堿回收爐超低排放煙氣脫硝除塵系統(tǒng)改造

摘要： 本文分析了堿回收爐脫硝除塵的特點和難點，探討了合適的應(yīng)對措施，介紹了某堿回收爐超低排放改造項目煙氣脫硝除塵系統(tǒng)的特點和實際運行效果，為堿回收爐煙氣治理達(dá)到超低排放要求提供了參考途徑。

關(guān)鍵詞：堿回收爐；超低排放；脫硝；除塵

中圖分類號：TS74 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 01. 022

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的提出，環(huán)境保護(hù)受到了空前重視，各類排放標(biāo)準(zhǔn)也更趨嚴(yán)格?！俺团欧拧钡母拍顏碜杂谌济弘姀S，指燃煤機組的大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C組排放限值，即在基準(zhǔn)氧含量6%（6% O2） 條件下，煙塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx） 排放濃度分別不高于10、35、50 mg/m3。這一概念自提出以來，已逐漸從電力行業(yè)擴(kuò)展到非電行業(yè)。

堿回收爐是將制漿黑液中的碳、鈉、硫反應(yīng)生成Na2CO3、Na2S的化學(xué)反應(yīng)裝置，是堿法化學(xué)漿生產(chǎn)線的核心設(shè)備之一，Na2CO3經(jīng)苛化后可生成NaOH，與Na2S共同回用于制漿。堿回收爐在回收制漿生產(chǎn)用堿的同時，還為生產(chǎn)提供能源，并處理制漿生產(chǎn)線及堿回收系統(tǒng)產(chǎn)生的惡臭氣體。堿回收爐的特性決定了其超低SO2排放的特性，排放氣體中SO2的排放濃度一般低于30 mg/m3，而NOx 濃度一般為200～300 mg/m3[1-2]?，F(xiàn)代工廠堿回收爐的除塵設(shè)備常采用電除塵器，除塵效率高，煙塵排放濃度可低于10 mg/m3。由此可見，堿回收爐的大氣污染物治理難點是NOx。

目前堿回收爐NOx 排放限值仍參照GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的現(xiàn)有循環(huán)流化床燃煤鍋爐的排放控制標(biāo)準(zhǔn)，即NOx排放濃度限值200 mg/m3，部分地區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)加嚴(yán)至100 mg/m3。

為滿足日漸嚴(yán)格的環(huán)保要求，江蘇省某造紙廠對堿回收爐按超低排放要求進(jìn)行了脫硝除塵改造，改造后堿回收爐煙塵、SO2、NOx排放濃度遠(yuǎn)低于10、35、50 mg/m3，優(yōu)于超低排放運行水平，是國內(nèi)首臺達(dá)到超低排放運行水平要求的大型堿回收爐。

1 堿回收爐煙氣特點及脫硝工藝選擇

1. 1 堿回收爐煙氣特點

堿回收爐出口的煙氣溫度低（180～200 ℃），含濕量高（25%～30%），氧含量較低，SO2、SO3濃度很低，主要污染物為NOx和粉塵。堿回收爐粉塵主要成分包括Na2CO3、Na2SO4 等， 粉塵粒徑一般為0.1～1.0 μm。粉塵為堿性粉塵，存在腐蝕性較大、容易板結(jié)、粉塵粒徑小、堆積蓬松、容易搭橋、流動性差等缺點[3]。粉塵中的堿金屬對選擇性催化還原法脫硝（SCR） 催化劑的脫硝效率影響較大，易導(dǎo)致催化劑堿金屬中毒。

1. 2 堿回收爐脫硝工藝選擇

目前可應(yīng)用于堿回收爐脫硝的工藝包括分級配風(fēng)低氮燃燒技術(shù)、爐內(nèi)選擇性非催化還原法脫硝（SN?CR）、高分子法脫硝（PNCR）、ClO2氧化法脫硝、臭氧（O3） 氧化法脫硝和SCR等；其中根據(jù)催化劑工作溫度區(qū)間的不同，SCR又分為中溫SCR和低溫SCR。

分級配風(fēng)低氮燃燒技術(shù)、爐內(nèi)SNCR/PNCR法脫硝效率低，無法滿足超低排放的要求。ClO2氧化法脫硝、O3氧化法脫硝效率均不高，同時煙氣洗滌產(chǎn)生的廢水處理困難，且制備O3耗電量大。SCR脫硝效率高、無廢水，低溫SCR工藝與堿回收爐出口的煙氣溫度和低SO2濃度情況較匹配，是較適合超低排放要求的脫硝工藝。

