燃煤锅炉脱硝技术的应用

2020-02-17郝宏飞

山西化工 2020年5期

郝宏飞

(山西焦煤五麟煤焦开发有限责任公司，山西太原 030022)

随着工业的发展与社会的进步，在人们生活各方面有极大改善的同时，环境污染也变成了人们不得不面对的问题，目前它已成为当今世界影响人类生存的问题。随着人们生活质量要求的提高，烟气的超低排放成为了制约中国大型企业发展的突出问题。

SO2是大气的主要污染物之一，其危害性相当严重，因此在20世纪70年代早期，开发新的烟气脱硫技术被许多资本主义国家列为防治空气污染的难点项目，相继研发出一些可以工业化的处理装置及方案。在此同时，空气污染中的另一个难点问题，即NOX的污染问题，欧美等国家也开始了对脱硝技术的研发。

NOX与大气中的臭氧等物质在光的作用下会发生化学反应，形成影响人类健康的光化学烟雾，进而产生非常严重的大气污染[1-3]。据研究，人类的健康、高浓度的硝酸雨、光化学烟雾、臭氧的减少以及很多问题都与NOX有关系，而且其污染性比较复杂。

NOX的排放问题及处理方法最早是由美国和日本的科学家提出，日本是最早提出脱硝技术产业化的国家，并且制定了世界上第一项最严格的排放标准。在燃煤油循环流化床锅炉上增加消除NOX设备的技术方案方面[4]，日本领先当今世界其他国家。

燃煤锅炉烟气中含有大量氮氧化物，如不及时处理，这些废气排入大气会产生污染形成酸雨，为了达到现行的氮氧化物排放标准，必须对炉后产生的烟气进行脱硝处理[5]。山西焦煤五麟煤焦开发有限责任公司投资1 700万元建成了2套40 t/h循环流化床锅炉烟气脱硝装置。

1 循环流化床锅炉烟气脱硝原理

控制NOX排放的手段有两种，可分为过程控制和结果处理，过程控制是通过各种技术手段降低燃烧过程中的NOX的生成量；结果处理是将已生成的NOX通过催化剂从烟气中脱除[6]。

我公司甲醇厂锅炉烟气脱硝工程采用的是SCR+SNCR烟气自动脱硝系统，在燃烧工况正常的分解炉内用4支喷枪同时射入一种还原剂(我公司采用氨水)，将炉内高温工况下产生的NOX反应为生成N2和H2O，从而大大降低产生的NOX，减少排放，制造还原区，从而在燃烧过程中降低NOX生成量，剩余氨气到催化剂反应区进行二次反应从而继续降低NOX含量[7-8]。

2 脱硝系统运行操作

1) 氨液储罐和加注系统

系统设有一个氨液储罐，顶部设有呼吸阀，并设有液位计[9-13]。氨液由专用槽罐车送来，用车辆自带软管经快速接口接氨水卸载缓冲罐进口，再用氨水卸载泵将氨水泵入氨水储罐。氨液一般为20%～25%的氨水。氨液卸载泵是两台一用一备离心泵，进出口各安装手动开关。

2) SCR氨水输送系统

从氨水储罐底部抽取氨液，加压后，送至锅炉的SCR处理单元。每个输送泵组进口设有手动球阀，出口设有流量计、压力变送器及就地压力表。氨水输送泵为变频控制，可以根据NOX量调节变频来控制氨水需求量。稀释水采用我公司化学水站脱盐水，输送系统及操作与氨水输送系统相同[14-16]。

3) 压缩空气系统配有空压机

出口设有干燥机、截止阀、压力变送器、孔板流量计、压力表。

4)手动阀和止回阀。

每台输送泵都设有进、出口手动阀和出口逆止阀。在现场还设有氨气泄漏检测仪。氨水存放槽设有翻板液位计，储罐液位低限时停止加压泵。SNCR系统中来自氨水泵房的加压氨水，分别经各自的过滤器、流量计送入喷射系统，已满足脱硝系统使用，并使在线NOX达标。为了防止氨水或除盐水回流，各介质管线都装有止回阀[17-18]。另外，氨水管路装有反冲洗阀，在SCR系统故障或停机时可以反复冲洗所有管路，保证管路的防冻和检修作业的安全要求。

