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        炭黑尾氣鍋爐SCR 脫硝改造小結(jié)

        2023-09-05 04:43:00閆瑞東張紅艷
        山西化工 2023年8期
        關(guān)鍵詞:列管預(yù)器省煤器

        閆瑞東,劉 劍,張紅艷

        (山西焦化集團(tuán)公司炭黑廠,山西 洪洞 041606)

        1 工藝簡(jiǎn)介

        山西焦化集團(tuán)炭黑廠尾氣鍋爐由武漢天元制造廠制造,WCG-45/3.82 Q2 型燃?xì)庹羝仩t為“n”型布置,雙鍋筒橫置式水管結(jié)構(gòu),爐膛四周配備循環(huán)風(fēng)管線,爐頭配備兩臺(tái)低氮燃燒器,將排氣風(fēng)機(jī)入口前的廢氣抽取一小部分送至爐膛四周和低氮燃燒器進(jìn)行脫硝處置。改造思路主要是在鍋爐水平煙道立式過(guò)熱器后留出脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口煙道位置,并在此處留有外置式SCR 反應(yīng)器,通過(guò)氨水噴氨降低氮氧化物,SCR 反應(yīng)器設(shè)有蜂窩式Vi2O5催化劑,脫硝后的廢氣再進(jìn)入尾部豎井,流經(jīng)二級(jí)空預(yù)器、省煤器、一級(jí)空預(yù)器、排氣風(fēng)機(jī),最終送入脫硫塔脫硫除塵后排入大氣。

        2 炭黑尾氣特性及SCR 脫硝反應(yīng)機(jī)理

        炭黑三條生產(chǎn)線產(chǎn)生的尾氣送至尾氣鍋爐產(chǎn)蒸汽使用,尾氣熱值較低,含氮成份高。尾氣主要成分及熱值見(jiàn)表1。

        表1 尾氣主要成分及熱值[1-2]

        SCR 中高溫脫硝主要是將鍋爐爐膛燃燒后的廢氣溫度控制在320~350 ℃進(jìn)入脫硝反應(yīng)器,通過(guò)噴氨降低氮氧化物含量,氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

        反應(yīng)方程式見(jiàn)式(1)~式(3):

        反應(yīng)機(jī)理圖見(jiàn)圖1。

        圖1 反應(yīng)機(jī)理圖

        3 工藝運(yùn)行情況

        3.1 改造前、后工藝參數(shù)比對(duì)

        通過(guò)表2 數(shù)據(jù)可知,鍋爐系統(tǒng)改造后,爐膛氧含量降低,在氨水使用量減少時(shí),氮氧化物指標(biāo)可以得到有效控制。但長(zhǎng)時(shí)間使用氨水,會(huì)縮短生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行周期[3]。

        表2 改造前后工藝參考

        3.2 改造后鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行工藝參數(shù)(見(jiàn)表3)

        表3 鍋爐系統(tǒng)改造后運(yùn)行參數(shù)

        通過(guò)對(duì)表3 數(shù)據(jù)分析可知,爐膛負(fù)壓和一級(jí)空預(yù)器入口負(fù)壓下降,氨水用量降低,排煙溫度降低,可判斷一級(jí)空預(yù)器入口列管堵塞。

        4 工藝系統(tǒng)改造后運(yùn)行中存在的問(wèn)題

        4.1 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

        生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行初期,為了更好地脫硝,操作人員噴氨水量較大,導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行周期縮短至一個(gè)月,通過(guò)檢修發(fā)現(xiàn)一級(jí)空預(yù)器列管堵塞、省煤器列管腐蝕泄漏問(wèn)題嚴(yán)重。

        4.2 生產(chǎn)運(yùn)行情況分析及空預(yù)器堵塞情況

        工藝運(yùn)行DCS 圖(圖2)一級(jí)空預(yù)器堵塞情況省煤器列管間凝結(jié)成的塊狀物。

        圖2 工藝運(yùn)行DCS 圖

        通過(guò)圖3、圖4 可以看出,工藝系統(tǒng)運(yùn)行周期短,一級(jí)空預(yù)器列管堵塞。通過(guò)對(duì)堵塞物進(jìn)行化驗(yàn)分析,得出結(jié)論為pH 值小于2,硫酸根的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)51%,同時(shí)經(jīng)與炭黑同行業(yè)溝通,得出結(jié)論為該堵塞物為硫酸銨和硫酸氫銨,硫酸銨屬于強(qiáng)酸,在200 ℃以上分解;硫酸氫氨屬于弱酸,為NH3與SO3反應(yīng)生成的高黏度物質(zhì),與鍋爐飛灰混合后,在150~200 ℃極易吸附并黏結(jié)在空預(yù)器列管上造成堵塞。

