低温烟气处理组合工艺应用工程实例

文_邱丽娟 亚德环保工程（上海）有限公司

随着环保要求的逐渐严格，很多高温氧化装置需要采取更严格的措施降低污染物含量，其中包括安装选择性催化还原设备（SCR）进行脱硝等措施，但是使用这种设备时，需要利用再热装置将进口处的烟气温度提高到SCR合适的运行温度。

在现有技术中往往采用气气换热器和蒸汽加热器组合方式，将烟气升温高到所需温度。烟气经过催化还原达到排放要求后还具有较高的温度，再将这部分带有热量的气体引入到气气换热器设备中，对进入系统的低温烟气进行加热。但是由于气体释放的热量不足以满足低温烟气升温的要求，从而经过预热后的烟气仍需要经过加热器进行再热。若采用蒸汽加热器，其局限性较大，不仅需要使用蒸汽，而且为达到SCR的运行温度，对使用的蒸汽规格也有一定的要求，进一步限制了蒸汽加热器的应用。另外，如果烟气中含有大量粉尘或具有腐蚀性的气体，容易对设备造成堵塞或腐蚀，影响设备的使用寿命。

1 项目概述

上海漕泾化工园区某公司有2套废气氧化炉单元（1用1备），废气在900℃进行燃烧处理，经过热氧化处理后生成CO2和H2O。由于废气中含氯元素，因而燃烧后的烟气中有HCl和Cl2生成，来自氧化炉的热烟气经过湿式烟气处理系统（冷却塔+洗涤塔）去除HCl和Cl2，洗涤后的烟气温度为80℃，最大烟气流量为12000Nm3/h。

近来环保要求越来越严格，业主打算新增一套能处理二噁英和氮氧化物的装置，处理目标为：烟气中二噁英的排放浓度小于0.1ng-TEQ/Nm3，氮氧化物浓度小于100mg/Nm3。该套装置应既能处理氮氧化物又能处理二噁英。

2 烟气流量及参数

来自业主洗涤塔的烟气流量及参数如表1。

表1 烟气参数

3 排放要求

各污染物的排放浓度低于《上海市大气污染物综合排放标准> (DB31/933-2015) 中表1的大气污染物项目排放限值，即烟气中的二噁英浓度小于0.1ng-TEQ/Nm3，氮氧化物浓度小于100mg/Nm3。

4 烟气处理工艺

4.1 烟气处理工艺流程

图1中来自洗涤塔的烟气（80℃）先通入气气换热器进行预热，预热至约202℃，然后进入天然气再热炉进一步加热至250℃，达到SCR反应器合适的运行温度范围。加热后的烟气与氨气在静态混合器中进行充分的混合，使得烟气中的流场分布均匀，然后进入选择性催化还原反应器（SCR）进行脱硝和除二噁英，净化后的烟气进入气气换热器将热量传递给上游入口的烟气，烟气被回收热量后（134℃）通过引风机输送至烟囱进行达标排放。

图1 工艺流程图

4.2 工艺介绍

4.2.1 气气换热器

进入系统的烟气温度约为80℃，其露点温度约为78℃。气气换热器用于将烟气加热防止下游设备发生腐蚀，同时回收热烟气的热量。

换热器采用对流板式换热器。热侧为来自SCR的烟气，冷侧为来自氧化炉系统的烟气。在一定的换热系数和面积下，出换热器的冷侧烟气温度约为200～230℃，烟气温度采用温度变送器进行监测，如果任何异常情况发生导致出换热器的烟气温度低则报警；出换热器的热侧烟气温度为108～134℃。

来自上游的烟气温度接近露点温度，且其玻璃钢（FRP）管道未保温。考虑到烟气冷凝后可能会发生腐蚀，换热器材质前两段通道采用哈式合金，第三段通道采用SS316L。烟气出第二段通道至第三段通道的温度约为120～135℃，经过第二段通道后，进入燃烧器和天然气加热器的烟气温度为200～230℃。热侧烟气出换热器后温度降至108～134℃，然后通过引风机排入烟囱。

