烯烴水汽開工鍋爐脫硫脫硝項目運行現狀分析

李 慷

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)3#烯烴水汽裝置現配有兩臺由日本日立拔伯格公司引進的開工鍋爐(U-BF-1201A/B)，是裝置的重要動力設備。兩臺鍋爐采用母管并列運行正壓燃燒，主要以乙烯焦油、煉化干氣和甲烷氫為燃料。每臺鍋爐的最大蒸發量為160 t/h，超高壓蒸汽設計壓力為11.9 MPa，設計蒸汽溫度525 ℃。超高壓蒸汽主要供2#乙烯裝置新老區裂解氣壓縮機透平和丙烯制冷壓縮機透平使用，其余經減溫、減壓系統后送至整個烯烴部各蒸汽用戶使用。

根據2014年8月19日國家環境保護部下達的“關于部分供熱及發電鍋爐執行大氣污染物排放標準有關問題的復函”(環函[2014]179號文)，烯烴部開工鍋爐應當執行NOx、SO2、煙塵排放標準分別為100，50，20 mg/m3。而2014年上海石化烯烴部鍋爐污染物煙氣中濃度NOx、SO2及煙塵的濃度嚴重超標(見表1)。

由表1可以看出：未實施脫硫脫硝項目改造前烯烴部開工鍋爐煙氣中NOx和SO2排放濃度遠遠超出了最新環保標準。為滿足環保排放要求及實現上海石化可持續的生產發展目標，2015年9月起上海石化對烯烴部開工鍋爐實施脫硫脫硝項目改造，項目至2016年6月正式建成投用。

表1 開工鍋爐煙氣染物濃度情況與最新標準對比 mg/m3

1 脫硫脫硝流程簡介

烯烴部3#烯烴水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)采用SCR脫硝工藝技術，采用TOPSOE催化劑，并由TOPSOE提供成套SCR專利設備，脫硫采用濕法洗滌吸收脫硫工藝技術。脫硝還原劑采用液氨，脫硫反應劑采用32%的NaOH溶液。

SCR脫硝系統分為氨氣制備和脫硝反應兩部分。來自鐵路裝卸區的液氨經管道輸送到水汽液氨蒸發器，蒸發后的氨氣通過減壓閥減壓后至氨氣緩沖罐，緩沖罐向水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)SCR反應系統提供流量和壓力穩定的氨氣。氨氣通過SCR流量控制系統，經稀釋風機空氣稀釋后氨濃度降到5%以下，并經過計算分配將一定量的稀釋氨氣輸送到噴氨格柵，噴氨格柵將稀釋氨氣均勻的噴入SCR反應器中，使氨在SCR反應器橫截面上與350 ℃左右的煙氣均勻混合。在催化劑作用下，氨與NOx發生還原反應，生成無污染的水和氮氣，從而使煙氣得到凈化，脫除煙氣中的NOx。SCR脫硝部分工藝流程見圖1。

圖1 SCR脫硝部分工藝流程

脫硝后的煙氣經余熱回收單元回收部分煙氣余熱后，再經引風機加壓即送入脫硫塔脫硫。來自鍋爐的煙氣先進入脫硫塔入口段洗滌降溫，煙氣在此過程中被飽和、降溫，同時一部分SO2以及煙塵一同被洗滌下來。被冷卻的飽和煙氣經水平入口段進入到脫硫塔的漿液噴淋吸收段，在此區域中SO2溶于噴淋液并與噴淋液中的堿洗物質反應而被脫除，為更有效地除去煙氣中的煙塵，在吸收區上方設有文丘里除塵組件，進行強化除塵。經過強化除塵后煙氣再經過兩級除霧器，除去煙氣中所夾帶的液滴，減少了排放煙氣中帶水及對周圍裝置的影響。噴淋降溫及塔內噴淋吸收漿液由相同的塔底循環泵提供，另有少部分漿液外排。塔釜內設溢流口，在溫度異常升高時補充冷卻水，并溢流至中和池。煙氣脫硫部分工藝流程見圖2。

圖2 煙氣脫硫部分工藝流程

2 脫硫脫硝項目投用后運行效果

3#烯烴水汽裝置開工鍋爐(U-BF-1201A/B)脫硫脫硝項目完工投用后，從目前運行數據看，裝置運行狀況良好，凈化后煙氣中NOx、SO2和煙塵分別能滿足低于100，50，20 mg/m3的設計要求，并且能夠達到50，35，10 mg/m3以下的未來超凈排放標準。

2.1 脫硝后煙氣中NOx質量濃度控制情況

圖3為U-BF-1201A爐2油+4氣燃燒模式下進脫硝反應器入口和反應器出口NOx質量濃度的對比曲線，由圖3中可以看出煙氣進入脫硝反應器的NOx質量濃度基本保持在330 mg/m3，經SCR反應器脫硝反應后，煙氣中NOx質量濃度降低至50 mg/m3，達到了小于100 mg/m3的排放要求。

圖3 脫硝前后煙氣中NOx質量濃度對比

2.2 脫硫后煙氣中SO2質量濃度控制情況

圖4為煙氣進入脫硫吸收塔前和出脫吸收塔后的SO2質量濃度的對比曲線，由圖4中可以看出進入脫硫吸收塔的SO2質量濃度為基本保持在100 mg/m3，經脫硫塔脫硫后煙氣中SO2質量濃度降低至1 mg/m3以下，達到了SO2小于50 mg/m3的排放要求。

圖4 脫硫前后煙氣中SO2質量濃度對比

2.3 除塵后煙氣中煙塵質量濃度控制情況

在脫硫吸收塔中煙氣中煙塵被洗滌凈化，圖5為脫硫吸收塔進口和出口煙氣中煙塵質量濃度的對比曲線圖。由圖5可以看出進入脫硫塔前的煙塵基本保持在6 mg/m3，經脫硫塔除塵后的煙塵質量濃度降低至0.5 mg/m3左右，滿足煙塵低于20 mg/m3的排放要求。

