黃建鵬

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

中策橡膠集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中策公司”）在富陽(yáng)新登開發(fā)區(qū)的生產(chǎn)基地，主要產(chǎn)品為全鋼子午線輪胎（500 萬(wàn)套/a），配套生產(chǎn)炭黑（10 萬(wàn)t/a），所生產(chǎn)炭黑用于輪胎生產(chǎn)，作為填充補(bǔ)強(qiáng)原材料，炭黑生產(chǎn)其實(shí)也是輪胎生產(chǎn)的一部分。

做好環(huán)境保護(hù)是企業(yè)重中之重，也是生存發(fā)展的必要條件。 炭黑制造屬有機(jī)化工，炭黑生產(chǎn)過(guò)程中主要環(huán)保問(wèn)題是炭黑尾氣和干燥機(jī)廢氣處理，炭黑尾氣經(jīng)焚燒供熱發(fā)電，焚燒后的煙氣須進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放，干燥機(jī)廢氣與煙氣成分差不多，污染物中二氧化硫質(zhì)量濃度約1 mg/L，氮氧化物（NOX）質(zhì)量濃度約0.7 mg/L，也須處理后達(dá)標(biāo)排放。

近年來(lái)，因環(huán)保逐漸成為炭黑生產(chǎn)企業(yè)生存和發(fā)展的關(guān)鍵要素，各炭黑生產(chǎn)企業(yè)紛紛開展煙氣脫硫脫硝技術(shù)處理課題研究，中策公司也在煙氣治理上進(jìn)行了不斷探索。 經(jīng)多年實(shí)踐，脫硫技術(shù)已基本成熟，采用石灰石- 石膏法（大濕法）二氧化硫質(zhì)量濃度可穩(wěn)定控制在0.05 mg/L 以下，但脫硝仍是個(gè)難點(diǎn)。

目前中策公司2 臺(tái)35 t/h尾氣鍋爐，采用選擇性非催化劑還原（SNCR）法脫硝，脫硝效果40%～50%，NOX排放質(zhì)量濃度低于老標(biāo)準(zhǔn)（≤0.4 mg/L），可達(dá)標(biāo)排放，但存在氨逃逸現(xiàn)象，尾部受熱面也發(fā)生積鹽堵灰。 現(xiàn)在新標(biāo)準(zhǔn)要求氮氧化物質(zhì)量濃度≤0.15 mg/L，為此，需研究開發(fā)新的脫硝方法。

1 主要脫硝技術(shù)的比較和選擇

炭黑尾氣鍋爐的煙氣和干燥機(jī)廢氣的成分與燃煤鍋爐或天然氣鍋爐有很大區(qū)別，產(chǎn)生的NOX含量很高，煙氣中水分含量大，對(duì)尾部設(shè)備的腐蝕也比較嚴(yán)重。

目前主要運(yùn)用的脫硝技術(shù)有選擇性催化還原（SCR）法、SNCR 法、低氮燃燒法和臭氧氧化法，其經(jīng)濟(jì)和技術(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 主要脫硝技術(shù)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)對(duì)比

經(jīng)多方比較、研究分析和行業(yè)調(diào)研，決定采用低氮燃燒+SCR 法脫硝技術(shù)，低氮燃燒技術(shù)在尾氣鍋爐上的應(yīng)用，可有效降低脫硝成本；SCR 脫硝技術(shù)的應(yīng)用，可提高脫硝效率，脫除更多氮氧化物，確保煙氣達(dá)標(biāo)排放。 同時(shí)，相比SNCR 法，氨水用量可節(jié)約30%，也不會(huì)發(fā)生氨逃逸超標(biāo)。

在新增的1 臺(tái)備用尾氣鍋爐及炭黑干燥機(jī)廢氣處理上，采用低氮燃燒+SCR 法脫硝。 新鍋爐投產(chǎn)后，對(duì)原有2 臺(tái)鍋爐逐臺(tái)進(jìn)行改造。

2 低氮燃燒+SCR 法脫硝技術(shù)介紹

2.1 低氮燃燒技術(shù)

2.1.1 低氮燃燒器

基本原理：空氣與燃料充分均勻接觸，避免局部過(guò)熱，降低局部NOX生成量，通過(guò)控制參與燃燒的空氣量，使燃燒區(qū)缺氧，燃料不充分燃燒，降低燃燒區(qū)溫度，從而降低NOX。