因此，本項目采用低溫SCR 工藝。但應(yīng)注意，煙氣中的SO2和脫硝還原劑氨水反應(yīng)生成的硫酸氫氨（ABS） 會覆蓋催化劑活性位點，同時，煙塵亦會堵塞催化劑孔道導(dǎo)致脫硝效率下降[4]。此外，粉塵中的堿金屬還會造成催化劑堿金屬中毒。以上問題均需在設(shè)計中采取相關(guān)技術(shù)措施予以解決。

2 堿回收爐低溫SCR 的難點及應(yīng)對措施

2. 1 堿回收爐低溫SCR的難點

（1） 堿回收爐電除塵器后的煙氣中仍具有一定量的粉塵，粉塵易造成SCR催化劑中毒和堵塞。當(dāng)電除塵器發(fā)生故障時，堿灰量的突然升高增大了對催化劑的毒害。

（2） 煙氣中的SO2和脫硝還原劑氨水反應(yīng)生成的ABS會覆蓋催化劑活性位點，造成脫硝效率下降。

（3） SCR反應(yīng)器的設(shè)置應(yīng)滿足堿回收爐在不停爐的情況下，完成催化劑的熱解析以及檢修維護(hù)等。

（4） 新增的脫硝除塵系統(tǒng)阻力較大，原有引風(fēng)機一般不能克服新增阻力。

2. 2 應(yīng)對措施

（1） 針對堿灰問題，本項目采用“原電除塵+新建布袋除塵+低溫SCR”的工藝路線。在原電除塵后、SCR反應(yīng)器前增加1臺布袋除塵器，正常使用時，煙氣經(jīng)過電除塵后通過新增的布袋除塵器，進(jìn)一步減少進(jìn)入脫硝系統(tǒng)的堿灰。此時布袋除塵器承擔(dān)輕微的除塵負(fù)荷，阻力小，清灰頻率低。當(dāng)電除塵器故障時，布袋除塵器可充當(dāng)催化劑的“護(hù)盾”，攔截突然升高的大量堿灰（據(jù)估算粉塵濃度可高達(dá)20 g/m3），防止堿灰對催化劑的毒害，避免催化劑的堵塞和中毒。另外，布袋除塵器可一定程度延長下游脫硝系統(tǒng)的催化劑壽命，同時可選用更小孔徑的催化劑，減少催化劑體積，節(jié)約建設(shè)投資。相比于采用金屬過濾網(wǎng)對煙氣中的顆粒物進(jìn)行二次除塵的方案，采用布袋除塵器具有除塵效率高、系統(tǒng)可靠、無需人工清洗（此時需停止反應(yīng)器）、自動化程度高及大幅減小勞動強度的優(yōu)勢。

（2） ABS覆蓋催化劑活性位的問題可通過對催化劑進(jìn)行熱解析解決。熱解析是指采用外部熱源在線加熱脫硝催化劑，分解附著在催化劑上的ABS，從而恢復(fù)失活催化劑活性的方法。根據(jù)ABS的物理性能可知，其在280 ℃以上時分解速率大于生成速率，320～350 ℃分解速率最快。

本項目設(shè)置了熱風(fēng)爐，將天然氣燃燒產(chǎn)生的少量高溫?zé)煔庖氩即龎m器出口與脫硝反應(yīng)器入口之間的煙道內(nèi)，與大量低溫?zé)煔膺M(jìn)行摻混，提升煙氣溫度至320 ℃，滿足催化劑熱解析要求。熱解析頻率為1～2次/a，每次24～48 h。