4.2.2 天然气再热炉

再热炉采用天然气进行加热，将烟气温度加热至250～300℃，使催化剂达到更高的氮氧化物脱除效率及二噁英去除效率。

天然气再热炉（图2）的炉体包含燃烧室、烟气进口、烟气出口、向炉体的燃烧室喷射火焰的燃烧器，烟气从进口流进燃烧室的方向与烟气从出口流出燃烧室的方向相互垂直，且燃烧器喷射火焰的方向与烟气出口的方向相同，避免设备超温损坏，延长设备使用寿命，并且，烟气流经燃烧室后便可以一次达到需要加热的预定温度，省去二次加热的麻烦，减小设备尺寸，降低运行成本。

图2 烟气再热炉

燃烧室的内壁上铺设有用于隔开火焰的耐火材料，铺设耐火材料后，火焰在宽度和长度的方向上不会与保温耐火材料接触，而且耐火材料可以耐受1400℃的烟气温度，从根本上避免设备的超温损坏。另外，在烟气再热炉的外部也包覆保温层，避免炉体出现过热对操作人员造成伤害等。

燃烧器上安装有视镜，视镜采用冷却风进行保护。燃烧器的点火采用带离子化火焰检测仪的点火枪。主火焰的检测则采用紫外火焰检测仪，火焰检测仪也通入冷却风进行冷却。

在天然气再热炉的出口设置混合器使烟气温度、流场混合均匀。天然气的消耗量由安装在混合器下游的温度变送器进行控制。燃烧所需的助燃风由助燃风机提供，助燃风流量通过风阀进行调节，风阀与天然气调节阀机械连动。

燃烧器及燃料阀组以及燃烧器控制系统的设计和制造都遵循EN746-1和 EN746-2。

4.2.3 选择性催化还原反应器（SCR）

选择性催化还原反应器壳体材质采用SS304，内部安装有蜂窝式催化剂模块。含二噁英的烟气进入反应器，通过催化剂的孔隙时二噁英类化合物在催化剂的活性金属催化作用下被氧化和降解为H2O、CO2和HCl。

反应方程式如下：

C12HnCl8-nO2+ (9+0.5n)O2→(n-4)H2O+12CO2+(8-n)HCl

该反应过程不需加入任何的化学药剂，仅需要烟气中有氧气即可去除二噁英。

除二噁英的同时，混合器上游喷入氨气（来自业主的公用工程管网）用于降低NOx的排放浓度。氨气的流量由SCR出口的NOx浓度进行控制。

混合器安装在SCR的进口以保证烟气和氨气充分的混合。另外，为减少SCR中烟气的流速分布不均匀，在上游烟管弯头处和SCR进口都安装导流板。

整个SCR系统的设计，包括混合器、导流板、管道的布置、氨气喷枪都采用计算机流体动力学(CFD)进行模拟认证。

脱硝反应方程式如下：

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

NO + NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O

排放的烟气（温度约251℃）进入换热器加热低温烟气。

4.2.4 引风机

引风机安装在气气换热器下游，提供足够的抽力使烟气克服整个系统的压降。风机电机的转速由变频器进行控制，另外，风机上安装振动检测仪和轴承温度检测仪保证风机的平稳运行。

5 详细设备参数（表2）

表2

6 调试运行结果

经过两周的现场调试，烟气中的二噁英浓度小于0.09ng-TEQ/Nm3，氮氧化物浓度小于80mg/Nm3。

7 结语

采用烟气再热炉、SCR脱硝/二噁英降解一体反应器、气气换热器、引风机及烟囱组合工艺对低温烟气进行处理，针对该烟气的特性及充分利用业主现有公用工程的基础上，不但能用于脱除氮氧化物（NOx），而且能去除二噁英，使得排放的烟气中二噁英浓度小于0.09ng-TEQ/Nm3，氮氧化物浓度小于80mg/Nm3，各污染物的排放浓度低于《上海市大气污染物综合排放标准》(DB31/933-2015) 中表1的大气污染物项目排放限值。