煤粉鍋爐煙氣脫硝工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)探析范文

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【摘要】在綠色環(huán)保的社會(huì)理念下，為了改善人們賴以生存的環(huán)境，我國對(duì)的污染排放問題格外重視。煤粉鍋爐煙氣脫硝工藝可以有效的降低的排量，降低了對(duì)環(huán)境的污染，在當(dāng)前各行各業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。本文將結(jié)合實(shí)例分析煤粉鍋爐煙氣脫硝工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為相關(guān)工作者提供參考借鑒。

【關(guān)鍵詞】大氣污染；煙氣脫硝；SCR

1引言

隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，工業(yè)發(fā)展所帶來的大氣污染問題也日漸嚴(yán)重，例如我國北方春冬季節(jié)的霧霾天氣，不僅嚴(yán)重影響人們的日常生活，而且給人體健康帶來巨大的威脅。在燃煤鍋爐運(yùn)行過程中，很容易產(chǎn)生污染物，給大氣環(huán)境造成巨大的破壞。因此，研究分析煤粉鍋爐煙氣脫硝工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2燃煤鍋爐脫硝技術(shù)

在煤燃燒的過程中，導(dǎo)致產(chǎn)生的主要途徑有三種：①熱力型，是由于在煤粉燃燒過程中，空氣中的氮?dú)飧邷匮趸桑虎谌剂闲裕怯捎诿悍廴紵^程中，其所含有的氮化物出現(xiàn)熱分解后氧化而成；③快速性，是由于煤粉燃燒過程中，其所含有的碳?xì)潆x子團(tuán)與空氣中的氮發(fā)生反應(yīng)而成。所謂煙氣脫硝技術(shù)，就是在煤粉鍋爐工作過程中，實(shí)現(xiàn)熱力型、燃燒性以及快速型的相互分離，并將其轉(zhuǎn)化成液態(tài)物質(zhì)或者氣態(tài)單質(zhì)，從而達(dá)到減少空氣污染的目的。根據(jù)對(duì)控制產(chǎn)生發(fā)生的不同，可以將煙氣脫硝技術(shù)分為燃燒前、燃燒過程中以及燃燒后三種脫硝方式。

3工程概況

某鋁業(yè)有限公司位于山西省興縣，工程裝置的3臺(tái)240t/h鍋爐采用高溫、高壓、單鍋筒橫置式、自然循環(huán)、單汽包、單爐膛煤粉鍋爐。鍋爐為n型布置，四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，半露天布置。為了減少煤粉鍋爐產(chǎn)生的污染氣體，本工程引入了煙氣脫硝技術(shù)，設(shè)計(jì)煙氣脫硝工藝系統(tǒng)，在滿足企業(yè)正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，降低對(duì)大氣環(huán)境的污染。

4煙氣脫硝工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1煙氣脫硝工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

本工程采用低氮燃燒器（LNB）+選擇性催化還原煙氣脫硝（SCR）工藝，配套進(jìn)行空預(yù)器改造和引風(fēng)機(jī)改造。其中低氮燃燒器（LNB）改造后，保證省煤器出口煙氣排放濃度小于400mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干煙氣，6%氧量）。SCR設(shè)計(jì)入口按濃度550mg/Nm3、處理100%BMCR煙氣量及不小于85%脫硝效率進(jìn)行設(shè)計(jì)，項(xiàng)目改造后設(shè)計(jì)排放濃度小于100mg/Nm3（標(biāo)態(tài)，干煙氣，6%氧量）。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，排放濃度小于50mg/Nm3。還原劑采用液氨。

4.2脫硝工藝的原理

本工程采用選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術(shù)。SCR脫硝技術(shù)是指在催化劑的作用下，還原劑（氨氣）與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的。選擇性是指還原劑NH3和煙氣中的發(fā)生還原反應(yīng)，而不與煙氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。

4.3主要設(shè)備選型

SCR工藝系統(tǒng)主要由脫硝反應(yīng)器、煙道系統(tǒng)、氨噴射系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、氨區(qū)卸載、儲(chǔ)存、蒸發(fā)系統(tǒng)等組成。

