王曉東

(太原重工股份有限公司，山西 太原 030024)

引 言

山東濰焦集團(tuán)脫硫脫硝項(xiàng)目二期工程脫硝裝置采用中低溫選擇性催化還原法(SCR)，催化劑采用中低溫催化劑，該催化劑為焦?fàn)t煙氣特供催化劑，適用于焦?fàn)t煙氣工況條件。采用DCS集中控制系統(tǒng)，煙氣進(jìn)、出口安裝實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，具有就地和遠(yuǎn)方監(jiān)測(cè)顯示功能，監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目包括：煙氣量、NOx、SO2、O2、NH3、粉塵、壓差等(其中，NH3僅出口安裝)，根據(jù)系統(tǒng)出口NOx濃度，綜合氨逃逸量調(diào)整噴氨系統(tǒng)的噴氨量。

1 濰焦項(xiàng)目脫硝工藝

本方案煙氣脫硝技術(shù)采用選擇性催化還原法(SCR法)，脫硝還原劑選用20%濃氨水。系統(tǒng)主要由SCR反應(yīng)器、氨水控制系統(tǒng)、管路系統(tǒng)等組成。催化劑使用自主研發(fā)生產(chǎn)的低溫脫硝催化劑。脫硝流程如圖1所示。

圖1 脫硝流程

煙氣通過管道輸送至脫硝SCR反應(yīng)器中。反應(yīng)器由上而下布置兩層低溫脫硝催化劑。由氨水站來的20%濃氨水經(jīng)過噴霧分布器霧化后輸送至SCR反應(yīng)器。煙氣中的NOx在脫硝催化劑的作用下，與氨發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O。凈化后的煙氣送往廠區(qū)原有余熱利用單元。

為使氨水與煙氣在SCR 反應(yīng)器前有較長(zhǎng)的混合區(qū)段以保證充分混合，應(yīng)盡可能使氨水在遠(yuǎn)離SCR反應(yīng)器入口處噴入。

在脫硫脫硝裝置進(jìn)口及出口各設(shè)置一套CEMS系統(tǒng)，在氨分解單元后設(shè)置一套氨分析系統(tǒng)。在每層催化劑上方，設(shè)置可遠(yuǎn)傳的煙氣溫度和壓力監(jiān)測(cè)裝置。

設(shè)計(jì)時(shí)，在正常負(fù)荷范圍內(nèi)，煙氣脫硝裝置的脫硝效率不低于95%(進(jìn)口NOx質(zhì)量濃度不大于1 500 mg/Nm3，煙氣入口溫度220 ℃～340 ℃、兩層低溫脫硝催化劑)，出口NOx質(zhì)量濃度不大于100 mg/Nm3；系統(tǒng)阻力≤1 200 Pa。

2 催化劑對(duì)于噴氨濃度的要求

2.1 氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)

SCR技術(shù)的主要化學(xué)反應(yīng)為式(1)、式(2)。

(1)

(2)

在現(xiàn)場(chǎng)脫硝系統(tǒng)使用時(shí)，由于濃氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足20%，僅為8%，在入口NOx濃度不變的情況下，濃氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)不足的直接后果就是反應(yīng)不完全，出口NOx濃度增大。更換質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的濃氨水后，出口NOx質(zhì)量濃度恢復(fù)到100 mg/Nm3以下。

2.2 噴氨量

在實(shí)際噴氨量大于設(shè)計(jì)值時(shí)，會(huì)在催化劑表面形成大量的NH4HSO4，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)對(duì)催化劑造成不可逆的毒害。應(yīng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)避免出現(xiàn)過量噴氨的情況。

實(shí)際運(yùn)行時(shí)，務(wù)必注意以下兩點(diǎn)：

1) 觀察理論氨逃逸量數(shù)據(jù)，要考慮到在線儀表的波動(dòng)及理論計(jì)算的偏差，進(jìn)行噴氨調(diào)整。

2) 根據(jù)機(jī)組負(fù)荷不超過300 000 Nm3/h時(shí)，NOx質(zhì)量濃度不超過1 500 mg/Nm3，以低溫催化劑后NOx出口質(zhì)量濃度為100 mg/Nm3計(jì)算，原則上，噴氨量理論計(jì)算值不可超過133 kg/h。

2.3 具體的噴氨操作

1) 噴氨量開始為5 kg/h，噴氨后觀察一段時(shí)間，根據(jù)DCS現(xiàn)實(shí)值計(jì)算噴氨量和氨逃逸。如果計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際值，則證明噴氨量正常。

