石化设备脱硝改造中的问题及解决方法研究

朱明磊

（中海油惠州石化有限公司，广东 惠州 516086）

1 引言

党的十九大报告提出要“建立健全绿色低碳循环发展的经济体系”，给出了高质量发展的真正内涵。作为高质量发展的重要组成部分，生态环境保护已经被上升到了中华民族永续发展根本大计的高度。所以，从国家的层面，已经对企业尤其是石化企业的排放等环保要求越来越高，故诸如脱硝、脱硫等对石化设备的升级改造显得越来越必要。本文以SCR脱硝技术为例，就石化设备的脱硝改造进行了深入研究，挖掘其全过程存在的问题，并提出了相应的解决办法，对其他企业的同类改造具有一定的参考意义，能够对生态环境保护作出相应的贡献。

2 石化设备脱硝技术概况

从国内外情况来看，因为燃烧前的低氮材料替换费用太高、燃烧中的脱硝效率较低，所以石化设备脱硝的技术均集中在燃烧后的脱硝处理上，主要是指烟气的脱硝处理，而国内外主要使用的脱硝技术是SCR技术。

2.1 选择性催化还原反应SCR技术

简单来说，SCR技术就是在特定的温度及催化剂的作用下，使用NH3等还原剂，将NOX等有害气体，转化为N2和水（H2O），实现无害化处理。因SCR技术成熟度和脱硝效率（最高可达90%以上）均较高，目前，该项技术已经成为国际上脱硝技术的主要运用手段。

2.2 选择性非催化还原反应SNCR技术

与SCR技术相比，SNCR技术的区别在于不使用催化剂，使用NH3和尿素作为还原剂，与烟气中的N0X发生快速分级反应，生成N2和水（H2O），该项技术的投资规模比较小，费用较为理想，但是，脱硝效率与SCR技术相对比较低，最高仅为50%左右，并不能够完全满足达标排放的要求。

所以本文主要从SCR脱硝技术入手，深入研究石化设备脱硝改造的各类问题及解决办法。

3 石化设备脱硝改造中的问题分析

石化设备脱硝改造中，通常会遇见设备安装问题和设备运行问题，本文在深入调查石化设备脱硝装置实际运行情况的基础上，归纳总结石化设备脱硝改造中出现的各类典型问题，并给出具体原因。

3.1 脱硝改造设备安装问题

（1）脱硝改造装置尺寸对接难度较大。需要改造的石化设备一般出厂时候，没有预留改造设备部分的位置或安装空间，而随着原设备的长期运行，由于机体振动等原因，还会发生机构变形或者地基下降的情况。如果原设备没有相关的图纸供应，与改造部分连接的尺寸精度就会大受影响，接口对接难度较大。

（2）设备脱硝改造周期较长，对运行效益影响较大。需要改造的石化设备均为24h连续运行，一旦停运，无论是重新启动设备的成本，还是停运期间的间接损失，都是企业无奈承担的大额支出。所以，改造的工期选择在石化设备定期大修的关键时期实施，但是，安装施工的时间一旦太久，势必会影响运行的效益，所以，改造周期的时长显得尤为重要。

（3）改造后，催化剂的替换吊装难度较大。SCR脱硝技术较为依赖催化剂的作用，否则，脱硝效率大幅度降低，但是，催化剂并不是永久保质期，需要定期替换。目前，国内外SCR脱硝技术的催化剂替换主要采用吊装方式予以更替。由此会给很多老设备的空间带来吊装作业上的空间难度，如果忽视了该项问题，脱硝设备后期催化剂方面运行维护时将会出现较大影响。

3.2 脱硝改造设备运行问题

（1）SCR入口处烟气处于高温状况，难以维持强负载长期运行。石化设备改造后会，会因为一次风速和风量过大、配风模式不够合理、制粉设施使用异常、蒸汽运行参数使用过低等原因，导致使用时出现SCR入口处的烟气温度异常的高，直至430℃左右，使得SCR催化剂长期处于严重高温状态下运行，因SCR催化剂正常使用温度为320℃左右，所以高温运行的情况造成催化剂的活性明显下降，对催化剂影响较大。所以，部分改造后的设备为了避免这种高温脱硝的情况，会降低负荷运行，影响了设备的使用能力。

（2）SCR脱硝部分呈现阻塞现象。部分石化设备SCR脱硝改造后运行发现，导流板、催化剂和空预器等发生反应的区域存在积灰堵塞现象，主要是因为以下几点：一是粒度较大的飞灰在催化剂或者其他孔隙上逐步积累，甚至板结，逐渐造成积灰堵塞现象；二是因为烟气灰分以及碱性金属类氧化物达到较高比例时，在反应区域的设备壁上的黏附力增强，进一步加剧在此区域堵塞的程度；三是进入脱硝设备通道截面的流场不均匀，改变了设计条件下的流场条件，使得部分位置的流动速度过低，引发积灰堵塞；四是空预器低温段容易产生凝结现象，黏结飞灰并不断积累，形成堵塞情况。

