余熱鍋爐氨逃逸問題分析與對(duì)策研究

1、余熱鍋爐氨逃逸問題分析與對(duì)策研究 某石化公司催化裂化裝置煙氣脫硝裝置自 2021年 10月投產(chǎn)以來，已連續(xù)運(yùn)行2.5a。在運(yùn)行后期出現(xiàn)氨逃逸升高，出口NH3體積分?jǐn)?shù)高于 60L/L，導(dǎo)致煙氣脫硫系統(tǒng)外排水氨氮含量偏高。通過分析氨逃逸產(chǎn)生的原因，提出了脫硝入口NOx質(zhì)量濃度由 200mg/m3提升至470mg/m3、兩爐分別增設(shè)煙氣出口分析系統(tǒng)、脫硝床層增設(shè)采樣點(diǎn)、改換噴氨流量計(jì)等措施，使得出口NH3體積分?jǐn)?shù)由 60L/L降至 20L/L，下游煙氣脫硫裝置外排水氨氮質(zhì)量濃度由280mg/L降至 120mg/L，煙氣脫硝裝置氨逃逸得以控制。 為使催化裂化裝置外排煙氣中NOx濃度滿足 GB31570

2、2021石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中NOx質(zhì)量濃度不高于 100mg/m3干基的要求2021年 7月 1日起施行，某石化公司組織實(shí)施催化裂化裝置煙氣脫硝項(xiàng)目，該項(xiàng)目采納托普索公司的 SCR選擇性催化還原脫硝技術(shù)，同時(shí)對(duì)兩臺(tái)余熱鍋爐進(jìn)行配套改造。項(xiàng)目建成后，可減少NOx排放 841.2t/a。截至目前，該余熱鍋爐已連續(xù)運(yùn)行 2.5a，在運(yùn)行后期，由于余熱鍋爐脫硝模塊氨逃逸導(dǎo)致煙氣脫硫外排水氨氮含量升高。 1 煙氣脫硝原理及特點(diǎn) 經(jīng)余熱鍋爐燃燒后的煙氣中含有大量氮氧化物，是造成大氣污染的重要前體物，也是環(huán)珍重點(diǎn)控制項(xiàng)目。SCR技術(shù)是目前煙氣脫硝的主流技術(shù)。該技術(shù)通過在煙氣中注入還原劑氨，氨揮發(fā)后和

3、空氣混合噴入反應(yīng)模塊，在催化劑的作用下選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成對(duì)環(huán)境無害的N2和 H2O，脫硝效率可達(dá)80%以上，不會(huì)形成二次污染。主要化學(xué)反應(yīng)式如下： NOx去除率取決于加入氨的量表示為氨氮摩爾比，在高的氨氮摩爾比下，可以達(dá)到很高的NOx去除效率，但同時(shí)會(huì)增大氨逃逸。脫硝催化劑的主要成分為V2O5/TIO2，最正確催化反應(yīng)溫度區(qū)間為 300420。在運(yùn)行過程中，由于氨氮不完全反應(yīng)或者催化劑模塊安裝不夠密封，剩余的NH3逃逸出催化劑床層，形成煙氣中剩余 NH3的體積濃度，被稱為氨逃逸量。氨逃逸量是衡量SCR運(yùn)行狀況最重要的指標(biāo)之一。 2 問題分析 2.1 催化劑再生過程產(chǎn)生氨

4、 原料中的含氮類物質(zhì)經(jīng)提升管反應(yīng)器后，一部分隨油氣進(jìn)入分餾系統(tǒng)，另一部分隨待生催化劑進(jìn)入再生器。催化劑再生時(shí)，分為貧氧再生和富氧再生。貧氧再生時(shí)，焦炭燃燒生成大量還原性的CO，此時(shí)含氮類物質(zhì)生成還原態(tài)的HCN和氨氣；催化劑富氧燃燒時(shí)，通過鼓入過量空氣，焦炭充分燃燒生成CO2，含氮類物質(zhì)充分燃燒生成NOx，反應(yīng)機(jī)理如下。 煙氣在進(jìn)入余熱鍋爐前就可能攜帶氨氣，由于攜帶量較小，且脫硝反應(yīng)器入口CEMS并未設(shè)有氨氣檢測(cè)功能，所以，假設(shè)煙氣中攜帶的氨氣量大于脫硝反應(yīng)所需要的氨氣量，就會(huì)直接導(dǎo)致氨逃逸升高。 2.2 兩爐噴氨無法準(zhǔn)確控制 由于制定原因，催化裂化裝置兩臺(tái)余熱鍋爐只在煙氣總出口線上設(shè)置了NOx

5、分析系統(tǒng)，未在兩臺(tái)鍋爐煙氣出口單獨(dú)設(shè)置NOx分析系統(tǒng)。在操作 中，首 先 要 確 保 外 排 煙 氣NOx排 放 滿 足GB315702021要 求。假設(shè) 分 布 式 控 制 系 統(tǒng)DCS顯示外排煙氣NOx升高，由于無法確定是哪一臺(tái)鍋爐造成的NOx升高，不得不對(duì)兩臺(tái)鍋爐都進(jìn)行噴氨，只是對(duì)噴氨量大小進(jìn)行控制，此時(shí)外排煙氣NOx含量隨之下降，但多余的氨隨煙氣進(jìn)入煙氣脫硫裝置，造成氨逃逸。表 1為對(duì)兩臺(tái)余熱鍋爐在不同操作條件下進(jìn)行的噴氨試驗(yàn)。 表 1 1號(hào)爐運(yùn)行工況 表 2 2號(hào)爐運(yùn)行工況 從表 1、表 2可見，1號(hào)爐出口氨含量較高，也就是氨逃逸量較高。 2.3 測(cè)量失準(zhǔn)造成氨逃逸偏高 脫硝裝置出口