圖5 除塵前后煙氣中煙塵質量濃度對比

3 脫硫脫硝裝置目前運行現狀

3.1 脫硫塔切出檢修檢查

脫硫塔DA2701于2017年3月14日切出，2017年3月22日切入運行，設備切出檢修期間對脫硫塔除霧段、除塵段、急冷段設備的運行情況以及結焦和噴嘴的脫落情況進行了檢查。檢查發現除霧器表面部分碳粉集聚，相關附件完整無損壞；除塵段及除霧段處噴嘴正常，無堵塞及損壞情況，管線完好；塔釜噴淋一至三層噴嘴正常，無堵塞及損壞情況，管線完好；塔釜急冷段噴淋噴嘴斷裂11個，且噴淋管線底部向下管線堵塞3根，塔釜急冷段靠近煙氣側集聚大量硬塊焦塊，部分表面有白色狀，面向DA2701側焦塊量很少。檢修期間共清理出55包焦塊，約1 t，同時對急冷段更換新噴嘴。

急冷段噴淋大量焦塊及噴嘴損壞原因分析：(1)由于急冷噴淋段水汽質量濃度較高，煙氣中的SO2溶于水汽中生成硫酸鈉及硫酸氫鈉，含有硫酸鈉及硫酸氫鈉液體附著在噴淋管線上達到飽和后析出，析出后混合碳粉等逐漸擴大形成焦塊。同時煙氣中含有少量氨同SO2遇水反應生成硫酸銨粘附再噴淋管線上，進一步加速焦塊形成；(2)噴嘴損壞可能同初次投用時，塔釜段急冷段噴淋壓力過高有關。

建議：(1)控制煙氣中氨逃逸值，降低硫酸銨生成量；(2)DA2701塔釜漿液初始循環開啟時，急冷段噴淋壓力控制在0.1 MPa；(3)日常加強監測引風機出口壓力變化及電流變化情況。

3.2 脫硫塔檢修期間鍋爐燃燒模式的探索

由于裝置區域面積有限，此次烯烴部3#烯烴水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)脫硫脫硝為兩爐一塔設計，即兩臺開工鍋爐共用一個脫硫塔脫硫，煙囪未檢修完成前開工鍋爐(U-BF-1201A/B)煙氣共同經脫硫塔脫硫后通過脫硫塔頂部臨時煙囪排放，當煙囪檢修完成后合格煙氣仍然通過脫硫塔頂部擋板XV-2712至原煙囪排放(見圖6)。

此次脫硫脫硝項目脫硫塔內部防護為防腐玻璃鱗片，設計要求裝置運行后至少每兩年對脫硫塔內部防腐玻璃鱗片進行一次檢查，確認內部玻璃鱗片是否有損壞或剝落，防止鱗片剝落漿液長時間對脫硫塔設備本體腐蝕。由于本次項目設計為兩爐一塔，脫硫塔一旦切出檢修，煙氣將無法進行脫硫，開工鍋爐(U-BF-1201A/B)煙氣經脫硝后直接通過開工鍋爐(U-BF-1201A/B)引風機出口旁路擋板XV-2709/2710排放至原煙囪。

圖6 兩爐一塔煙氣流程

脫硫塔切出檢修后煙氣將無法進行脫硫操作，煙氣中SO2質量濃度必將超標。同時目前山海石化乙烯裝置大修周期一般為6年一次，若開工鍋爐(U-BF-1201A/B)全部停爐，2#乙烯裝置將全線停車，乙烯裝置停車將影響整個上海石化的物料平衡，所以脫硫塔檢修期間烯烴部3#烯烴水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)全部停爐也不符合生產實際要求。

由于煙氣中的SO2主要是由于鍋爐燃料乙焦中的硫燃燒產生的，氣相燃料(天然氣)、甲烷氫幾乎不含硫，故在脫硫塔切出檢修期間減少或者不用乙焦或許能夠滿足煙氣SO2排放要求。為此進行了3#烯烴水汽工鍋爐(U-BF-1201A/B)全燒氣相燃料試驗，試驗數據見表3～4。

表3 U-BF-1201A爐全燒天然氣+干氣試驗數據

表4 U-BF-1201B爐全燒甲烷氫混合氣試驗數據

通過試驗發現：3#烯烴水汽BF-1201A爐在全燒天然氣+干氣以及BF-1201B爐在全燒甲烷氫模式下，煙氣出口SO2短時間能夠控制在50 mg/m3以下，兩臺鍋爐負荷基本保持在175 t/h。試驗期間由于控制BF-1201A/B爐負荷在較低水平，2#乙烯新區裂解爐保持兩臺蒸汽開車狀態以彌補蒸汽缺口，試驗期間乙烯產量略有減少但3#烯烴水汽BF-1201A/B煙氣出口SO2均合格排放，尤其是公司今后進一步提升干氣品質或引入部分天然氣就可以成功解決因為脫硫塔切出檢修期間煙氣不合格需乙烯裝置停車的問題。

4 結語

上海石化3#烯烴水汽裝置開工鍋爐實施脫硫脫硝改造項目后，鍋爐煙氣中NOx、SO2及煙塵等各項指標均達到國家環境保護部下達的排放要求，并且已能夠滿足未來煙氣污染物超凈排放的標準，環境效益顯著。同時烯烴部一直致力于該項目的生產優化，不斷解決實際生產中的運行瓶頸，為上海石化的環保工作不斷努力探索，為上海市的藍天更藍不懈努力。