炭黑尾氣作為燃料，其主要特點(diǎn)是：熱值低、不穩(wěn)定且燃燒易脫火。 因此，其燃燒的穩(wěn)定和安全是關(guān)健。 燃燒器采用內(nèi)分級(jí)配風(fēng)復(fù)合降氮型式，設(shè)置分級(jí)配風(fēng)系統(tǒng)，在控制燃燒初期缺氧的狀態(tài)下，保留足夠的燃燒擾動(dòng)力，使燃燒的穩(wěn)定性、氣氛得到更具操作性的控制，確保留出足夠的還原燃燒時(shí)間，使已生成的NOX得到有效還原時(shí)間的同時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)對(duì)沖風(fēng)系統(tǒng)使燃燒時(shí)間延長(zhǎng)，燃燒的強(qiáng)度得到加強(qiáng)，燃燒效率得到有效保證。 經(jīng)熱態(tài)調(diào)試，控制各燃燒器及對(duì)沖風(fēng)噴口的風(fēng)的送入，做到燃料和空氣的精準(zhǔn)配比，既保證了噴口出口區(qū)域的適度缺氧高溫燃燒，以實(shí)現(xiàn)充分燃燒和進(jìn)一步提高NOX的還原率，又降低了NOX的排放。

低氮燃燒器主要針對(duì)炭黑尾氣專門設(shè)計(jì)，由本體和附件（主氣槍、火焰檢測(cè)設(shè)備等）組成。

小學(xué)科學(xué)與其他學(xué)科最大的不同就是科學(xué)學(xué)科的知識(shí)與日常生活聯(lián)系更緊密，且理論知識(shí)更加抽象。教師在開展教學(xué)活動(dòng)時(shí)，要注重將教學(xué)內(nèi)容與生活實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，從而點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，促使科學(xué)學(xué)科教學(xué)更加趨向生活化。

為進(jìn)一步降低NOX排放，引入對(duì)沖風(fēng)作為燃燒器的二次配風(fēng)。

2.1.2 空氣分級(jí)燃燒

空氣分段給入，使燃燒器前主燃區(qū)缺氧燃燒，嚴(yán)格控制缺氧時(shí)間，降低NOX生成量，在燃燒器上方溫度下降后，再補(bǔ)入空氣，作為燃盡風(fēng)，使未燃成分充分燃燒，保證鍋爐效率不受影響。

分級(jí)燃燒風(fēng)量調(diào)節(jié)有一定配比，需根據(jù)鍋爐不同工況及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.1.3 煙氣再循環(huán)

控制主燃區(qū)溫度，降低NOX生成量，提高脫硝效率。

再循環(huán)煙氣量要根據(jù)爐膛燃燒情況進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)，再循環(huán)風(fēng)機(jī)采用變頻風(fēng)機(jī)，煙道上加裝調(diào)節(jié)擋板，對(duì)再循環(huán)煙氣量實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

再循環(huán)煙氣量與原煙氣量的比稱為再循環(huán)率，一般再循環(huán)率上升，爐膛溫度降低，NOX也下降，尾氣鍋爐煙氣再循環(huán)率一般控制在10%～20%，根據(jù)鍋爐的不同工況，爐膛溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將NOX濃度控制在合理范圍內(nèi)。

2.2 SCR 脫硝技術(shù)

SCR 脫硝法就是選擇性催化還原法，環(huán)保工程上用得很廣泛，技術(shù)上也成熟，尤其在燃煤鍋爐上用得最多，然而在尾氣鍋爐上用得不多，中策公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)也有一些顧慮。 主要有以下問(wèn)題：尾氣鍋爐煙氣含水量大，是燃煤鍋爐煙氣的5 倍，煙氣成分復(fù)雜，含較多有機(jī)物，造成催化劑容易中毒，失去催化還原反應(yīng)效力。 另外，煙氣中會(huì)帶有一定炭黑等油性雜質(zhì)粉塵，造成蜂窩狀催化劑孔堵塞或覆蓋，讓催化劑失效，也阻止了煙氣流通，會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐正常運(yùn)行。

為解決應(yīng)用SCR 法在尾氣鍋爐脫硝中遇到的問(wèn)題，中策公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)專門找了有研究能力的催化劑廠家，針對(duì)炭黑尾氣鍋爐煙氣專門定制催化劑，保證催化劑的效果，防止中毒失效。