（3） 本項目脫硝除塵系統(tǒng)采用“單元制”方案，設(shè)置3臺SCR脫硝反應(yīng)器，并聯(lián)布置，與堿回收爐原有的并聯(lián)3列煙氣流程一一對應(yīng)。單列煙氣流程為：原電除塵器-新建布袋除塵器-新建SCR脫硝反應(yīng)器-新建增壓風(fēng)機-原煙冷器-原引風(fēng)機（圖1），具有以下優(yōu)點：①與堿回收爐原有的工藝系統(tǒng)相匹配，易于與原有運行方式協(xié)調(diào)；②并聯(lián)的3列相互比較獨立，運行調(diào)節(jié)方便、可靠，可滿足堿回收爐在不停爐的情況下，完成催化劑的熱解析及脫硝除塵系統(tǒng)的檢修維護(hù)，提高堿回收爐可用率；③如設(shè)置單臺SCR脫硝反應(yīng)器，任何一列設(shè)備（如除塵器） 故障均會對整個脫硝系統(tǒng)產(chǎn)生影響；另外，單臺反應(yīng)器會有煙氣的合并及分配要求，若合并母管出現(xiàn)故障會造成整個系統(tǒng)停運，降低了系統(tǒng)可靠性；④如設(shè)置單臺SCR脫硝反應(yīng)器，煙氣的合并及分配導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜，增加運行難度，還會產(chǎn)生流量分配的不均勻問題，影響系統(tǒng)性能。

（4） 新增的脫硝除塵系統(tǒng)阻力較大，原有引風(fēng)機不能克服新增阻力的問題，有2種解決措施，即原引風(fēng)機增容改造或新建增壓風(fēng)機。引風(fēng)機增容改造存在如下問題：引風(fēng)機全壓增大，異常工況下有“爐膛內(nèi)爆”的風(fēng)險；需對原煙氣系統(tǒng)進(jìn)行核算，必要時還需加固；系統(tǒng)運行參數(shù)如定值需要調(diào)整；堿回收爐停爐時間長。

本項目在原有引風(fēng)機上游新建增壓風(fēng)機，由增壓風(fēng)機克服新增系統(tǒng)阻力，而爐膛負(fù)壓仍由引風(fēng)機控制，增壓風(fēng)機采用變頻調(diào)速。該方案避免了“爐膛內(nèi)爆”的風(fēng)險，對原煙氣系統(tǒng)基本無影響；原系統(tǒng)運行參數(shù)（如定值） 無需調(diào)整；可最大限度利用原有設(shè)備，維持現(xiàn)有運行方式，投資成本較低；堿回收爐停爐時間短，停爐期間僅需進(jìn)行煙道接口過渡。

3 脫硝除塵系統(tǒng)介紹

3. 1 項目概況及設(shè)計原則

江蘇省某造紙廠堿回收爐設(shè)計燃燒處理固形物量為3 400 t/d，額定蒸發(fā)量為500 t/h。本項目針對電除塵器后的堿爐煙氣進(jìn)行除塵及NOx超低排放改造，除塵采用布袋除塵器，脫硝系統(tǒng)采用SCR工藝，低溫催化劑，除塵脫硝系統(tǒng)布置在原有電除塵器和煙冷器之間。

脫硝除塵系統(tǒng)容量按照單臺堿回收爐120% MCR（最大連續(xù)負(fù)荷120%，以下同） 設(shè)計，處理后的NOx排放濃度lt;50 mg/m3 （標(biāo)態(tài)，干基，6% O2），最低可達(dá)30 mg/Nm3，煙塵排放濃度lt;10 mg/m3 （標(biāo)態(tài)，干基，6% O2）。

針對堿爐后端3套電除塵器配套3臺引風(fēng)機的單元制布置方式，考慮布袋除塵器和SCR反應(yīng)器同樣采用單元制布置，單臺堿爐設(shè)置3 臺布袋除塵器和3臺SCR反應(yīng)器，并聯(lián)布置。并聯(lián)每列設(shè)置1臺增壓風(fēng)機，以克服新增系統(tǒng)阻力。

熱解析系統(tǒng)為公用，可分別對各列反應(yīng)器內(nèi)的催化劑進(jìn)行熱解析。

還原劑采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%氨水，3臺反應(yīng)器共用1套還原劑供應(yīng)系統(tǒng)。在獨立的氨區(qū)設(shè)置氨水儲罐及供應(yīng)裝置，氨水蒸發(fā)器設(shè)置在SCR反應(yīng)器區(qū)。