5)SCR喷射器

SCR喷射器是不锈钢材质，双层套管，氨水走中间，压缩空气经调压阀稳压为0.35 MPa～0.55 MPa，压缩空气通过喷头处的雾化喷嘴来雾化氨水，喷入炉膛。喷射器用金属软管与氨水及压缩空气管连接[19]，用快速插拔接头(带法兰)装在炉外开孔的保护套管上。

6) 整体工艺流程图(如图1)

图1 工艺流程图

7)氨水加注

a) 氨水储罐填注氨水只能就地操作；b) 非专业操作人员，不得进入氨水泵房[20]；c) 司炉工须按接触危化品的要求穿戴个人防护用品，做好安全措施；d) 检查每台加注泵，选一台作为工作泵，控制开关转到就地指示，启动电源，控制箱电源指示灯亮；e) 将罐车出口软管连接至泵的进口；f) 打开罐车出口阀；g) 打开加注泵出口阀；h) 启动加注泵；i) 加注完成，停泵并关泵的出口阀；j) 拆除连接管后装上堵头。

8) SCR的投运

a) SCR处理单元的启动前准备

①锅炉点火时启动吹灰系统；②检查SCR出入口的温度是否在320 ℃～420 ℃温度区间；③检查仪控压缩空气压力至少0.4 MPa，以保证声波吹灰器的压力和流量。

b) SCR氨液加压泵系统的启动前准备

①检查区域氨气检漏无异常，氨水罐液位、稀释水罐液位正常；②选择1#稀释水泵和1#氨水计量泵为工作泵，送上装置电源；③ 检查并关闭进口排空门，开启稀释水泵进出口阀门；检查并关闭进口排空门，开启氨水泵进出口阀门[21]。

c) SCR处理单元的启动前准备

① 检查氨气检漏无异常；②检查压缩空气压力正常，无泄漏；③开启氨液主管路手动阀门；④开启除盐水管路各手动阀门；⑤开启锅炉上喷射器各隔离门，打开各球阀； ⑥检查各流量计、压力传感器受电正常，显示无异常；⑦检查内各气动阀状态正确。

d) 喷射器的运行前的检查

①检查4支喷枪是否安装就位，快插接头是否连接正常；②检查各枪的氨水软管和压缩空气软管是否连接正常，空气压力在0.35 MPa～0.55 MPa之间；③检查各枪吹扫后压力是否正常。

e) SCR脱硝设备的运行

①检查DCS界面是否有影响启动的报警；②检查SCR氨液供应泵显示工作泵同现场一致；压力、液位显示正常，无异常报警；③进入“自动状态”，检查电机开关均已选择在“自动状态”，参数已正常设置；④检查SCR系统远程投运是否正常；⑤ 检查SCR处理单元中氨水流量计数值是否正常，各支喷射器环管流量、压力平稳，不稳时，调整各支喷射器的手动阀；检查管线是否有氨水泄漏；⑥检查SCR氨水加压泵系统工作正常，出口压力正常；⑦检查烟气的NOX指标是否达标，根据指标要求进行数据调整，包括氨水总流量、稀释水总流量、可投用的喷射器数量等。

f) SCR自动脱硝系统的停运

①在中控操作界面上选取停止，执行冲洗程序并排空后停运；②也可以在现场停运SCR。

3 脱硝技术的探索

SCR脱销技术是目前燃煤油锅炉脱硝技术领域和市场的主要技术，但这种技术还需要升级改造，解决一些由它带来的其他问题。技改方向的突破口主要有：升级工艺流程；研发一种抗热性好、效率高、反应温度低、催化活性适应温度范围大及耐磨性、耐腐蚀性的SCR催化剂；氨水腐蚀设备；SCR催化剂的寿命及再利用技术[21]。

我公司所使用的SNCR-SCR联合脱硝，已经是一种高效的新脱硝技术。该技术就是基于不同脱硝原理的不同脱硝技术的综合利用，这是我国对现有脱硝工艺探索发展的一个方向。另一个发展方向是脱硝+脱硫技术，它是一个有很大经济效益的联合技术，与单独的脱硝工艺相比，在同一个系统内实现脱硫和脱硝，具有低成本、高效能的现实意义。