王春祥，路麒麟

（滄州聚隆化工有限公司，河北 滄州 061008）

1 VCM生產工藝尾氣處理裝置加裝脫硝系統(tǒng)的依據

根據國務院印發(fā)《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》對節(jié)能減排目標做出的部署，到2025年，全國單位國內生產總值能源消耗對比五年前要下降13.5%，能源消費總量得到合理控制，化學需氧量、氨氮、氮氧化物、揮發(fā)性有機物排放總量要分別下降8%、8%、10%以上、10%以上。

滄州聚隆化工有限公司坐落于京津冀環(huán)渤海經濟圈的化工園區(qū)內，是以氯堿工業(yè)為基礎，以PVC樹脂為主營產品的大型國企，背靠鹽場、臨近港口，地理優(yōu)勢明顯，為響應國家日益升級的環(huán)保要求，公司對40萬t/a乙烯法VCM生產過程中的尾氣處理裝置加裝脫硝系統(tǒng)，既減少氮氧化合物的排放，實現對社會負責、對環(huán)境負責、對人民負責，也是企業(yè)生產工藝不斷升級進步的必然。

2 VCM生產過程中氮氧化物的來源

2.1 VCM生產裝置工藝及產物的簡述

目前運行的40萬t/a VCM裝置，采用乙烯法生產EDC（1，2-二氯乙烷），通過裂解爐在高溫中壓環(huán)境下生產VCM。其中，為了平衡中間產物氯化氫，以及充分利用氯堿裝置生產的氯氣，乙烯法生產EDC分別采用了直接氯化反應和氧氯化反應兩種工藝。

（1）直接氯化反應法：采用純乙烯和氧氯化反應尾氣中的乙烯共同和氯氣反應生成二氯乙烷，采用氯化鐵作催化劑。

（2）氧氯化反應法：是以氯化銅為催化劑作用下的乙烯、HCl和氧氣的氣相反應。

（3）EDC裂解反應是EDC在高溫下發(fā)生裂解生成VCM和HCl，這是吸熱反應。

2.2 含有氮氣的排放氣來源及數據

（1）直接氯化排放氣的樣品數據（見表1）

表1 直接氯化排放氣的樣品數據

（2）氧氯化凈化氣的樣品數據（見表2）

表2 氧氯化凈化氣的樣品數據

（3）其他來源

輕組分塔、重組分塔、干燥塔、儲罐、VCM精餾塔等裝置在開、停車過程中，需要氮氣置換，除去原有氣體或者降低含氧量，過量氮氣隨系統(tǒng)氣體進入尾氣處理（焚燒）系統(tǒng)。

N2在焚燒爐內與O2發(fā)生燃燒反應，生成NOx。特制定一套關于“尾氣脫硝”的技術改造方案，以有效降低NOx的產生量。

3 項目技術方案

技術改造升級項目決定采用在已有尾氣焚燒處理裝置基礎上，加裝廢氣焚燒單元煙氣凈化系統(tǒng)，采用焚燒后脫硝工藝的技術方案。以氨水為還原劑的選擇性催化還原法脫硝工藝（SCR）+活性炭吸附凈化的設備啟動、停止、運行控制、設備停用等操作。

3.1 煙氣脫硝流程

在焚燒爐內，工藝尾氣、天然氣與氧氣發(fā)生燃燒反應，熱量由汽包帶走用以補充廠用低壓蒸汽，二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物經換熱器冷卻后進入排氣煙囪，煙囪頂部加裝脫硝引氣管道，通向活性炭吸附系統(tǒng)進行干燥，然后進入SCR催化還原裝置，該裝置頂部裝有氨水噴灑系統(tǒng)，氨水罐在氨水泵的作用下不斷地鼓入SCR催化還原裝置頂部噴槍。在催化劑的作用下，氮氧化物與氨水反應還原為無害的氮氣和水。最后，剩余尾氣被鼓風機吹入大氣，凝水引流至凝水罐。

3.2 系統(tǒng)基本構成

脫硝系統(tǒng)主要有5個子系統(tǒng)構成，包括活性炭吸附系統(tǒng)、氨水存儲、輸送系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、SCR系統(tǒng)。

4 氨水罐部分

該工程采用氨水濃度為20%，外購氨水由罐車運載，通過卸載輸送到存儲罐內。儲罐安裝遠傳液位計，并設有呼吸閥。防泄堤內設有氨氣探測器，發(fā)生儲罐泄漏且空氣中的氨濃度超標時會觸發(fā)警報。