2) 煙道氣量增加后，逐步提高噴氨量，每次提高幅度為5 kg/h，繼續(xù)觀察并按照步驟1)進(jìn)行計(jì)算。

3) 原則上不提高到當(dāng)前工況條件下的最大理論噴氨量。

3 催化劑的保養(yǎng)維護(hù)

在實(shí)際使用的過程中，脫硝催化劑發(fā)生了嚴(yán)重堵塞，致使系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。

堵塞物的主要成分是液態(tài)的硫酸銨結(jié)晶和灰塵?，F(xiàn)場(chǎng)的煙氣入口溫度在260 ℃左右，來自煙氣中的H2O、SO2/SO3和NH3在該溫度條件下反應(yīng)生成液態(tài)的硫酸銨，液態(tài)硫酸銨容易附著在催化劑的表面，堵塞催化劑。堵塞后的催化劑最上層又附著了煙道氣中的灰塵，最終導(dǎo)致催化劑發(fā)生堵塞。

硫酸銨在煙道氣溫度高于280 ℃時(shí)，會(huì)分解為氨氣、氮?dú)狻⒍趸蚝退?；?dāng)煙道氣溫度低于180 ℃時(shí)會(huì)凝結(jié)為結(jié)晶體。所以，良好的工藝環(huán)境應(yīng)為煙道氣溫度高于280 ℃時(shí)，使用高溫催化劑，煙道氣溫度低于180 ℃時(shí)，使用低溫催化劑。

3.1 鹽的形成

鹽的形成主要是指催化劑表面被銨鹽覆蓋，來自煙氣中H2O、SO2/SO3和NH3在一定煙氣濃度和溫度情況下是同時(shí)出現(xiàn)的，它們將降低催化劑的活性。

這些化學(xué)鈍化是可以通過加熱受影響的催化劑，使其溫度超過350 ℃，從而恢復(fù)其活性(逆轉(zhuǎn))。

鹽的形成過程為：

3.2 催化劑鈍化

各種影響催化劑中毒的氣體或液體將會(huì)使催化劑活性降低，催化劑中毒的程度由很多因素決定，如，催化劑中毒的濃度、暴露時(shí)間、溫度等。

催化劑可以通過直接吸收煙氣中氣相物質(zhì)發(fā)生中毒，典型的有磷、砷、硒等的化合物質(zhì)，也有四氟化硅，這些中毒可以通過添加石灰的方法加以補(bǔ)救。

其他催化劑中毒，是通過液相形式擴(kuò)散進(jìn)入催化劑的活性中心，通常是通過與水和酸的露點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)。煙囪內(nèi)的灰塵黏附在催化劑的表面使催化劑中毒，典型的例子是通過堿金屬和堿土金屬化合物，如，鈉、鉀、鎂和鈣鹽。

這些可通過避免露點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)救或?qū)⑼ㄟ^露點(diǎn)的時(shí)間縮減到極小，短暫停頓期間可設(shè)反應(yīng)器旁路使煙氣從旁路通過，這是最有效的措施。

3.3 灰塵沉積

催化劑單元已盡可能地設(shè)計(jì)為最佳防止灰塵沉淀。適當(dāng)?shù)拇胧?如，密封板、煙道反應(yīng)器導(dǎo)向板)將確保最佳的煙氣流通過催化劑。在設(shè)計(jì)時(shí)必須防止死區(qū)以及渦流的形成，盡可能地限制灰塵沉淀在催化劑上。

灰塵沉淀在催化劑上會(huì)導(dǎo)致壓力降增加。壓力降在反應(yīng)器入口和出口處測(cè)量，因此需記錄顯示催化劑阻塞的程度。如果在反應(yīng)器停運(yùn)期間，反應(yīng)器和催化劑必須檢查和手動(dòng)徹底清洗(空氣吹掃或吸塵)，以清除催化劑表面的飛灰。灰塵必須被徹底的清洗，因?yàn)榛覊m內(nèi)的成分會(huì)造成化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑失活。

4 結(jié)論

1) 脫硝反應(yīng)的最佳煙道氣反應(yīng)溫度應(yīng)高于280 ℃使用高溫催化劑，或者煙道氣溫度低于180 ℃使用低溫催化劑。

2) 噴氨量原則上不提高到當(dāng)前工況條件下的最大理論噴氨量。