（3）氨的供应量无法达到脱硝标准的需求。在石化设备的脱硝装置运行时，会出现氨的供应量达不到要求，导致脱硝效率严重偏低，即使全部开启SCR调节阀，也还是表现出氨的供应压力较小，原因有多种情况：一是氨的消耗量涨幅时，蒸发器没有能够输出相匹配的出力；二是液氨的阀门处、过滤设施等通道上，因为杂质的存在，导致不通畅、甚至堵塞的情况，影响了氨的供应状况；三是气氨阀门、阻火设施等通道上因温度差异，导致杂质结晶沉积，造成堵塞情况。

4 石化设备脱硝改造问题的解决办法

针对石化设备脱硝改造可能出现的上述问题，本文进行了相关解决办法的研究，为相关问题的预防与解决提供了可靠的方法。

4.1 脱硝改造设备安装问题解决办法

（1）针对脱硝改造装置尺寸对接难度较大的问题，主要采取以下解决办法：一是一定要在停炉后进行精确测量，最大程度确保测绘尺寸的精度；二是采取合理的过渡对接面，消除尺寸不准带来的问题，例如，采取角钢型号的法兰对接面，这样可以在法兰尺寸范围内焊接改造设备的接口，从而从安装工艺上解决了对接难度较大的问题。

（2）针对设备脱硝改造周期较长的问题，主要采取预制模块、现场组装的方法解决，将设备组装的大部分时间，提前消化在模块的组装过程中，而到达设备改造现场的组装，可以采取相关优化措施，例如，采取螺栓方式连接槽钢的分界结合面，对保温层的材料采用陶瓷类纤维材料、催化剂同样实施模块化等。

（3）针对改造后催化剂的替换吊装难度较大的问题，解决的难度较大，有一定成本，主要采取设置催化剂吊装钢梁的方式解决，这种方法对于移动式吊装设备动作空间不足的现场较为适合，虽然预制吊装钢梁成本会上升，但是，从长远看，有利于催化剂的便捷更换，对效益有持久帮助。

4.2 脱硝改造设备运行问题解决办法

（1）针对SCR入口处烟气高温的问题，在系统地分析所有可能原因的基础上，采取对应的解决办法，主要有：一是调整一次风速，减少燃煤的燃烧迟滞性，增加燃烧的过程时长，同时，避免火焰的角度过大，影响烟气温度在炉内燃烧时候的差异；二是改变脱硝装置的配风模式，例如，在较高负荷情况下，采取正宝塔的配方模式，能够有效降低SCR入口处的烟气高温；三是调整最下层送粉器的输出量，减弱上层各送粉器的输出量，也能缓解SCR入口处烟气高温状况；四是提升蒸汽的运行参数，能够明显减小高压输出蒸汽参数，再经过加热蒸汽管道时，能够容纳更多的烟气热度，从而缓解烟气的高温状况。此外，还有调整燃烧器角度、降低燃料细度等方式，也能够相应地降低SCR入口处烟气温度。

（2）针对SCR脱硝部分阻塞的问题，主要从各个易堵塞的位置特点出发，针对性地解决堵塞问题，主要有：一是对灰滤结构和位置进行优化，从本质设计上预防颗粒较大的飞灰进入脱硝改造的设备部分；二是调整燃料煤的质量，在经济成本允许的前提下，采用低灰分的燃料煤；三是改变导流板的数目，调整其布局位置；四是增加吹灰设备设施，优化吹灰的频次和周期，将累积和板结现象尽早地消除；四是在允许温度范围内，适量提升烟气的温度，提升空预器的吹扫强度和吹扫时长；五是强化检修时的清灰工作，尤其是排查和清理催化剂区域的积灰情况。

（3）针对氨的供应量不能达到脱硝效率需求的问题，要根据原因针对性地采取措施，主要解决办法：一是发现蒸发器输出不足的时候，要提升蒸发器的加热温度参数，对于输出严重不够的蒸发器，坚决予以替换；二是采用较高品质的氨材料，尽可能使用较低杂质的供应氨产品，以减少杂质带来的各类堵塞情况。

5 结语

高质量发展对企业的达标排放提出了越来越高的要求，对石化设备的脱硝改造也就成为必要的措施，为了能够使脱硝改造技术顺利为环保排放服务，需要对其安装和使用过程中出现的各类问题深入分析原因，提出相应的解决办法，以此有效保障脱硝装置的高效运行，同时，可为同类企业石化设备的脱硝改造提供可靠的参考内容，这对企业乃至社会的生态文明建设都是一种贡献。