催化裂化煙氣脫硝模塊優(yōu)化

張賀強(qiáng)（青島石油化工有限責(zé)任公司，山東 青島 266043）

隨著國家環(huán)境污染治理力度的不斷加強(qiáng)，國內(nèi)各煉油公司積極承擔(dān)起節(jié)能減排的重任，煉廠內(nèi)催化裂化煙氣達(dá)標(biāo)排放問題，日益引起多方關(guān)注，企業(yè)為了適應(yīng)國家新的污染物排放要求，加大投資力度，新增和改造了催化裂化煙氣脫硫脫硝裝置，但實(shí)際運(yùn)行中，由于各種原因，脫硝反應(yīng)模塊不同程度存在反應(yīng)溫度與設(shè)計(jì)偏差較大問題，為了更好的達(dá)到最佳脫硝反應(yīng)條件，本文對某脫硫脫硝裝置脫硝模塊提出一些優(yōu)化方案，以期取得較好脫硝效果。

1 裝置概況

青島某煉油廠新增一套140萬噸/年催化裂化煙氣脫硫脫硝裝置，其主要設(shè)施有余熱鍋爐、脫硝反應(yīng)、除塵脫硫和廢水處理等單元，采用寧波院和撫順研究院煙氣脫硫脫硝技術(shù)，該裝置于2014年5月開始施工建設(shè)，并于當(dāng)年12月30日開工正常，外排煙氣中二氧化硫、氮氧化物和粉塵均達(dá)到國家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)。

該裝置實(shí)施后，催化裂化裝置煙氣NOX設(shè)計(jì)排放量可由729.12噸/年減少到73.92噸/年，每年可減排NOX約655.20噸。

2 脫硝模塊

2.1 脫硝反應(yīng)原理

本工程采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)。SCR脫硝技術(shù)是指在催化劑的作用下，還原劑（液氨）與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOX。選擇性是指還原劑NH3和煙氣中的NOX發(fā)生還原反應(yīng)，而不與煙氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。主要化學(xué)反應(yīng)方程式包括:

圖（1）:脫硝反應(yīng)原理圖

2.2 脫硝工藝流程

來自催化裂化的煙氣經(jīng)余熱鍋爐進(jìn)入脫硝反應(yīng)器進(jìn)行脫硝處理。本煙氣脫硝單元主要由氨氣供應(yīng)系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)系統(tǒng)以及輔助設(shè)施系統(tǒng)三大部分組成。脫硝單元所需原料液氨由界區(qū)內(nèi)液氨儲罐輸送到液氨蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，經(jīng)氨氣緩沖罐來控制一定的壓力及流量，然后與稀釋空氣在氨/空氣混合器中混合均勻，再送到余熱鍋爐內(nèi)的SCR反應(yīng)器。供氨系統(tǒng)緊急排放的氨氣則排入氨氣稀釋罐中，由水吸收后排入事故污水池。

來自氨/空氣混合器的混合氣和來自余熱鍋爐蒸發(fā)段的煙氣混合后，通過噴氨格柵以確保煙氣分布均勻，再流經(jīng)氣流均布裝置（導(dǎo)流格柵和整流格柵）進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑的作用下，氨氣將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓瑑艋蟮臒煔膺M(jìn)入后續(xù)處理裝置，達(dá)到脫除氮氧化物的目的。

2.3 脫硝煙氣成份

煙氣分析 vol%:N2:72.78；CO2:13.78；H2O:11.94；O2:1.5；CO:0.0；

污染物（mg/Nm3，濕基）:顆粒:150；SO2:2940；NOx:434。

2.4 脫硝主要工藝操作條件

（1）SCR系統(tǒng)入口溫度:350±25℃；壓力:6kPa(G)；煙氣流量189102Nm3/h（濕）；NOX:434mg/Nm3(濕)。

（2）SCR系統(tǒng)出口溫度:350±25℃；壓力:5kPa(G)；煙氣流量189102Nm3/h（濕）；NOX:50mg/Nm3(濕)。

總體看來，專家學(xué)者對中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力發(fā)展測評的研究主要聚焦在測評工具和測評指標(biāo)體系的設(shè)計(jì)上，尤其是測評工具的設(shè)計(jì)與開發(fā)，然而對于發(fā)展測評的機(jī)制和方式、測評結(jié)果的有效應(yīng)用等問題的關(guān)注較少。

（3）還原劑進(jìn)口溫度:常溫；壓力:200kPa(G)；氨氣流量:42.82kg/h。

2.5 脫硝催化劑

本工程脫硝工藝選擇蜂窩式催化劑，蜂窩式催化劑是以Ti-W-V為主要活性材料，采用TiO2等物料充分混合，經(jīng)模具擠壓成型后煅燒而成，具有單位體積的催化劑活性高、同等脫硝效率催化劑體積較小等特點(diǎn)。

本工程設(shè)計(jì)成3層催化劑布置方式，最上一層為預(yù)留床層，催化劑體積56.25m3，催化劑采用模塊結(jié)構(gòu)，規(guī)格統(tǒng)一、具有互換性，以減少更換催化劑的時(shí)間。

2.6 脫硝主要設(shè)備

（1）脫硝反應(yīng)器

本工程脫硝單元設(shè)置1臺脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器截面尺寸為7.68×5.04×11.2m。煙氣與氨氣均勻混合后垂直向下流經(jīng)反應(yīng)器，反應(yīng)器入口設(shè)置整流設(shè)備，反應(yīng)器主要由里面布置的催化劑、催化劑支撐梁、反應(yīng)器殼體、密封板等組成。

（2）煙道系統(tǒng)