（1）氨水設備參數（見表3）。

表3 氨水設備參數

（2）流量控制方式。采用變頻計量泵靈活控制噴氨量，當焚燒爐出口的NOx濃度變化時，送入系統(tǒng)的氨水量可隨之變化。

（3）噴射量控制方式。氨水溶液從氨水罐輸出后，在噴槍中與壓縮空氣混合，通過監(jiān)測煙囪NOx來調節(jié)氨水噴射量以滿足不同負荷的要求。

（4）氣源。噴射所需的霧化介質采用壓縮空氣，其作用主要是提高還原劑噴射速度、增加噴射動量，以加強氨水溶液與煙道中煙氣混合，保證脫硝效果、提高氨水利用率，減少用量，并且減少尾部氨殘余。

（5）噴槍運行壓力要求。稀釋混合噴入爐膛前氨水路壓力保證0.3～0.4 MPa，壓縮空氣路壓力保證0.3～0.4 MPa，以保證噴槍霧化效果。

圖1 脫硝系統(tǒng)工藝流程簡圖

5 SCR系統(tǒng)

SCR作為目前最成熟的煙氣脫硝技術，主要由反應器、催化劑、SCR吹灰器、煙氣系統(tǒng)和氨注射系統(tǒng)組成。反應器布置在現有噴淋塔尾部煙道。氨水通過氨水輸送泵輸送至噴槍噴入反應器裝置中，在催化劑的作用下實現煙氣脫硝反應。

主要分為氨法SCR和尿素法SCR，此兩種方法效果相同。SCR反應化學方程式如下。

5.1 SCR技術特點

（1）脫硝效率可以高達90%，NOx排放濃度可以控制到100 mg/m3以內。

（2）催化劑在與煙氣接觸過程中，受氣態(tài)化學物質毒害、飛灰堵塞與磨損等因素的影響，其活性逐漸降低，通常三四年增加或更換一層催化劑。

5.2 反應器

脫硝裝置設置兩層催化劑，催化劑層高1.1 m。催化劑壓降設計值為350 Pa，當壓降超過450 Pa時，系統(tǒng)將發(fā)出差壓高位報警信號。

5.3 SCR吹灰器

吹灰器用于清除催化劑表面的積灰，一般選用聲波吹灰器，采用壓力為0.3～0.5 MPa的壓縮空氣。安裝時，每層催化劑上方布置1臺聲波吹灰器，SCR裝置吹灰器的壓縮空氣從氣源接口處由一根管道引出，接入壓縮空氣罐后，由壓縮空氣罐提供的空氣管道再由支管分別接入該機組SCR反應器中各聲波吹灰器，由吹灰器本體尾部上的壓縮空氣進口閥吹入SCR反應器。

5.4 催化劑

催化劑是整個SCR系統(tǒng)的核心和關鍵，選用的催化劑以TiO2為載體。采用蜂窩式催化劑，安裝在SCR反應器內。為了充分發(fā)揮每層催化劑的殘余活性，最大限度利用現有催化劑，采用“2+1”模式布置催化劑，初裝2層，預留1層，以便將來采用清洗或再生技術，延長催化劑的使用壽命。VCM生產過程中產生的尾氣含水和HCl，為了保證催化劑的使用壽命和良好的反應活性，在固廢焚燒爐點爐后需烘爐5天以上，待尾氣工況穩(wěn)定后，再投廢料焚燒；停爐前，需先停投廢料，再停投燃料。

5.5 煙氣系統(tǒng)

煙氣系統(tǒng)包括煙道、活性炭吸附系統(tǒng)、煙氣測量儀表、加熱機、引風機。煙氣測量儀表包括熱電阻、差壓變送器、煙氣分析儀等。

（1）煙道

煙氣從現有噴淋塔頂部引出后先通過活性炭吸附箱→加熱機→煙道靜態(tài)混合器→SCR反應器→引風機→煙囪，噴淋塔頂部引出至加熱機入口段煙道為FRP材質煙道，加熱機至煙囪都為鋼煙道。

（2）活性炭吸附箱

活性炭吸附箱采用蜂窩式活性炭，箱體采用PP材質，出入口設置壓差計，用于監(jiān)測并防止由于活性炭堵塞引起的煙道堵塞，當壓差大于1 700 Pa時，系統(tǒng)自動報警，人工現場檢查活性炭堵塞情況?；钚蕴肯淙肟谠O置熱電阻溫度計，活性炭箱入口溫度高于60℃時高溫報警。

