閆瑞東，劉 劍，張紅艷

（山西焦化集團(tuán)公司炭黑廠，山西 洪洞 041606）

1 工藝簡(jiǎn)介

山西焦化集團(tuán)炭黑廠尾氣鍋爐由武漢天元制造廠制造，WCG-45/3.82 Q2 型燃?xì)庹羝仩t為“n”型布置，雙鍋筒橫置式水管結(jié)構(gòu)，爐膛四周配備循環(huán)風(fēng)管線，爐頭配備兩臺(tái)低氮燃燒器，將排氣風(fēng)機(jī)入口前的廢氣抽取一小部分送至爐膛四周和低氮燃燒器進(jìn)行脫硝處置。改造思路主要是在鍋爐水平煙道立式過(guò)熱器后留出脫硝反應(yīng)器進(jìn)、出口煙道位置，并在此處留有外置式SCR 反應(yīng)器，通過(guò)氨水噴氨降低氮氧化物，SCR 反應(yīng)器設(shè)有蜂窩式Vi2O5催化劑，脫硝后的廢氣再進(jìn)入尾部豎井，流經(jīng)二級(jí)空預(yù)器、省煤器、一級(jí)空預(yù)器、排氣風(fēng)機(jī)，最終送入脫硫塔脫硫除塵后排入大氣。

2 炭黑尾氣特性及SCR 脫硝反應(yīng)機(jī)理

炭黑三條生產(chǎn)線產(chǎn)生的尾氣送至尾氣鍋爐產(chǎn)蒸汽使用，尾氣熱值較低，含氮成份高。尾氣主要成分及熱值見(jiàn)表1。

表1 尾氣主要成分及熱值[1-2]

SCR 中高溫脫硝主要是將鍋爐爐膛燃燒后的廢氣溫度控制在320～350 ℃進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，通過(guò)噴氨降低氮氧化物含量，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。

反應(yīng)方程式見(jiàn)式（1）～式（3）：

反應(yīng)機(jī)理圖見(jiàn)圖1。

圖1 反應(yīng)機(jī)理圖

3 工藝運(yùn)行情況

3.1 改造前、后工藝參數(shù)比對(duì)

通過(guò)表2 數(shù)據(jù)可知，鍋爐系統(tǒng)改造后，爐膛氧含量降低，在氨水使用量減少時(shí)，氮氧化物指標(biāo)可以得到有效控制。但長(zhǎng)時(shí)間使用氨水，會(huì)縮短生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行周期[3]。

表2 改造前后工藝參考

3.2 改造后鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行工藝參數(shù)（見(jiàn)表3）

表3 鍋爐系統(tǒng)改造后運(yùn)行參數(shù)

通過(guò)對(duì)表3 數(shù)據(jù)分析可知，爐膛負(fù)壓和一級(jí)空預(yù)器入口負(fù)壓下降，氨水用量降低，排煙溫度降低，可判斷一級(jí)空預(yù)器入口列管堵塞。

4 工藝系統(tǒng)改造后運(yùn)行中存在的問(wèn)題

4.1 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行初期，為了更好地脫硝，操作人員噴氨水量較大，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行周期縮短至一個(gè)月，通過(guò)檢修發(fā)現(xiàn)一級(jí)空預(yù)器列管堵塞、省煤器列管腐蝕泄漏問(wèn)題嚴(yán)重。

4.2 生產(chǎn)運(yùn)行情況分析及空預(yù)器堵塞情況

工藝運(yùn)行DCS 圖（圖2）一級(jí)空預(yù)器堵塞情況省煤器列管間凝結(jié)成的塊狀物。

圖2 工藝運(yùn)行DCS 圖

通過(guò)圖3、圖4 可以看出，工藝系統(tǒng)運(yùn)行周期短，一級(jí)空預(yù)器列管堵塞。通過(guò)對(duì)堵塞物進(jìn)行化驗(yàn)分析，得出結(jié)論為pH 值小于2，硫酸根的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)51%，同時(shí)經(jīng)與炭黑同行業(yè)溝通，得出結(jié)論為該堵塞物為硫酸銨和硫酸氫銨，硫酸銨屬于強(qiáng)酸，在200 ℃以上分解；硫酸氫氨屬于弱酸，為NH3與SO3反應(yīng)生成的高黏度物質(zhì)，與鍋爐飛灰混合后，在150～200 ℃極易吸附并黏結(jié)在空預(yù)器列管上造成堵塞。