煙道分為反應(yīng)器入口煙道和出口煙道二部分。入口煙道上布置有煙氣導(dǎo)流板、噴氨格柵（AIG），出口煙道保留一定傾斜度與余熱鍋爐本體相聯(lián)，以減少煙氣積灰。

氨供應(yīng)系統(tǒng)主要由氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐及氨輸送管道等，并備有氨氣吹掃系統(tǒng)。

液氨由液氨罐直接供應(yīng)，液氨在注入SCR系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)由蒸發(fā)器蒸發(fā)氣化，并經(jīng)過緩沖罐穩(wěn)壓后供應(yīng)反應(yīng)器脫硝使用。

（4）氨噴射系統(tǒng)（AIG）

氨噴射系統(tǒng)包括由氣化的氨與由稀釋風(fēng)機(jī)提供的稀釋空氣混合的混合器，以及混合氣均勻噴入SCR反應(yīng)器上游煙氣中的噴氨格柵。

（5）吹灰系統(tǒng)

SCR反應(yīng)器采用聲波吹灰器和蒸汽吹灰器。共裝有4臺聲波吹灰器和4臺蒸汽吹灰器，吹灰控制引入裝置DCS系統(tǒng)。

3 存在問題

（1）當(dāng)前脫硫脫硝裝置外排煙氣中SO2、NOX和粉塵含量均達(dá)到國家和地方煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)SO2和粉塵含量也達(dá)到裝置設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但煙氣中NOX含量卻經(jīng)常超出設(shè)計(jì)指標(biāo)50mg/Nm3，最高能達(dá)到100mg/Nm3以上，因此急需投入脫硝模塊，進(jìn)行脫硝裝置調(diào)試和標(biāo)定。

（2）該余熱鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，噴氨格柵處溫度為620℃，脫硝反應(yīng)器床層處溫度為368℃，但經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)該處溫度最大為265℃，當(dāng)前正常在254℃左右，達(dá)不到氨氣與NOX的合理反應(yīng)溫度，無法進(jìn)行噴氨脫硝。

4 優(yōu)化建議

4.1 優(yōu)化余熱鍋爐操作

繼續(xù)進(jìn)行余熱鍋爐優(yōu)化調(diào)試，特別是加大煙氣流程優(yōu)化，盡最大能力減少催化裂化煙氣壓降，在鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)增大煙氣配風(fēng)，增加煙氣流速，在確保鍋爐效率的前提下，將鍋爐熱量和負(fù)荷進(jìn)行后移，進(jìn)一步提高脫硝反應(yīng)器溫度。

4.2 催化裝置進(jìn)行優(yōu)化和煙氣改造

根據(jù)設(shè)計(jì)，進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣量比實(shí)際進(jìn)入的煙氣量要小，一方面可能有部分煙氣經(jīng)煙道放空蝶閥直接泄漏，另一方面由于催化裂化裝置負(fù)荷較低，煙氣量也達(dá)不到設(shè)計(jì)工況，同時(shí)催化裂化四旋后煙氣未進(jìn)行回收利用，建議在大修時(shí)進(jìn)行改造試驗(yàn)。

4.3 脫硝反應(yīng)器與蒸發(fā)二段位置改造

經(jīng)過對余熱鍋爐的調(diào)試，蒸發(fā)一段與蒸發(fā)二段之間溫度正好符合設(shè)計(jì)的脫硝反應(yīng)溫度，從現(xiàn)場位置看，需將蒸發(fā)二段與脫硝反應(yīng)器調(diào)整位置，為減少施工工程量，可將最下層脫硝反應(yīng)器內(nèi)的催化劑取出裝入最上層催化劑床層內(nèi)，然后將蒸發(fā)二段布置于最下層脫硝反應(yīng)器位置，基于該余熱鍋爐為模塊化箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有一定的可操作性。

4.4 改造蒸發(fā)二段

根據(jù)當(dāng)前余熱鍋爐調(diào)試記錄，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)二段的發(fā)汽量為10-13t/h左右，占當(dāng)前總發(fā)汽量的三分之一，只要適當(dāng)減少蒸發(fā)二段的吸熱量，就能將脫硝反應(yīng)器處溫度提高到合適的反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)。因此，可對蒸發(fā)二段進(jìn)行新的校核計(jì)算，設(shè)計(jì)一組換熱量小的蒸發(fā)二段，從而滿足生產(chǎn)和脫硝反應(yīng)需求。

4.5 更換脫硝催化劑

調(diào)研催化劑廠家，當(dāng)前國內(nèi)外一直致力于低溫脫硝催化劑的研究和應(yīng)用，建議選用反應(yīng)溫度在220至300℃之間的催化劑，但由于催化劑成本較高，如果廢棄現(xiàn)有催化劑，可能造成較大損失。

5 結(jié)語

目前，很多類似脫硫脫硝項(xiàng)目面臨著同樣問題，但缺少實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)和類似改造經(jīng)驗(yàn)，本文經(jīng)過對上述脫硫脫硝裝置的運(yùn)行試驗(yàn)分析，針對該裝置當(dāng)前存在的脫硝技術(shù)問題給出了多種優(yōu)化措施，希望能夠?qū)?zhǔn)備改造和正在設(shè)計(jì)施工的脫硫脫硝項(xiàng)目起到良好的借鑒思路，從而更好的完成國家節(jié)能減排任務(wù)，還大家一片藍(lán)天。

[1]何雁飛，孫志翱.熱電廠煤粉鍋爐氮氧化物控制技術(shù)應(yīng)用[J].工業(yè)鍋爐，2014（1）:42-46.

[2]蔣文舉.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[3]林宗虎，徐通模.實(shí)用鍋爐手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2009.