（3）加熱機

加熱機布置于SCR反應器入口垂直煙道上，根據加熱機出口、SCR入口煙氣溫度反饋，調節(jié)加熱機的天然氣管路調節(jié)閥開度，以達到加熱機出口煙氣溫度調節(jié)的效果（本項目設置為230℃）。加熱機設置了天然氣泄漏報警裝置，報警值為低報25%LEL，高報50%LEL，檢測到天然氣泄漏，系統(tǒng)自動

報警，現場檢查天然氣管道及加熱機工作情況。（4）SCR反應器

SCR反應器入口煙道上安裝有1個熱電阻，用于測量催化劑上游的煙氣溫度，以防止催化劑超出正常溫度范圍運行，導致催化劑低溫時堵塞或高溫下損壞。當入口煙道上的熱電阻測得的溫度高于250℃或低于190℃時，停運氨水輸送泵，并且自動報警。

SCR反應器出、入口煙道上安裝有差壓變送器，用于監(jiān)測催化劑層的壓差，以防止由于積灰而引起的煙道堵塞影響到催化劑的脫硝效率。當脫硝出入口的壓差大于450 Pa時，系統(tǒng)自動報警，人工現場檢查壓縮空氣系統(tǒng)以及聲波吹灰器的工作情況。

（5）引風機系統(tǒng)

本工程配置2臺引風機，1用1備，風機參數Q=12 650 m3/h；ΔP=3 000 Pa，風機為變頻風機。

5.6 主要設備規(guī)格（見表4）

表4 主要設備規(guī)格

5.7 系統(tǒng)參數及報警（見表5）

表5 系統(tǒng)參數及報警

5.8 其他功能

（1）系統(tǒng)工藝流程圖畫面

實時顯示所有檢測點的溫度、壓力、流量數據及設備的運行狀態(tài)。

（2）故障提示

當系統(tǒng)運行過程中出現故障時，控制系統(tǒng)會自動彈出故障畫面，以便中控人員及時發(fā)現問題，聯系外操人員及維護部門排除故障，保障系統(tǒng)運行順利。

（3）運行數據瀏覽

可以對系統(tǒng)所有運行的溫度、壓力、流量等數據進行瀏覽查看，通過設置可以查看一小時內、一天內、一個星期內、一個月內、一年內或固定時間段的各個運行參數記錄。統(tǒng)計日、月、季和年的總排放量，同時可以實現與化工園區(qū)環(huán)保部門的通訊接口，可查詢、打印5年的小時平均數據，數據記錄間隔5 s。

數據記錄的要求：DCS系統(tǒng)應記錄脫硝裝置運行控制的所有參數的歷史曲線，其中包括焚燒爐廢液廢氣焚燒總流量、出口NOx濃度、氨水噴入量、脫硝設施運行時間（以氨水流量計計）等，并同屏顯示4條相關的脫硝控制參數曲線：

a.SCR入口煙氣溫度1條、煙囪出口氮氧化物值的實測值與標準值、氧量、氨水流量；

b.焚燒爐廢液廢氣焚燒總流量、煙氣量、氨水壓力、聲波吹灰器壓縮空氣壓力；并可顯示選取的任何幾條的曲線；

c.可以給出小時、日、月平均報表，有效數據可以保存一年以上。

（4）故障瀏覽

可以對系統(tǒng)運行中所發(fā)生的故障進行瀏覽，通過設置，可以瀏覽查看所需時間段內的故障信息。

（5）工程日報表

將系統(tǒng)的壓力、溫度及設備的運行時間等參數，定時記錄并以報表形式存儲下來，同時根據需要將所需數據通過打印機以報表的格式打印出來。

6 結語

公司40萬t/a VCM項目的尾氣焚燒處理裝置在技術改造加裝脫硝系統(tǒng)后，經過設備調試以及試運行調試，期間經歷3個月的穩(wěn)定連續(xù)運行，焚燒后的尾氣排放檢測得到的基礎數據見表6。

表6 焚燒處理后尾氣基礎數據

由表6數據可以看出，在尾氣處理裝置及脫硝系統(tǒng)穩(wěn)定使用的情況下，VCM生產過程中用于置換系統(tǒng)或者抑制系統(tǒng)氧含量的N2進入焚燒爐生成的NOx得到了有效控制，排放指標完全符合環(huán)保要求，本技術方案是成熟可靠的脫硝技術手段。