圖3 一級(jí)空預(yù)器堵塞情況

5 采取相關(guān)措施

通過(guò)相關(guān)資料[4-5]查詢和同行業(yè)進(jìn)行深入交流，為確保生產(chǎn)系統(tǒng)正常運(yùn)行，采取以下措施：

通過(guò)減少噴氨量和控制鍋爐爐膛負(fù)壓進(jìn)行氮氧化物的控制，原理為鍋爐爐膛在不完全燃燒的情況下產(chǎn)生一氧化碳還原劑，而一氧化碳還原劑可以代替氨水進(jìn)行脫硝。方程式見(jiàn)式（4）：

定期對(duì)省煤器和一級(jí)空預(yù)器進(jìn)行清理，周期為2 個(gè)月。

增加低氮循環(huán)效率，降低脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物質(zhì)量濃度，控制在240～260 mg/m3；控制鍋爐氧含量，可以有效調(diào)節(jié)SCR 反應(yīng)器出口氮氧化物質(zhì)量濃度在50 mg/m3。

6 注意事項(xiàng)

反應(yīng)器布置在高含煙塵階段，鍋爐爐膛燃燒的尾氣中含有灰塵、部分濾袋破損后的炭黑粉塵，顆粒物對(duì)催化劑沖蝕和沉積比較嚴(yán)重，會(huì)引起催化劑空隙堵塞現(xiàn)象，甚至?xí)鸫呋瘎┲卸?，使催化劑活性降低，所以，必須定時(shí)開(kāi)啟吹灰器進(jìn)行噴吹。

氨逃逸必須控制在3×10-6（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），因?yàn)檫^(guò)量的氨氣會(huì)與煙氣中的SO3形成硫酸銨和硫酸氫銨，硫酸氫銨沉積溫度在150～200 ℃，黏度較大，加劇了空預(yù)器列管的堵塞和腐蝕，影響生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

加強(qiáng)監(jiān)控省煤器出口溫度，一旦省煤器列管泄漏，溫度會(huì)快速降低。

省煤器蛇形管相關(guān)圖片見(jiàn)圖5～圖7。

圖6 安裝后的省煤器

圖7 使用兩個(gè)月后的省煤器

7 進(jìn)一步設(shè)備改造設(shè)計(jì)

通過(guò)尾氣鍋爐脫硝改造運(yùn)行情況來(lái)看，決定從以下幾方面進(jìn)行改造，便于炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)長(zhǎng)周期安全環(huán)保穩(wěn)定運(yùn)行。

1）空預(yù)器列管表面采用搪瓷表面設(shè)計(jì)，可以隔離腐蝕物與金屬接觸，其表面光滑，易于清洗；另一方面是搪瓷層穩(wěn)定性好，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)。

2）在二級(jí)空預(yù)器出口至鍋爐爐膛煙道上聯(lián)結(jié)一根DN80 的熱風(fēng)管線，引至鍋爐鼓風(fēng)機(jī)入口，提高風(fēng)量溫度控制在100 ℃以上左右，抑制硫酸氫銨的形成。

3）優(yōu)化工藝操作，將爐膛氧含量由原先的3%～5%控制在1%左右，遇系統(tǒng)波動(dòng)或其他特殊情況，可以適當(dāng)少量噴入氨水降低脫硝反應(yīng)器出口氮氧化物。

4）加強(qiáng)SCR 反應(yīng)器和一級(jí)空預(yù)器的定期吹灰，對(duì)易堵低溫區(qū)（一級(jí)空預(yù)器）增設(shè)蒸汽噴吹裝置，減緩管線堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

5）控制循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量，將循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量與送風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行比較，生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)按比例進(jìn)行供風(fēng)，將脫硝反應(yīng)器入口氮氧化物質(zhì)量濃度控制在240 mg/m3。

6）將省煤器材質(zhì)由20#碳鋼變更為09crcusb 絡(luò)銅銻鋼，同時(shí)對(duì)省煤器列管間距進(jìn)行拓寬，避免硫酸銨物質(zhì)黏附在管壁上腐蝕管道。