莫新明，焦文娟(浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316200)

0 引言

隨著科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人們環(huán)保意識(shí)的提高，石油化工行業(yè)的安全、環(huán)保與健康備受關(guān)注，國家對石油化工污染物排放指標(biāo)控制日趨嚴(yán)格。浙石化4 000萬噸/年煉化一體化項(xiàng)目中，針對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求相當(dāng)嚴(yán)格，廢氣、廢水排放執(zhí)行的是國內(nèi)最嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，NOx減排就是其中難點(diǎn)之一。

為了達(dá)到NOx排放總量，按照項(xiàng)目環(huán)評(píng)，主要排放口的NOx排放濃度要大幅低于GB 31570—2015 《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和GB 31571—2015 《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中特別排放值，部分裝置要控制到45 mg/Nm3以下，十分嚴(yán)苛。浙石化認(rèn)真調(diào)查研究，大膽創(chuàng)新，在項(xiàng)目中廣泛采用低氮燃燒器、以超低氮燃燒器替代SCR進(jìn)行NOx減排。實(shí)際運(yùn)行來看，節(jié)約了投資減少了占地，運(yùn)行穩(wěn)定，排放達(dá)標(biāo)準(zhǔn)到要求，減排效果顯著。

1 項(xiàng)目廢氣NOx減排措施

1.1 降低NOx產(chǎn)生量的主要途徑

在石油化工行業(yè)，燃燒技術(shù)直接決定石油化工廠NOx產(chǎn)生量。一般燃料燃燒所生成的NO主要來自兩個(gè)方面：一是燃燒所用空氣(助燃空氣)中氮的氧化；二是燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解再氧化[1]。

燃燒器是工業(yè)燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t上面的重要設(shè)備，它保障燃料的穩(wěn)定著火燃燒和完全燃燒等過程，因此，要抑制NOx的生成量就必須從燃燒器入手。低氮燃燒器，是指燃料燃燒過程中NOx排放量低的燃燒器，通過調(diào)節(jié)燃燒空氣和燃燒頭，可以獲得最佳的燃燒參數(shù)，控制NOx的產(chǎn)生量在一定水平[2]。

NOx是由燃燒產(chǎn)生的，而燃燒方法和燃燒條件對NOx的生成有較大影響，因此可以通過改進(jìn)燃燒技術(shù)來降低NOx，其主要途徑如下：(1)選用N含量較低的燃料，包括燃料脫氮和轉(zhuǎn)變成低氮燃料；(2)降低空氣過剩系數(shù)，組織過濃燃燒，來降低燃料周圍氧的濃度；(3)在過剩空氣少的情況下，降低溫度峰值以減少“熱反應(yīng)NO”；(4)在氧濃度較低情況下，增加可燃物在火焰前峰和反應(yīng)區(qū)中停留的時(shí)間。

1.2 廢氣NOx減排措施優(yōu)化

為降低項(xiàng)目NOx排放總量，最大化減少項(xiàng)目建設(shè)對周圍環(huán)境的影響，隨著項(xiàng)目專利商技術(shù)引進(jìn)談判的最終確定，以及詳細(xì)設(shè)計(jì)的深入及施工的開展，并對同行業(yè)企業(yè)進(jìn)行了走訪和調(diào)研，在生產(chǎn)工藝選擇和環(huán)保設(shè)施先進(jìn)性設(shè)計(jì)上吸取了大量的成熟、最新經(jīng)驗(yàn)，并對一體化項(xiàng)目脫硝措施進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，特別引進(jìn)了國外最先進(jìn)的超低氮燃燒器技術(shù)控制NOx產(chǎn)生，使一期項(xiàng)目生產(chǎn)工藝更合理，環(huán)保設(shè)計(jì)更符合實(shí)際、更具有針對性，更依托清潔生產(chǎn)和源頭控制。

(1)采用專利商最新、最先進(jìn)的超低氮燃燒器(超藍(lán)燃燒器)技術(shù)取代部分加熱爐脫硝。原先環(huán)評(píng)中常減壓、連續(xù)重整及芳烴裝置基于當(dāng)時(shí)的國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)，認(rèn)為單獨(dú)的低氮燃燒能滿足特別排放限值要求，卻不能滿足本項(xiàng)目NOx總量控制要求，因此要求采用低氮燃燒+SCR脫硝方式強(qiáng)化處理。浙石化煉化一體化項(xiàng)目進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段后，通過與多家企業(yè)交流和試燒，最終選擇國外超低氮燃燒器進(jìn)行源頭控制，NOx排放保證值不變，從而消除了NH3逃逸排放和脫硝廢催化劑的產(chǎn)生。該燃燒器能夠滿足環(huán)評(píng)NOx濃度排放限值要求，還可以節(jié)省設(shè)備占地，簡短、優(yōu)化環(huán)保設(shè)施工藝流程，便于工藝控制和操作管理。前期組織進(jìn)行了超低氮燃燒器試燒，以合成氣為燃料，從試燒結(jié)果來看，加熱爐超低氮燃燒能滿足NOx≤40 mg/m3要求。

(2)其他各加熱爐、裂解爐/轉(zhuǎn)化爐均采用低氮燃燒器。原先環(huán)評(píng)中柴油加氫、蠟渣油加氫等裝置，基于國內(nèi)技術(shù)基礎(chǔ)，認(rèn)為單獨(dú)的低氮燃燒能滿足特別排放限值要求。

