上，因為雜質(zhì)的存在，導(dǎo)致不通暢、甚至堵塞的情況，影響了氨的供應(yīng)狀況；三是氣氨閥門、阻火設(shè)施等通道上因溫度差異，導(dǎo)致雜質(zhì)結(jié)晶沉積，造成堵塞情況。

4 石化設(shè)備脫硝改造問題的解決辦法

針對石化設(shè)備脫硝改造可能出現(xiàn)的上述問題，本文進行了相關(guān)解決辦法的研究，為相關(guān)問題的預(yù)防與解決提供了可靠的方法。

4.1 脫硝改造設(shè)備安裝問題解決辦法

（1）針對脫硝改造裝置尺寸對接難度較大的問題，主要采取以下解決辦法：一是一定要在停爐后進行精確測量，最大程度確保測繪尺寸的精度；二是采取合理的過渡對接面，消除尺寸不準帶來的問題，例如，采取角鋼型號的法蘭對接面，這樣可以在法蘭尺寸范圍內(nèi)焊接改造設(shè)備的接口，從而從安裝工藝上解決了對接難度較大的問題。

（2）針對設(shè)備脫硝改造周期較長的問題，主要采取預(yù)制模塊、現(xiàn)場組裝的方法解決，將設(shè)備組裝的大部分時間，提前消化在模塊的組裝過程中，而到達設(shè)備改造現(xiàn)場的組裝，可以采取相關(guān)優(yōu)化措施，例如，采取螺栓方式連接槽鋼的分界結(jié)合面，對保溫層的材料采用陶瓷類纖維材料、催化劑同樣實施模塊化等。

（3）針對改造后催化劑的替換吊裝難度較大的問題，解決的難度較大，有一定成本，主要采取設(shè)置催化劑吊裝鋼梁的方式解決，這種方法對于移動式吊裝設(shè)備動作空間不足的現(xiàn)場較為適合，雖然預(yù)制吊裝鋼梁成本會上升，但是，從長遠看，有利于催化劑的便捷更換，對效益有持久幫助。

4.2 脫硝改造設(shè)備運行問題解決辦法

（1）針對SCR入口處煙氣高溫的問題，在系統(tǒng)地分析所有可能原因的基礎(chǔ)上，采取對應(yīng)的解決辦法，主要有：一是調(diào)整一次風速，減少燃煤的燃燒遲滯性，增加燃燒的過程時長，同時，避免火焰的角度過大，影響煙氣溫度在爐內(nèi)燃燒時候的差異；二是改變脫硝裝置的配風模式，例如，在較高負荷情況下，采取正寶塔的配方模式，能夠有效降低SCR入口處的煙氣高溫；三是調(diào)整最下層送粉器的輸出量，減弱上層各送粉器的輸出量，也能緩解SCR入口處煙氣高溫狀況；四是提升蒸汽的運行參數(shù)，能夠明顯減小高壓輸出蒸汽參數(shù)，再經(jīng)過加熱蒸汽管道時，能夠容納更多的煙氣熱度，從而緩解煙氣的高溫狀況。此外，還有調(diào)整燃燒器角度、降低燃料細度等方式，也能夠相應(yīng)地降低SCR入口處煙氣溫度。

（2）針對SCR脫硝部分阻塞的問題，主要從各個易堵塞的位置特點出發(fā)，針對性地解決堵塞問題，主要有：一是對灰濾結(jié)構(gòu)和位置進行優(yōu)化，從本質(zhì)設(shè)計上預(yù)防顆粒較大的飛灰進入脫硝改造的設(shè)備部分；二是調(diào)整燃料煤的質(zhì)量，在經(jīng)濟成本允許的前提下，采用低灰分的燃料煤；三是改變導(dǎo)流板的數(shù)目，調(diào)整其布局位置；四是增加吹灰設(shè)備設(shè)施，優(yōu)化吹灰的頻次和周期，將累積和板結(jié)現(xiàn)象盡早地消除；四是在允許溫度范圍內(nèi)，適量提升煙氣的溫度，提升空預(yù)器的吹掃強度和吹掃時長；五是強化檢修時的清灰工作，尤其是排查和清理催化劑區(qū)域的積灰情況。

（3）針對氨的供應(yīng)量不能達到脫硝效率需求的問題，要根據(jù)原因針對性地采取措施，主要解決辦法：一是發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器輸出不足的時候，要提升蒸發(fā)器的加熱溫度參數(shù)，對于輸出嚴重不夠的蒸發(fā)器，堅決予以替換；二是采用較高品質(zhì)的氨材料，盡可能使用較低雜質(zhì)的供應(yīng)氨產(chǎn)品，以減少雜質(zhì)帶來的各類堵塞情況。

5 結(jié)語

高質(zhì)量發(fā)展對企業(yè)的達標排放提出了越來越高的要求，對石化設(shè)備的脫硝改造也就成為必要的措施，為了能夠使脫硝改造技術(shù)順利為環(huán)保排放服務(wù)，需要對其安裝和使用過程中出現(xiàn)的各類問題深入分析原因，提出相應(yīng)的解決辦法，以此有效保障脫硝裝置的高效運行，同時，可為同類企業(yè)石化設(shè)備的脫硝改造提供可靠的參考內(nèi)容，這對企業(yè)乃至社會的生態(tài)文明建設(shè)都是一種貢獻。