針對(duì)催化劑孔容易積灰和堵塞的問(wèn)題，合理布置了蒸汽吹灰裝置，并加大運(yùn)行中吹灰頻次，解決積灰和堵塞，保持煙氣通暢。

因原SNCR 法建有氨水系統(tǒng)，因此，SCR 法采用氨水作還原劑，并利用原有系統(tǒng)。

SCR 法脫硝效率高于SNCR 法， 脫除率可達(dá)90%以上，根據(jù)環(huán)保排放要求，為保證脫硝效率，催化劑采用雙層布置，每層9 個(gè)模塊，整個(gè)系統(tǒng)采用DCS（分布式控制系統(tǒng)）控制，系統(tǒng)的啟動(dòng)、正常運(yùn)行監(jiān)控和事故處理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

由于使用催化劑，相比SNCR 法，SCR 法的氨逃逸量少，既可節(jié)約氨水消耗，也可達(dá)到氨逃逸環(huán)保要求。

3 系統(tǒng)布置

在原來(lái)鍋爐基礎(chǔ)上，更換上低氮燃燒器，配置了再循環(huán)煙氣系統(tǒng)和燃盡風(fēng)系統(tǒng)，在鍋爐的尾部，增加二級(jí)SCR 裝置，為此拉高鍋爐的總高度，催化劑前裝有噴氨格柵，催化劑被安放在尾部豎井煙道內(nèi)，省煤器前，煙氣平行流經(jīng)催化劑表面。 催化劑單元垂直布置，煙氣自上向下流動(dòng)。

脫硝裝置前安裝有煙氣恒溫調(diào)節(jié)裝置，確保煙氣溫度在320～420 ℃，還設(shè)置混合箱，炭黑干燥機(jī)廢氣引入混合箱，與尾氣鍋爐煙氣一起進(jìn)行SCR 層脫硝后進(jìn)入吸收塔脫硫。

4 運(yùn)行情況總結(jié)

對(duì)低氮燃燒和SCR 脫硝進(jìn)行了分步調(diào)試，原鍋爐的NOX初始質(zhì)量濃度約0.7 mg/L，投入低氮燃燒后，隨著返流煙氣的逐步加大，NOX降低，在不同負(fù)荷下，返流煙氣15%～20%左右時(shí)，投入分級(jí)送風(fēng)后，NOX質(zhì)量濃度降至約0.35 mg/L，如再增加返流煙氣，NOX還可降低，但爐膛溫度也下降較大，引起燃燒不穩(wěn)，鍋爐出力也下降，因此不宜再增加返流煙氣。在低氮燃燒穩(wěn)定后，再投入SCR 脫硝，NOX質(zhì)量濃度降至約0.08 mg/L，遠(yuǎn)低于排放標(biāo)準(zhǔn)（≤0.15 mg/L），氨氣逃逸3×10-6，低于標(biāo)準(zhǔn)（≤10×10-6），氨水消耗量也比SNCR 節(jié)約30%，有效降低脫硝成本。

5 存在的問(wèn)題和改進(jìn)方法

由于炭黑尾氣作為燃料的特殊性，低氮燃燒技術(shù)沒(méi)有資料或?qū)嵗蓞⒖?，調(diào)試過(guò)程也是不斷摸索，尾氣熱值低，返流煙氣過(guò)大，容易造成爐膛燃燒不穩(wěn)，影響鍋爐效率，太小又使低氮效果受影響，分級(jí)送風(fēng)也一樣影響爐膛燃燒，排煙溫度也會(huì)不同程度上升，因此，需要勤調(diào)節(jié)，在低氮和效率之間找到最佳點(diǎn)。

SCR 法脫硝在尾氣鍋爐上應(yīng)用，最大的問(wèn)題是后部省煤器和空預(yù)器發(fā)生堵塞以及換熱面積灰，為此，選用光管省煤器，間距也適當(dāng)加大，并加大尾部受熱面的布置，降低排煙溫度，提高鍋爐效率。

6 結(jié)語(yǔ)

低氮燃燒和SCR 脫硝技術(shù)常見(jiàn)于燃煤鍋爐上的應(yīng)用，中策公司將其用在炭黑尾氣鍋爐上，取得良好效果，相比其他脫硝方法，費(fèi)用低，效率高，盡管還存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步完善，但方法選擇是正確的，技術(shù)上也是完全可行的，結(jié)果也是比較圓滿的，中策公司將總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化方案并在老鍋爐的改造上再實(shí)施。