6、氨逃逸采納對(duì)穿式激光光譜法進(jìn)行測(cè)量，由于氨逃逸量制定值不大于3L/L，并且氨具有極深的吸附作用和水溶性，這就要求儀表安裝要接近脫硝反應(yīng)器出口，才能更準(zhǔn)確地檢測(cè)出氨逃逸數(shù)值。激光光譜法測(cè)量時(shí)，僅檢測(cè)某一截面的氨逃逸，無法獲取整個(gè)截面上平均的氨逃逸數(shù)據(jù)，測(cè)量結(jié)果不具代表性，假設(shè)檢測(cè)點(diǎn)流場(chǎng)分布不均，氨逃逸準(zhǔn)確性將會(huì)更差。另外，受煙氣中攜帶SO2、顆粒物、水分影響，檢測(cè)孔常常結(jié)鹽ABS或者積灰，干擾檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 2.4 氨流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確 脫硝裝置噴氨流量計(jì)選用的浮子流量計(jì)精度較高，但裝置使用的液氨雜質(zhì)較多，浮子流量計(jì)頻繁卡澀以致?lián)p壞，且無備件改換，裝置運(yùn)行后期只能憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)噴氨量，計(jì)量不準(zhǔn)加劇

7、了噴氨過量，導(dǎo)致氨逃逸量上升。 3 控制措施 3.1 提升脫硝入口 NOx含量 從前期操作來看，采用過度貧氧再生操作，表面上看，脫硝入口CEMS檢測(cè)的NOx含量很低，這有利于控制外排煙氣 NOx含量，但貧氧過程中生成氨。實(shí)際上，煙氣中攜帶的 NH3雖然含量低，但煙氣量很大，直接造成氨逃逸超標(biāo)，這就是不注氨及氨逃逸仍然較高的根本原因。這也合理解釋了工藝上越降低入口煙氣中的NOx，脫硝出口氨逃逸量反而越高的現(xiàn)象。針對(duì)此問題，技術(shù)人員調(diào)整操作，反應(yīng)再生系統(tǒng)逐漸改為富氧操作，煙氣中 CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)堅(jiān)持在 6.0%以上，脫硝床層入口NOx質(zhì)量濃度由 200mg/m3逐漸提升至470mg/m3，余熱鍋爐爐溫

8、堅(jiān)持在840860，噴氨量約為 15kg/h，氨逃逸量由60L/L降至 20L/L左右，最低降至 10L/L以下。此時(shí)雖然煙氣中 NOx上升，并且系統(tǒng)內(nèi)還進(jìn)行了注氨，但氨逃逸量顯著下降，這在操作中已得到實(shí)際驗(yàn)證。并且在后期操作中形成了具體的操作方法。 3.2 兩爐分別增設(shè)煙氣出口分析系統(tǒng) 目前兩爐共用一個(gè) NOx分析系統(tǒng)，該檢測(cè)值是兩爐煙氣混合后的NOx值，這就導(dǎo)致兩爐出口NOx分析無法分別進(jìn)行，自動(dòng)噴氨控制也無法實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)已提報(bào)項(xiàng)目建議書，并在 2021年裝置停工大檢修時(shí)增上分析系統(tǒng)。投用后，兩爐出口NOx將實(shí)現(xiàn)分別監(jiān)測(cè)，可以依據(jù)每臺(tái)鍋爐出口 NOx濃度實(shí)現(xiàn)分別控制，自動(dòng)噴氨系統(tǒng)可一起投用，實(shí)

9、現(xiàn)自動(dòng)控制，這就大大提升了測(cè)量和控制的準(zhǔn)確性，避免了噴氨過量造成的氨逃逸。 3.3 脫硝床層增設(shè)采樣點(diǎn) 在余熱鍋爐高溫省煤段下方新增采樣口，可直接檢測(cè)煙氣入口的氨氣濃度，從而為上游操作調(diào)整提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。在脫硝床層入口上方，增設(shè)對(duì)稱的 4個(gè)采樣點(diǎn)，可不定期檢測(cè)脫硝床層入口煙氣流場(chǎng)分布狀況，同時(shí)可一并檢測(cè)氨氣和氮氧化物濃度分布狀況，更好地控制氨氮摩爾比，也就是對(duì)反應(yīng)物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可指導(dǎo)操作進(jìn)行噴氨調(diào)整，使操作更為細(xì)化，進(jìn)一步減少噴氨過量的狀況，從而降低氨逃逸。 3.4 改換噴氨流量計(jì) 對(duì)兩臺(tái)噴氨浮子流量計(jì)進(jìn)行更新。兩臺(tái)余熱鍋爐分別實(shí)現(xiàn)外排煙氣 NOx檢測(cè)后，噴氨自動(dòng)控制回路即可投用，兩爐可依據(jù)外排煙氣NOx含量變化，自動(dòng)控制噴氨量，實(shí)現(xiàn)噴氨準(zhǔn)確控制，改善了人工操作產(chǎn)生的操作滯后、噴氨量大起大落的問題，進(jìn)而在一定程度上避免了噴氨過量，減少了氨逃逸。同時(shí)，上游氣體精制裝置檢修后，氨精制效果得到提升，液氨純度提升，減少了雜質(zhì)攜帶，降低同樣濃度的 NOx，噴氨量相應(yīng)下降，氨逃逸隨之下降。 4 結(jié)論與建議 通過對(duì)煙氣脫硝裝置氨逃逸問題的分析采用以下措施使氨逃逸量由 60L/L降至20L/L左右。 1調(diào)整再生系統(tǒng)和煙氣脫硝裝置的操作。堅(jiān)持煙氣中 CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 6.0%