楊智 李軍 霍成（中國石油寧夏石化分公司）

寧夏石化公司煉油廠260×104t/a催化裂化裝置配有2臺燃燒式CO余熱鍋爐。其利用催化了煙氣的物理熱，同時(shí)補(bǔ)充燃燒部分燃料氣，產(chǎn)生3.82 MPa、450℃的中壓過熱蒸汽，余熱鍋爐煙氣排放量為438 240 m3/h（濕基），煙氣中NOx排放均值為313 mg/m3。隨著《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的正式實(shí)施，公司決定對該裝置增設(shè)煙氣脫硝設(shè)施，并對余熱鍋爐進(jìn)行配套改造，要求不僅確保催化裝置、脫硫裝置正常運(yùn)行，而且保證外排煙氣中NOx排放濃度達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)要求（NOx值小于100 mg/m3）；同時(shí)對余熱鍋爐進(jìn)行相應(yīng)配套改造[1]，以達(dá)環(huán)保節(jié)能并舉的效果。

1 煙氣脫硝系統(tǒng)工藝

1.1 工藝的選擇

降低催化裂化裝置氮氧化物排放主要有三大類方法[2]：氧化法脫硝、還原法脫硝及脫硝助劑。氧化法脫硝包括臭氧氧化技術(shù)及液相氧化劑氧化技術(shù)，其原理在于將煙氣中的氮氧化物氧化最終生成硝酸鹽，溶解在外排污水中并排出裝置；還原法脫硝技術(shù)根據(jù)反應(yīng)環(huán)境的不同分為選擇性催化還原法（SCR）脫硝和選擇性非催化還原法（SNCR）脫硝，利用還原劑將氮氧化物還原為無污染的氮?dú)?，?jīng)煙囪直排大氣；脫硝助劑是指通過抑制再生過程中NOx的生成和消除再生過程中生成的NOx來降低外排煙氣中的NOx含量。

寧夏石化公司根據(jù)260×104t/a重油催化裂化裝置再生煙氣組成及余熱鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況，煙氣脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)。

在SCR脫硝工藝中，反應(yīng)溫度較低，一般反應(yīng)器控制溫度為320～420℃，凈化率高，可達(dá)85%以上，工藝設(shè)備緊湊，運(yùn)行可靠。NOx與氨氣在催化劑的作用下生成無害的氮?dú)夂退?，還原后的氮?dú)夥趴?，無二次污染。

1.2 工藝流程

SCR煙氣脫硝工藝系統(tǒng)主要由脫硝反應(yīng)系統(tǒng)、氨區(qū)和其他輔助設(shè)備和裝置組成。其中脫硝反應(yīng)系統(tǒng)由SCR反應(yīng)器、噴氨系統(tǒng)、氨/煙混合系統(tǒng)等組成；氨區(qū)包括液氨儲罐、液氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐、氨稀釋罐等；其他輔助設(shè)備和裝置主要包括SCR反應(yīng)器的相關(guān)管理系統(tǒng)和吹灰裝置等。煙氣脫硝改造后余熱鍋爐工藝流程見圖1。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 稀釋風(fēng)流量及壓力確定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范-選擇性催化還原法》[3]，稀釋風(fēng)量應(yīng)按設(shè)計(jì)和校核工況中的較大耗氨量，使得經(jīng)過壓力和流量調(diào)整后的氨氣與空氣能在氨空混合器內(nèi)充分混合，將氨稀釋成體積比小于5%的混合氣。

由于余熱鍋爐為微正壓爐，考慮到煙氣壓力、稀釋風(fēng)管路壓力損失、調(diào)節(jié)閥壓損等因數(shù)，該項(xiàng)目稀釋風(fēng)機(jī)風(fēng)量按1500 m3/h，風(fēng)壓35 kPa考慮。

圖1 煙氣脫硝改造后余熱鍋爐工藝流程

2.2 稀釋風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)

稀釋風(fēng)加熱系統(tǒng)作用是將空氣加熱到與反應(yīng)器煙氣進(jìn)口溫度相當(dāng)?shù)臏囟?，本?xiàng)目要求加熱溫度不能低于300℃。不是避免影響余熱鍋爐的熱負(fù)荷，而是避免硫酸氫銨的生成堵塞噴氨格柵噴頭，預(yù)熱器安裝在蒸發(fā)段下部。