（1）脫硝反應(yīng)器：本工程設(shè)計(jì)煙氣灰濃度為40g/Nm3，煙氣灰濃度比較高，反應(yīng)器空塔流速按5～6m/s設(shè)計(jì)，結(jié)合場地條件，反應(yīng)器截面尺寸設(shè)計(jì)為7.2m×6.15m，催化劑模塊采用3×7布置，模塊尺寸按1906×966mm設(shè)計(jì)，可滿足各廠家蜂窩催化劑的尺寸要求。本工程每臺(tái)鍋爐配置1臺(tái)脫硝反應(yīng)器，每臺(tái)脫硝反應(yīng)器設(shè)計(jì)成2＋1層催化劑布置方式，其中下層為預(yù)留層。反應(yīng)器入口在頂層催化劑層上方，并設(shè)置氣流整流裝置。

（2）煙道系統(tǒng)：煙道設(shè)計(jì)壓力為±5800Pa（同鍋爐設(shè)計(jì)壓力），設(shè)計(jì)溫度420℃，材質(zhì)采用Q345，煙道壁厚6mm。煙道內(nèi)煙氣流速按15.0m/s設(shè)計(jì)。SCR入口煙道截面尺寸為7400×1600mm，SCR出口煙道截面尺寸為7800×1600mm。在外削角急轉(zhuǎn)彎頭、變截面收縮急轉(zhuǎn)彎頭處，設(shè)置導(dǎo)流板，導(dǎo)流板材質(zhì)為Q345。在SCR入口、反應(yīng)器入口、反應(yīng)器出口及SCR出口分別設(shè)置補(bǔ)償器，吸收軸向和徑向位移，補(bǔ)償器采用非金屬補(bǔ)償器。

（3）稀釋風(fēng)機(jī)：稀釋風(fēng)機(jī)出力按稀釋氨氣到5%濃度所需空氣量設(shè)計(jì)，并留有10%的余量。壓頭根據(jù)稀釋風(fēng)系統(tǒng)阻力選取，并留有20%的余量。流量1150Nm3/h，全壓6000Pa。本工程的稀釋風(fēng)機(jī)選用離心風(fēng)機(jī)，每臺(tái)爐設(shè)置2臺(tái)稀釋風(fēng)機(jī)，一用一備。

（4）氨噴射格柵：氨噴射格柵確保氨空混合氣均勻噴入煙氣的關(guān)鍵裝置，采用分區(qū)結(jié)構(gòu)型式，由噴射管組成，每根噴射管設(shè)置有4個(gè)噴嘴，每2根噴射管組成1個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的噴射流量可通過安裝在分配管上的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制且在每個(gè)分配管設(shè)有孔板流量計(jì)。本工程的氨噴射格柵布置在垂直煙道上，每個(gè)反應(yīng)器設(shè)置1套。此外，在氨的噴射格柵前設(shè)置氨-空氣混合器，充分混合氨氣和稀釋空氣。在煙道內(nèi)的噴氨格柵后布置有混合管，混合管間距同噴嘴間距，混合管可促進(jìn)氨氣和煙氣混合均勻。

（5）吹灰系統(tǒng)：每臺(tái)反應(yīng)器設(shè)置一套聲波吹灰系統(tǒng)和一套蒸汽吹灰系統(tǒng)。每層催化劑層設(shè)置2臺(tái)聲波吹灰器和2臺(tái)耙式蒸汽吹灰器，每臺(tái)反應(yīng)器共設(shè)置6臺(tái)聲波吹灰器和6臺(tái)耙式蒸汽吹灰器。

（6）灰斗：本工程鍋爐省煤器出口原未設(shè)置灰斗，考慮到本次脫硝改造后，有爆米花顆粒堵塞催化劑的風(fēng)險(xiǎn)，在省煤器出口煙道上增設(shè)灰斗及輸灰系統(tǒng)，每臺(tái)爐設(shè)置1個(gè)灰斗。（7）氨/空氣混合器：氨/空氣混合器采用隔板式，在混合器內(nèi)部設(shè)置有5片隔板，可確保氨氣和空氣混合均勻。氨/空氣混合器的尺寸根據(jù)氨氣和空氣的流量確定，本工程氨/空氣混合器選用直徑DN500，長度1800mm。

