基于煤粉爐補熱的脫硝裝置的應用分析

孫國棟，符 毅

（延安石油化工廠，陜西 延安 727406）

0 引言

選擇性催化還原脫硝工藝，是一種廣泛應用在凈化鍋爐廢氣中的技術，其最佳反應溫度在265～320 ℃，但鍋爐煙氣溫度一般在150°左右，其溫度并不能滿足選擇性催化還原脫硝的技術要求，因此需要增加補熱裝置對其進行補熱，提高反應效率和可靠性。目前多數補熱裝置均是采用天然氣加熱，雖然相對比較清潔但成本較高，難以滿足脫硝經濟性的需求。

在對多種補熱方案進行分析后，本文提出了一種基于煤粉爐補熱的脫硝裝置，對脫硝工藝流程、脫硝過程控制要點等進行了分析，解決了傳燃煤補熱所存在的煙塵粉塵量大、補熱系統和主煙氣系統壓力平衡性差的問題。根據實際應用表明，新的脫硝系統能夠實現自動補熱，將運行費用降低48.4%，對提升脫硝的經濟性具有十分重要的意義。

1 工程概況分析

某獨立球團廠年產球團礦為250 萬t，其采用了石灰石-石膏法進行脫硫，煙氣脫硝采用了SCR 脫硝技術。在工作過程中煙氣平均溫度150 ℃，但SCR脫硝技術的最佳平均反應催化溫度為292 ℃，因此煙氣自身的溫度無法滿足反應催化需求，需要增加煙氣補熱系統，滿足反應催化需求。

由于球團廠采用了天然氣補熱，整體運行成本較高，難以滿足脫硝系統運行經濟性的需求。因此提出了一種基于燃煤的補熱系統方案[1]，采用脫硫前進行脫硝的工藝路線，在燃煤過程中產生的高溫、高塵的煙氣直接進入到主煙囪內的煙道中，提升煙氣的平均溫度，再經過除塵等處理后進行排放。由于燃煤過程中所產生煙氣內含有大量的粉塵及其他污染物，因此采用新的基于煤粉爐補熱的脫硝裝置，滿足對煙塵凈化、對主煙氣系統進行壓力平衡的處理。

2 脫硝處理工藝流程

為了滿足脫硝效率、經濟性和環保性的需求，系統采用了脫硫前脫硝+燃煤補熱的工藝技術路線，其工作時的全工藝流程為[2]：主抽煙氣→GGH 原煙氣側→補熱升溫+噴氨處理→脫硝反應→GGH 凈煙氣側→風機增壓→煙氣脫硫處理→濕電系統→煙氣排出。

2.1 選擇性催化還原脫硝反應系統

采用燃煤補熱后，會導致產生的煙氣內的二氧化硫的含量迅速增加，在反應過程中產生三氧化硫，然后再和氨氣結合生產硫酸氫銨。根據對反應過程的分析，當反應過程中的溫度低于275 ℃時，硫酸氫銨的凝結率會增加而且極易附著在催化劑和反應容器內壁，導致系統的堵塞[3]。因此在催化反應時，選擇了22 孔蜂窩式高效催化時，其最佳反應溫度為330 ℃，從而在高溫下催化反應，減少硫酸氫氨的產生。在對催化劑布置時，選擇了3 層布置結構，將催化劑布置在金屬護網上[4]，不僅能夠增加反應接觸面積，提高反應效率，而且能夠對煙塵中的大顆粒進行過濾，減少系統堵塞。

在選擇性催化環境脫硝反應系統中，同時配備了超聲波吹灰裝置[5]，當系統中的催化劑壓差大于系統的設定值時，能夠自動開啟吹灰模式，實現自動除灰。系統的脫硝還原劑采用了質量分數為30%的氨水[6]，在經過高溫氣化后傳輸到反應煙道內，通過噴淋裝置均勻噴灑在主煙道，實現脫硝還原。

2.2 煙氣補熱系統

煙氣補熱系統的作用是對主煙道內的煙氣進行加熱，使其能夠達到硝化還原反應時的最佳溫度。為了減少在補熱過程中的燃煤消耗及粉塵污染，根據原生產體系中的鍋爐狀態，設計的煙氣補熱系統參數如表1 所示。

表1 煙氣補熱系統和參數匯總表

煙氣補熱系統的煙氣需要在負壓的作用下快速進入到煙道內，根據實際測定在硝化反應主煙道內的負壓為-1 300～4 600 Pa，而煤粉爐在溫度運行過程中內部的負壓為-140～-50Pa，因此要保證煙氣能夠穩定、均勻的進入到主煙道內，就需要保證在煤粉爐和煙道補熱煙氣入口之間的煙氣流動阻力不超過1 300 Pa[5]。以此為基礎合理的分布除塵器、煙道結構及煙氣送風系統的阻力情況。一般來說要求除塵器的工作阻力不大于400 Pa，補熱煙氣在煙道內流動時的阻力不超過150 Pa，煙氣送風系統的阻力應小于750 Pa。

3 煙氣送風系統優化

為了保證加熱煙氣和原煙囪內煙氣在混合時的速度和均勻性，提高硝化反應時的效率和經濟性，補熱煙氣送風系統的設計借助了流場仿真分析方法[7]，模擬不同參數情況下硝化還原反應器斷面溫度的分布效果，為優化送風系統結構、提高反應效果奠定基礎。

根據實際研究情況，新設計的熱風送風系統結構如圖1 所示[7]，其采用了多通道送風模式[8]，不同區域的送風管道的直徑不同，從而能夠保證在送風過程中不同位置煙氣混合后的一致性。

圖1 熱風送風系統分布結構示意圖

不同位置管徑分布如表2 所示。

表2 熱風送風系統管徑分布示意圖

根據實際驗證，新的熱風送風系統內的阻力約為690 Pa，小于標準要求的750 Pa，滿足在補熱過程中的送風穩定性需求。

4 應用情況分析

該基于煤粉爐補熱的脫硝裝置目前已經投入應用，自運行以來系統的運行穩定性高、未出現管路堵塞、催化劑壓差失穩等。系統運行6 個月后對硝化還原反應所使用的催化劑進行檢測，含有的硫、粉塵等污染物元素增加，但催化劑單體完整，仍然具備較高的催化活性。

根據優化前后的運行情況分析，運行總成本為787.4 萬元/6 個月，在相同運行條件下的運行成本比采用天然氣補熱降低了約48.4%，顯著提升了運行經濟性和可靠性。

5 結論

針對傳統選擇性催化還原脫硝工藝所存在的補熱成本高、經濟性差的不足，提出了一種新的基于煤粉爐補熱的脫硝工藝，對該工藝技術的原理、工藝路線、系統結構等進行了分析，根據實際應用表明：

1）基于燃煤補熱的脫硝工藝流程為：主抽煙氣→GGH 原煙氣側→補熱升溫+噴氨處理→脫硝反應→GGH 凈煙氣側→風機增壓→煙氣脫硫處理→濕電系統→煙氣排出；

2）要保證煙氣能夠穩定、均勻的進入到主煙道內，就需要保證在煤粉爐和煙道補熱煙氣入口之間的煙氣流動阻力不超過1 300 Pa；

3）補熱煙氣送風系統采用了多通道送風模式，不同區域的送風管道的直徑不同，從而能夠保證在送風過程中不同位置煙氣混合后的一致性；

4）新的脫硝系統能夠實現自動補熱，將運行費用降低48.4%，對提升脫硝的經濟性具有十分重要的意義。