2.3 噴氨模塊設(shè)置位置

噴氨模塊由噴氨格柵和整流格柵組成。噴氨格柵需根據(jù)CFD模擬結(jié)果來設(shè)計(jì)，其目的是使氨/空氣混合氣中的氨與煙氣中的NOx在整個(gè)煙道上均勻分布。整流格柵安裝在SCR反應(yīng)器頂部，在頂層催化劑之上。整流格柵將煙氣流向在接觸第一層催化劑之前整流為豎直方向。這有助于減少粉塵堆積和對催化劑的磨損。

2.4 脫硝反應(yīng)器

由于SCR脫硝反應(yīng)溫度區(qū)間在320～420℃，根據(jù)催化裂化裝置余熱鍋爐煙氣溫度分布特點(diǎn)，確定脫硝反應(yīng)器安裝位置在余熱鍋爐蒸發(fā)段和省煤器之間。其是煙氣脫硝系統(tǒng)的核心設(shè)備，主要功能是承載催化劑，為脫硝反應(yīng)提供空間，同時(shí)保證煙氣流動的順暢與氣流分布的均勻，為脫硝反應(yīng)順利進(jìn)行創(chuàng)造條件。該反應(yīng)器設(shè)計(jì)為垂直SCR反應(yīng)器安裝兩層催化劑，在催化劑之上裝有整流格柵。每層催化劑裝有蒸汽吹灰裝置，以定期清理催化劑上的積灰[4]。

2.5 氨氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力的確定

項(xiàng)目設(shè)計(jì)2套液氨蒸發(fā)器，1用1備。在液氨蒸發(fā)器上設(shè)置安全閥，安全閥設(shè)定壓力為1.58 MPa。由于氨區(qū)離脫硝反應(yīng)器較遠(yuǎn)，考慮到途中壓頭的壓力損失，在氨氣緩沖罐上游設(shè)置有氨氣壓力調(diào)節(jié)閥，將氨氣緩沖罐出口壓力控制在0.4 MPa左右。氨氣緩沖罐上設(shè)置安全閥，安全閥設(shè)定壓力為0.88 MPa。

2.6 催化劑吊裝

在第一層脫硝反應(yīng)床層上部向外伸出電動葫蘆導(dǎo)軌，設(shè)置電動葫蘆用于催化劑模塊從地面到各安裝層的起吊，最上層催化劑直接由電動葫蘆吊入框架內(nèi)，再由手動葫蘆或小車自催化劑安裝門送入SCR反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行安裝。

3 應(yīng)用效果

寧夏石化公司煉油廠在2017年大檢修期間對260×104t/a催化裝置2臺CO余熱鍋爐進(jìn)行了SCR脫硝適應(yīng)性改造。改造前（1月1日—4月30日）后（8月26日—10月23日）再生煙氣出口NOx數(shù)值對比見表1；改造前后再生煙氣出口NOx數(shù)值趨勢圖見圖2、圖3。

圖2 煙氣脫硝項(xiàng)目改造前催化再生煙氣出口NOx數(shù)值趨勢

圖3 煙氣脫硝項(xiàng)目改造后催化再生煙氣出口NOx數(shù)值趨勢

表1 煙氣脫硝項(xiàng)目改造前后催化再生煙氣出口NOx數(shù)值對比

結(jié)合表1、圖2、圖3可以看出，改造后催化再生煙氣出口NOx數(shù)值控制在100 mg/m3以內(nèi)，能夠達(dá)到新的排放標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)要求[5-6]。

4 結(jié)論

此次余熱鍋爐煙氣脫硝改造工程，由于催化裂化裝置余熱鍋爐運(yùn)行的特點(diǎn)，在一些設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上跟常規(guī)的火電廠煙氣脫硝工程存在一定差異。為使催化裂化裝置余熱鍋爐煙氣獲得最佳的脫硝效果，在工程設(shè)計(jì)中，煙氣脫硝系統(tǒng)的各裝置設(shè)備和工藝參數(shù)根據(jù)實(shí)際具體運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化，保證環(huán)保指標(biāo)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

[1]高永地，梁德印，張華東.重油催化裂化余熱鍋爐節(jié)能技術(shù)改造[J].石油煉制與化工，2011，42（5）：93-96.

[2]孫克勤，鐘秦.火電廠煙氣脫硝技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：75-79.

[3]中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部.火電廠煙氣脫硝工程技術(shù)規(guī)范-選擇性催化還原法：HJ 562-2010[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2010：1-12.

[4]段傳，夏懷祥.燃煤電站SCR煙氣脫硝工程技術(shù)［M］.北京：北京電力出版社，2009：96-101.

[5]楊楠，王雪.氮氧化物污染及防治[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2010，30（11）：51-53.

[6]陳艷梅.減少FCC再生煙氣的氮氧化物排放[J].國際煉油與石化，2010（2）：62-65.