5煙氣脫硝工藝系統(tǒng)的布置

脫硝反應(yīng)器布置采用高溫高塵式，因原有鍋爐未考慮脫硝位置和脫硝進(jìn)出口煙道接口的位置，綜合脫硝系統(tǒng)的實(shí)際空間要求，需要將鍋爐省煤器或空預(yù)器整體移出，留出脫硝的煙道接口。脫硝反應(yīng)器的理想進(jìn)口溫度應(yīng)為350~380℃，根據(jù)鍋爐實(shí)際的100%負(fù)荷的運(yùn)行情況，鍋爐高溫省煤器的出口溫度約為420～430℃，鍋爐高溫空預(yù)器的出口溫度約為300～306℃。可看出直接從高溫省煤器或高溫空預(yù)器接出都無法獲得理想的煙溫。本工程在進(jìn)行煙氣脫硝工藝系統(tǒng)的布置時(shí)，首先將原有高溫空預(yù)器從鍋爐移出，放置于脫硝反應(yīng)器的正下方。脫硝煙氣從高溫省煤器出口接入，進(jìn)入脫硝反應(yīng)器，再進(jìn)入高溫空預(yù)器，最后煙氣返回至低溫省煤器。在布置過程中，需要改造鍋爐原有的高溫省煤器增加蛇形管，使高溫省煤器出口溫度在380℃左右，同時(shí)在保證鍋爐排煙溫度不變和鍋爐以后正常運(yùn)行的情況下，低溫省煤器減少蛇形管。高溫空預(yù)器整體移出放置于脫硝反應(yīng)器下方，原有風(fēng)管延長接至現(xiàn)在空預(yù)器位置。

6煙氣脫硝工藝系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試

6.1預(yù)啟動(dòng)檢驗(yàn)

在系統(tǒng)運(yùn)行前，SCR反應(yīng)器及其輔助設(shè)備都確保安裝完畢，其所有必需的配線和管道都確保正確連接。在啟動(dòng)前，所有因運(yùn)輸和裝配而引起的損壞都將做好標(biāo)記并修復(fù)。

（1）催化劑是系統(tǒng)的主要部件，要特別小心。在對(duì)反應(yīng)器內(nèi)部進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，所有敞開的待檢驗(yàn)部件確保遮蓋以防止雨水接觸催化劑而使其失效。反應(yīng)器不將含有耐火材料或飛灰等雜質(zhì)。如果有飛灰累積在催化劑表面上，將當(dāng)用干空氣進(jìn)行吹掃。

（2）確認(rèn)所有閥門都已正確安裝，特別是涉及到流動(dòng)方向的閥門，并將其調(diào)整到適合的量程。如果止回閥安裝反了，不僅不可進(jìn)行操作，而且還可能引起事故。因而，要特別注意要正確安裝止回閥。6.2常規(guī)啟動(dòng)如果所有公用設(shè)施是正常的，那么SCR系統(tǒng)啟動(dòng)從設(shè)備啟動(dòng)開始。所有電氣設(shè)備從各自的電源上電。確認(rèn)設(shè)備空氣供應(yīng)壓力在正常范圍內(nèi)后，儀用空氣（IA）能被導(dǎo)入到IA控制閥站。分析儀（如和O2）將處于在線狀態(tài)。首先啟動(dòng)氨稀釋風(fēng)機(jī)，核實(shí)運(yùn)行中的稀釋空氣流量大于設(shè)計(jì)流量。然后啟動(dòng)設(shè)備，觀察煙氣溫度和燃燒工況，并對(duì)氨氣壓力進(jìn)行核實(shí)，確保其滿足設(shè)計(jì)要求，最后確保以上條件均達(dá)標(biāo)后，打開氨截止閥，并手動(dòng)進(jìn)行流量控制閥的調(diào)節(jié)，為氨/空氣混合器供應(yīng)氨氣，并將氨/空氣混合物導(dǎo)入氨噴射格柵，直到氨氣流量達(dá)到設(shè)定的脫硝效率，將氨流量控制器調(diào)到“自動(dòng)”模式。煙氣脫硝系統(tǒng)常規(guī)運(yùn)行后，應(yīng)對(duì)SCR系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，并對(duì)出現(xiàn)的問題采取有效地措施進(jìn)行解決，確保系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

7結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合實(shí)例分析了煤粉鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)的應(yīng)用，本工程在投入運(yùn)行之后，有效地降低了煙氣中NOx污染物的排放量，并達(dá)到國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，有效的減少了污染氣體的排放，達(dá)到了綠色環(huán)保的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]李朝輝.SCR煙氣脫硝技術(shù)在義馬氣化廠的應(yīng)用[J].河南化工，2016，33（5）：43~45.

作者:彭澤強(qiáng) 單位:湖南華菱節(jié)能環(huán)保科技有限公司