        圖3 一級(jí)空預(yù)器堵塞情況

        5 采取相關(guān)措施

        通過(guò)相關(guān)資料[4-5]查詢和同行業(yè)進(jìn)行深入交流,為確保生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行,采取以下措施:

        通過(guò)減少噴氨量和控制鍋爐爐膛負(fù)壓進(jìn)行氮氧化物的控制,原理為鍋爐爐膛在不完全燃燒的情況下產(chǎn)生一氧化碳還原劑,而一氧化碳還原劑可以代替氨水進(jìn)行脫硝。方程式見(jiàn)式(4):

        定期對(duì)省煤器和一級(jí)空預(yù)器進(jìn)行清理,周期為2 個(gè)月。

        增加低氮循環(huán)效率,降低脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物質(zhì)量濃度,控制在240~260 mg/m3;控制鍋爐氧含量,可以有效調(diào)節(jié)SCR 反應(yīng)器出口氮氧化物質(zhì)量濃度在50 mg/m3。

        6 注意事項(xiàng)

        反應(yīng)器布置在高含煙塵階段,鍋爐爐膛燃燒的尾氣中含有灰塵、部分濾袋破損后的炭黑粉塵,顆粒物對(duì)催化劑沖蝕和沉積比較嚴(yán)重,會(huì)引起催化劑空隙堵塞現(xiàn)象,甚至?xí)鸫呋瘎┲卸?,使催化劑活性降低,所以,必須定時(shí)開(kāi)啟吹灰器進(jìn)行噴吹。

        氨逃逸必須控制在3×10-6(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),因?yàn)檫^(guò)量的氨氣會(huì)與煙氣中的SO3形成硫酸銨和硫酸氫銨,硫酸氫銨沉積溫度在150~200 ℃,黏度較大,加劇了空預(yù)器列管的堵塞和腐蝕,影響生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

        加強(qiáng)監(jiān)控省煤器出口溫度,一旦省煤器列管泄漏,溫度會(huì)快速降低。

        省煤器蛇形管相關(guān)圖片見(jiàn)圖5~圖7。

        圖6 安裝后的省煤器

        圖7 使用兩個(gè)月后的省煤器

        7 進(jìn)一步設(shè)備改造設(shè)計(jì)

        通過(guò)尾氣鍋爐脫硝改造運(yùn)行情況來(lái)看,決定從以下幾方面進(jìn)行改造,便于炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行。

        1)空預(yù)器列管表面采用搪瓷表面設(shè)計(jì),可以隔離腐蝕物與金屬接觸,其表面光滑,易于清洗;另一方面是搪瓷層穩(wěn)定性好,耐磨損,使用壽命長(zhǎng)。

        2)在二級(jí)空預(yù)器出口至鍋爐爐膛煙道上聯(lián)結(jié)一根DN80 的熱風(fēng)管線,引至鍋爐鼓風(fēng)機(jī)入口,提高風(fēng)量溫度控制在100 ℃以上左右,抑制硫酸氫銨的形成。

        3)優(yōu)化工藝操作,將爐膛氧含量由原先的3%~5%控制在1%左右,遇系統(tǒng)波動(dòng)或其他特殊情況,可以適當(dāng)少量噴入氨水降低脫硝反應(yīng)器出口氮氧化物。

        4)加強(qiáng)SCR 反應(yīng)器和一級(jí)空預(yù)器的定期吹灰,對(duì)易堵低溫區(qū)(一級(jí)空預(yù)器)增設(shè)蒸汽噴吹裝置,減緩管線堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

        5)控制循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量,將循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量與送風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行比較,生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)按比例進(jìn)行供風(fēng),將脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物質(zhì)量濃度控制在240 mg/m3。

        6)將省煤器材質(zhì)由20#碳鋼變更為09crcusb 絡(luò)銅銻鋼,同時(shí)對(duì)省煤器列管間距進(jìn)行拓寬,避免硫酸銨物質(zhì)黏附在管壁上腐蝕管道。

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