(3)對于丙烯腈裝置廢氣及廢水焚燒爐，通過考察，丙烯腈廢水焚燒爐廢氣處理難度較低，尾氣實(shí)際不作脫硝處理也能滿足NOx濃度≤60 mg/m3的排放保證值要求，同行業(yè)中采用SNCR工藝即可滿足排放限值要求，故變更脫硝工藝，將NOx產(chǎn)生量小的廢水焚燒爐有SCR改為SNCR脫硝；丙烯腈裝置尾氣含大量的有機(jī)氮組分，廢氣焚燒爐廢氣處理難度較大，單純的低氮燃燒+SCR脫硝無法保證NOx濃度≤45 mg/m3的要求，為滿足排放限值要求，在SCR前端增設(shè)SNCR脫硝作為預(yù)處理，將脫硝工藝改為SNCR+SCR。

(4)石腦油加氫裝置加熱爐煙氣采用美國凱勒特的超低氮燃燒器：經(jīng)調(diào)查，石腦油加氫裝置加熱爐也采用了國外超低氮燃燒器，但由于原先環(huán)評(píng)中未要求脫硝，因此專利商保證值相較原先要求SCR脫硝的加熱爐排放保證值寬松，NOx保證值為＜50 mg/m3，本次優(yōu)化仍按照專利商保證值計(jì)算排放量。

(5)SAR裝置：優(yōu)選專利商發(fā)生，根據(jù)專利商保證值，本次優(yōu)化后，再生余熱爐燃燒煙氣中NOx濃度≤70 mg/m3；

項(xiàng)目環(huán)保設(shè)施配置及處理要求嚴(yán)格執(zhí)行GB 31570—2015和GB 31571—2015以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

NOx減排措施優(yōu)化調(diào)整詳細(xì)情況見表1。

表1 NOx減排措施變化情況一覽表

2 低氮燃燒器減排效果分析

2.1 NOx實(shí)際排放情況

一體化項(xiàng)目一期各加熱爐、裂解爐排放廢氣2020年1月—2021年5月NOx排放統(tǒng)計(jì)結(jié)果：

(1)各種低氮燃燒器均可以確保加熱爐煙氣NOx連續(xù)穩(wěn)定達(dá)到GB 31570—2015特別排放100 mg/Nm3限值，濃度范圍在30～80 mg/Nm3范圍。

(2)各種低氮燃燒器，除了石腦油加氫裝置、連續(xù)重整裝置外，其余均可以確保加熱爐煙氣NOx達(dá)到設(shè)計(jì)值。

(3)乙烯裂解爐廢氣，采用低氮燃燒器時(shí)，需要輔以SCR脫硝，尾氣NOx可以控制在40 mg/Nm3以下。

(4)芳烴聯(lián)合裝置、常減壓裝置、連續(xù)重整裝置設(shè)計(jì)控制值為40 mg/Nm3，芳烴聯(lián)合裝置、常減壓裝置燃燒器分別采用國外技術(shù)，燃料以合成氣為主，年均值可以達(dá)到40 mg/Nm3以下；連續(xù)重整裝置燃料為燃料氣，2套裝置年均值分別為41.9 mg/Nm3、43.5 mg/Nm3，較40mg/Nm3的設(shè)計(jì)控制值稍高。說明以合成氣為燃料，效果更佳。

(5)國內(nèi)燃燒器，可以把NOx控制在50～65 mg/Nm3范圍。國外技術(shù)，可以把NOx控制在30～65 mg/Nm3范圍，因燃燒器型號(hào)與加熱爐工況而異。

(6)利用超低氮燃燒器，完全可以替代SCR，達(dá)到NOx低于40 mg/Nm3的超低排放。

2.2 需要說明的問題

(1)采用低氮或超低氮燃燒器的加熱爐煙氣NOx排放濃度，跟加熱爐負(fù)荷密切相關(guān)。通常當(dāng)負(fù)荷低于70%時(shí)，NOx排放濃度會(huì)明顯升高，負(fù)荷越低濃度越高。

(2)利用合成氣或燃料氣為燃料的加熱爐，需要采用獨(dú)立的進(jìn)氣系統(tǒng)(進(jìn)氣噴嘴)，根據(jù)現(xiàn)場燃料氣工況采用雙槍在線切換運(yùn)行或者雙槍混合運(yùn)行。否則當(dāng)切換為燃料氣時(shí)，由于不同燃料體積熱值相差很大，單一燃燒器噴嘴開口無法滿足不同燃料正常燃燒所需的燃料壓力，就犧牲了燃燒器的燃燒性能，燃燒的火焰尺寸變短，火焰發(fā)飄，會(huì)出現(xiàn)舔舐爐管的現(xiàn)象，不能達(dá)到加熱爐工藝要求的熱通量分布，燃燒性能的降低，會(huì)造成煙塵、NOx指標(biāo)會(huì)超標(biāo)。比如苯乙烯裝置利用燃料氣為燃料時(shí)煙塵超標(biāo)，柴油加氫裝置利用燃料氣為燃料時(shí)NOx超標(biāo)。

3 結(jié)語

綜上，浙石化4000萬噸/年煉化一體化項(xiàng)目是首個(gè)廣泛采用低氮燃燒器進(jìn)行NOx減排的特大型石化項(xiàng)目，其NOx減排措施的選擇與優(yōu)化，值得借鑒與推廣。特別是優(yōu)化后通過廣泛采用超低氮燃燒器，能夠?qū)崿F(xiàn)NOx超低排放，達(dá)到加熱爐SCR脫硝效果。該工藝示范推廣將為國內(nèi)石化行業(yè)節(jié)約投資成本和運(yùn)行成本，提升NOx控制水平作出積極貢獻(xiàn)。