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。
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。
2.1.1 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)。
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。
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。
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。
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。
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。