3. 2 系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)見表1。

3. 3 主要設(shè)計特點

（1） 根據(jù)堿回收爐煙氣特點，新增布袋除塵器濾袋采用PTFE針刺氈覆膜濾料，該型濾料能有效阻止水汽、油和細(xì)粉塵顆粒進(jìn)入濾料內(nèi)部，有利于清灰及延長濾料使用壽命，防止糊袋。同時，考慮堿灰降溫后黏性大、易板結(jié)的情況，除塵器應(yīng)采取保溫伴熱及防止漏風(fēng)的措施。另外，不采用氣力輸灰，而是采用特殊結(jié)構(gòu)的水力輸灰措施。

（2） 脫硝除塵系統(tǒng)總?cè)萘堪凑諉闻_堿回收爐120% MCR 設(shè)計，采用3×40% MCR 并聯(lián)設(shè)計，可在堿回收爐80% MCR工況下，實現(xiàn)單臺反應(yīng)器的離線熱解析及脫硝除塵系統(tǒng)的檢修維護(hù)。

（3） 解析系統(tǒng)設(shè)置1臺燃天然氣熱風(fēng)爐，可分別對各列反應(yīng)器內(nèi)的催化劑進(jìn)行熱解析。當(dāng)采用離線熱解析時（熱解析時不噴氨），堿爐可在80% MCR 運行。當(dāng)采用在線熱解析時（熱解析時仍然噴氨），堿回收爐可在100% MCR運行。

熱風(fēng)爐抽吸脫硝系統(tǒng)以高溫?zé)釤煔庾鳛檎{(diào)溫風(fēng)，而不采用冷空氣作為調(diào)溫風(fēng)，可節(jié)省天然氣的消耗，節(jié)能降碳，運行成本低。

（4） 氨區(qū)設(shè)置2個氨水儲罐，氨水儲罐的總?cè)萘繚M足單臺堿爐最大負(fù)荷5天的氨水使用量。

（5） 設(shè)置2 臺氨水蒸發(fā)器，一運一備，布置在SCR反應(yīng)器區(qū)。設(shè)置2臺高溫稀釋風(fēng)機，一運一備。

本項目采用抽取熱煙氣的方式蒸發(fā)氨水，氨水蒸發(fā)系統(tǒng)配置有高溫稀釋風(fēng)機及氨水蒸發(fā)器、噴槍、計量模塊等。稀釋風(fēng)機將熱煙氣送入氨水蒸發(fā)器，經(jīng)氨水輸送系統(tǒng)傳輸?shù)陌彼诎彼舭l(fā)器中蒸發(fā)成氨氣后，通過SCR反應(yīng)器前煙道噴氨系統(tǒng)與煙氣充分混合。氨水蒸發(fā)器配置霧化噴槍，計量模塊用于控制噴槍氨水流量，噴槍采用壓縮空氣進(jìn)行霧化。同時，利用煙氣余熱蒸發(fā)氨水，無需引入蒸汽等外部熱源，節(jié)能降碳效果好，運行費用低。

（6） 催化劑采用30孔蜂窩式，每臺反應(yīng)器催化劑層數(shù)按“3+1”模式布置，初裝3層預(yù)留1層。

（7） 催化劑吹灰采用耙式蒸汽吹灰器，蒸汽過熱度高，避免蒸汽帶水，同時充分利用了堿爐蒸汽資源，節(jié)省了壓縮空氣和空壓機電耗。

圖2為堿回收爐現(xiàn)場布置圖。

3. 4 物料消耗

當(dāng)堿回收爐在100% MCR、系統(tǒng)入口NOx 濃度200 mg/m3、出口NOx濃度50 mg/m3時，系統(tǒng)物料消耗如表2所示（平均耗量按年運行8 000 h計算）。

3. 5 運行情況

本項目2023 年7 月簽訂總承包合同， 2024 年6 月10 日投入試運行， 2024 年6 月28 日完成連續(xù)72 h 性能測試。測試期間堿回收爐滿負(fù)荷運行，NOx 入口濃度接近200 mg/m3，所有排放指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

4 結(jié)論

本項目根據(jù)“原電除塵器-新建布袋除塵器-新建SCR脫硝反應(yīng)器-新建增壓風(fēng)機-原煙冷器-原引風(fēng)機”的工藝路線，采用單元制并聯(lián)布置，充分利用煙氣余熱。在堿回收爐滿負(fù)荷運行條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度穩(wěn)定，處于超低排放限值以下，為堿回收爐煙氣治理達(dá)到超低排放要求提供了參考途徑。

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（責(zé)任編輯：呂子露）