基于煤粉爐補(bǔ)熱的脫硝裝置的應(yīng)用分析

孫國(guó)棟，符 毅

（延安石油化工廠，陜西 延安 727406）

0 引言

選擇性催化還原脫硝工藝，是一種廣泛應(yīng)用在凈化鍋爐廢氣中的技術(shù)，其最佳反應(yīng)溫度在265～320 ℃，但鍋爐煙氣溫度一般在150°左右，其溫度并不能滿足選擇性催化還原脫硝的技術(shù)要求，因此需要增加補(bǔ)熱裝置對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)熱，提高反應(yīng)效率和可靠性。目前多數(shù)補(bǔ)熱裝置均是采用天然氣加熱，雖然相對(duì)比較清潔但成本較高，難以滿足脫硝經(jīng)濟(jì)性的需求。

在對(duì)多種補(bǔ)熱方案進(jìn)行分析后，本文提出了一種基于煤粉爐補(bǔ)熱的脫硝裝置，對(duì)脫硝工藝流程、脫硝過(guò)程控制要點(diǎn)等進(jìn)行了分析，解決了傳燃煤補(bǔ)熱所存在的煙塵粉塵量大、補(bǔ)熱系統(tǒng)和主煙氣系統(tǒng)壓力平衡性差的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，新的脫硝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)熱，將運(yùn)行費(fèi)用降低48.4%，對(duì)提升脫硝的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

1 工程概況分析

某獨(dú)立球團(tuán)廠年產(chǎn)球團(tuán)礦為250 萬(wàn)t，其采用了石灰石-石膏法進(jìn)行脫硫，煙氣脫硝采用了SCR 脫硝技術(shù)。在工作過(guò)程中煙氣平均溫度150 ℃，但SCR脫硝技術(shù)的最佳平均反應(yīng)催化溫度為292 ℃，因此煙氣自身的溫度無(wú)法滿足反應(yīng)催化需求，需要增加煙氣補(bǔ)熱系統(tǒng)，滿足反應(yīng)催化需求。

由于球團(tuán)廠采用了天然氣補(bǔ)熱，整體運(yùn)行成本較高，難以滿足脫硝系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的需求。因此提出了一種基于燃煤的補(bǔ)熱系統(tǒng)方案[1]，采用脫硫前進(jìn)行脫硝的工藝路線，在燃煤過(guò)程中產(chǎn)生的高溫、高塵的煙氣直接進(jìn)入到主煙囪內(nèi)的煙道中，提升煙氣的平均溫度，再經(jīng)過(guò)除塵等處理后進(jìn)行排放。由于燃煤過(guò)程中所產(chǎn)生煙氣內(nèi)含有大量的粉塵及其他污染物，因此采用新的基于煤粉爐補(bǔ)熱的脫硝裝置，滿足對(duì)煙塵凈化、對(duì)主煙氣系統(tǒng)進(jìn)行壓力平衡的處理。

2 脫硝處理工藝流程

為了滿足脫硝效率、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的需求，系統(tǒng)采用了脫硫前脫硝+燃煤補(bǔ)熱的工藝技術(shù)路線，其工作時(shí)的全工藝流程為[2]：主抽煙氣→GGH 原煙氣側(cè)→補(bǔ)熱升溫+噴氨處理→脫硝反應(yīng)→GGH 凈煙氣側(cè)→風(fēng)機(jī)增壓→煙氣脫硫處理→濕電系統(tǒng)→煙氣排出。

2.1 選擇性催化還原脫硝反應(yīng)系統(tǒng)

采用燃煤補(bǔ)熱后，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生的煙氣內(nèi)的二氧化硫的含量迅速增加，在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生三氧化硫，然后再和氨氣結(jié)合生產(chǎn)硫酸氫銨。根據(jù)對(duì)反應(yīng)過(guò)程的分析，當(dāng)反應(yīng)過(guò)程中的溫度低于275 ℃時(shí)，硫酸氫銨的凝結(jié)率會(huì)增加而且極易附著在催化劑和反應(yīng)容器內(nèi)壁，導(dǎo)致系統(tǒng)的堵塞[3]。因此在催化反應(yīng)時(shí)，選擇了22 孔蜂窩式高效催化時(shí)，其最佳反應(yīng)溫度為330 ℃，從而在高溫下催化反應(yīng)，減少硫酸氫氨的產(chǎn)生。在對(duì)催化劑布置時(shí)，選擇了3 層布置結(jié)構(gòu)，將催化劑布置在金屬護(hù)網(wǎng)上[4]，不僅能夠增加反應(yīng)接觸面積，提高反應(yīng)效率，而且能夠?qū)焿m中的大顆粒進(jìn)行過(guò)濾，減少系統(tǒng)堵塞。

在選擇性催化環(huán)境脫硝反應(yīng)系統(tǒng)中，同時(shí)配備了超聲波吹灰裝置[5]，當(dāng)系統(tǒng)中的催化劑壓差大于系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，能夠自動(dòng)開啟吹灰模式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)除灰。系統(tǒng)的脫硝還原劑采用了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的氨水[6]，在經(jīng)過(guò)高溫氣化后傳輸?shù)椒磻?yīng)煙道內(nèi)，通過(guò)噴淋裝置均勻噴灑在主煙道，實(shí)現(xiàn)脫硝還原。

2.2 煙氣補(bǔ)熱系統(tǒng)

煙氣補(bǔ)熱系統(tǒng)的作用是對(duì)主煙道內(nèi)的煙氣進(jìn)行加熱，使其能夠達(dá)到硝化還原反應(yīng)時(shí)的最佳溫度。為了減少在補(bǔ)熱過(guò)程中的燃煤消耗及粉塵污染，根據(jù)原生產(chǎn)體系中的鍋爐狀態(tài)，設(shè)計(jì)的煙氣補(bǔ)熱系統(tǒng)參數(shù)如表1 所示。

表1 煙氣補(bǔ)熱系統(tǒng)和參數(shù)匯總表

煙氣補(bǔ)熱系統(tǒng)的煙氣需要在負(fù)壓的作用下快速進(jìn)入到煙道內(nèi)，根據(jù)實(shí)際測(cè)定在硝化反應(yīng)主煙道內(nèi)的負(fù)壓為-1 300～4 600 Pa，而煤粉爐在溫度運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部的負(fù)壓為-140～-50Pa，因此要保證煙氣能夠穩(wěn)定、均勻的進(jìn)入到主煙道內(nèi)，就需要保證在煤粉爐和煙道補(bǔ)熱煙氣入口之間的煙氣流動(dòng)阻力不超過(guò)1 300 Pa[5]。以此為基礎(chǔ)合理的分布除塵器、煙道結(jié)構(gòu)及煙氣送風(fēng)系統(tǒng)的阻力情況。一般來(lái)說(shuō)要求除塵器的工作阻力不大于400 Pa，補(bǔ)熱煙氣在煙道內(nèi)流動(dòng)時(shí)的阻力不超過(guò)150 Pa，煙氣送風(fēng)系統(tǒng)的阻力應(yīng)小于750 Pa。

3 煙氣送風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

為了保證加熱煙氣和原煙囪內(nèi)煙氣在混合時(shí)的速度和均勻性，提高硝化反應(yīng)時(shí)的效率和經(jīng)濟(jì)性，補(bǔ)熱煙氣送風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)借助了流場(chǎng)仿真分析方法[7]，模擬不同參數(shù)情況下硝化還原反應(yīng)器斷面溫度的分布效果，為優(yōu)化送風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提高反應(yīng)效果奠定基礎(chǔ)。

根據(jù)實(shí)際研究情況，新設(shè)計(jì)的熱風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示[7]，其采用了多通道送風(fēng)模式[8]，不同區(qū)域的送風(fēng)管道的直徑不同，從而能夠保證在送風(fēng)過(guò)程中不同位置煙氣混合后的一致性。

圖1 熱風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)分布結(jié)構(gòu)示意圖

不同位置管徑分布如表2 所示。

表2 熱風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)管徑分布示意圖

根據(jù)實(shí)際驗(yàn)證，新的熱風(fēng)送風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)的阻力約為690 Pa，小于標(biāo)準(zhǔn)要求的750 Pa，滿足在補(bǔ)熱過(guò)程中的送風(fēng)穩(wěn)定性需求。

4 應(yīng)用情況分析

該基于煤粉爐補(bǔ)熱的脫硝裝置目前已經(jīng)投入應(yīng)用，自運(yùn)行以來(lái)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性高、未出現(xiàn)管路堵塞、催化劑壓差失穩(wěn)等。系統(tǒng)運(yùn)行6 個(gè)月后對(duì)硝化還原反應(yīng)所使用的催化劑進(jìn)行檢測(cè)，含有的硫、粉塵等污染物元素增加，但催化劑單體完整，仍然具備較高的催化活性。

根據(jù)優(yōu)化前后的運(yùn)行情況分析，運(yùn)行總成本為787.4 萬(wàn)元/6 個(gè)月，在相同運(yùn)行條件下的運(yùn)行成本比采用天然氣補(bǔ)熱降低了約48.4%，顯著提升了運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

5 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)選擇性催化還原脫硝工藝所存在的補(bǔ)熱成本高、經(jīng)濟(jì)性差的不足，提出了一種新的基于煤粉爐補(bǔ)熱的脫硝工藝，對(duì)該工藝技術(shù)的原理、工藝路線、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）基于燃煤補(bǔ)熱的脫硝工藝流程為：主抽煙氣→GGH 原煙氣側(cè)→補(bǔ)熱升溫+噴氨處理→脫硝反應(yīng)→GGH 凈煙氣側(cè)→風(fēng)機(jī)增壓→煙氣脫硫處理→濕電系統(tǒng)→煙氣排出；

2）要保證煙氣能夠穩(wěn)定、均勻的進(jìn)入到主煙道內(nèi)，就需要保證在煤粉爐和煙道補(bǔ)熱煙氣入口之間的煙氣流動(dòng)阻力不超過(guò)1 300 Pa；

3）補(bǔ)熱煙氣送風(fēng)系統(tǒng)采用了多通道送風(fēng)模式，不同區(qū)域的送風(fēng)管道的直徑不同，從而能夠保證在送風(fēng)過(guò)程中不同位置煙氣混合后的一致性；

4）新的脫硝系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)熱，將運(yùn)行費(fèi)用降低48.4%，對(duì)提升脫硝的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。