烯烴水汽開工鍋爐脫硫脫硝項(xiàng)目運(yùn)行現(xiàn)狀分析

李 慷

(中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)3#烯烴水汽裝置現(xiàn)配有兩臺由日本日立拔伯格公司引進(jìn)的開工鍋爐(U-BF-1201A/B)，是裝置的重要?jiǎng)恿υO(shè)備。兩臺鍋爐采用母管并列運(yùn)行正壓燃燒，主要以乙烯焦油、煉化干氣和甲烷氫為燃料。每臺鍋爐的最大蒸發(fā)量為160 t/h，超高壓蒸汽設(shè)計(jì)壓力為11.9 MPa，設(shè)計(jì)蒸汽溫度525 ℃。超高壓蒸汽主要供2#乙烯裝置新老區(qū)裂解氣壓縮機(jī)透平和丙烯制冷壓縮機(jī)透平使用，其余經(jīng)減溫、減壓系統(tǒng)后送至整個(gè)烯烴部各蒸汽用戶使用。

根據(jù)2014年8月19日國家環(huán)境保護(hù)部下達(dá)的“關(guān)于部分供熱及發(fā)電鍋爐執(zhí)行大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)問題的復(fù)函”(環(huán)函[2014]179號文)，烯烴部開工鍋爐應(yīng)當(dāng)執(zhí)行NOx、SO2、煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)分別為100，50，20 mg/m3。而2014年上海石化烯烴部鍋爐污染物煙氣中濃度NOx、SO2及煙塵的濃度嚴(yán)重超標(biāo)(見表1)。

由表1可以看出：未實(shí)施脫硫脫硝項(xiàng)目改造前烯烴部開工鍋爐煙氣中NOx和SO2排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最新環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。為滿足環(huán)保排放要求及實(shí)現(xiàn)上海石化可持續(xù)的生產(chǎn)發(fā)展目標(biāo)，2015年9月起上海石化對烯烴部開工鍋爐實(shí)施脫硫脫硝項(xiàng)目改造，項(xiàng)目至2016年6月正式建成投用。

表1 開工鍋爐煙氣染物濃度情況與最新標(biāo)準(zhǔn)對比 mg/m3

1 脫硫脫硝流程簡介

烯烴部3#烯烴水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)采用SCR脫硝工藝技術(shù)，采用TOPSOE催化劑，并由TOPSOE提供成套SCR專利設(shè)備，脫硫采用濕法洗滌吸收脫硫工藝技術(shù)。脫硝還原劑采用液氨，脫硫反應(yīng)劑采用32%的NaOH溶液。

SCR脫硝系統(tǒng)分為氨氣制備和脫硝反應(yīng)兩部分。來自鐵路裝卸區(qū)的液氨經(jīng)管道輸送到水汽液氨蒸發(fā)器，蒸發(fā)后的氨氣通過減壓閥減壓后至氨氣緩沖罐，緩沖罐向水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)SCR反應(yīng)系統(tǒng)提供流量和壓力穩(wěn)定的氨氣。氨氣通過SCR流量控制系統(tǒng)，經(jīng)稀釋風(fēng)機(jī)空氣稀釋后氨濃度降到5%以下，并經(jīng)過計(jì)算分配將一定量的稀釋氨氣輸送到噴氨格柵，噴氨格柵將稀釋氨氣均勻的噴入SCR反應(yīng)器中，使氨在SCR反應(yīng)器橫截面上與350 ℃左右的煙氣均勻混合。在催化劑作用下，氨與NOx發(fā)生還原反應(yīng)，生成無污染的水和氮?dú)猓瑥亩篃煔獾玫絻艋?，脫除煙氣中的NOx。SCR脫硝部分工藝流程見圖1。

圖1 SCR脫硝部分工藝流程

脫硝后的煙氣經(jīng)余熱回收單元回收部分煙氣余熱后，再經(jīng)引風(fēng)機(jī)加壓即送入脫硫塔脫硫。來自鍋爐的煙氣先進(jìn)入脫硫塔入口段洗滌降溫，煙氣在此過程中被飽和、降溫，同時(shí)一部分SO2以及煙塵一同被洗滌下來。被冷卻的飽和煙氣經(jīng)水平入口段進(jìn)入到脫硫塔的漿液噴淋吸收段，在此區(qū)域中SO2溶于噴淋液并與噴淋液中的堿洗物質(zhì)反應(yīng)而被脫除，為更有效地除去煙氣中的煙塵，在吸收區(qū)上方設(shè)有文丘里除塵組件，進(jìn)行強(qiáng)化除塵。經(jīng)過強(qiáng)化除塵后煙氣再經(jīng)過兩級除霧器，除去煙氣中所夾帶的液滴，減少了排放煙氣中帶水及對周圍裝置的影響。噴淋降溫及塔內(nèi)噴淋吸收漿液由相同的塔底循環(huán)泵提供，另有少部分漿液外排。塔釜內(nèi)設(shè)溢流口，在溫度異常升高時(shí)補(bǔ)充冷卻水，并溢流至中和池。煙氣脫硫部分工藝流程見圖2。

圖2 煙氣脫硫部分工藝流程

2 脫硫脫硝項(xiàng)目投用后運(yùn)行效果

3#烯烴水汽裝置開工鍋爐(U-BF-1201A/B)脫硫脫硝項(xiàng)目完工投用后，從目前運(yùn)行數(shù)據(jù)看，裝置運(yùn)行狀況良好，凈化后煙氣中NOx、SO2和煙塵分別能滿足低于100，50，20 mg/m3的設(shè)計(jì)要求，并且能夠達(dá)到50，35，10 mg/m3以下的未來超凈排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 脫硝后煙氣中NOx質(zhì)量濃度控制情況

圖3為U-BF-1201A爐2油+4氣燃燒模式下進(jìn)脫硝反應(yīng)器入口和反應(yīng)器出口NOx質(zhì)量濃度的對比曲線，由圖3中可以看出煙氣進(jìn)入脫硝反應(yīng)器的NOx質(zhì)量濃度基本保持在330 mg/m3，經(jīng)SCR反應(yīng)器脫硝反應(yīng)后，煙氣中NOx質(zhì)量濃度降低至50 mg/m3，達(dá)到了小于100 mg/m3的排放要求。

圖3 脫硝前后煙氣中NOx質(zhì)量濃度對比

2.2 脫硫后煙氣中SO2質(zhì)量濃度控制情況

圖4為煙氣進(jìn)入脫硫吸收塔前和出脫吸收塔后的SO2質(zhì)量濃度的對比曲線，由圖4中可以看出進(jìn)入脫硫吸收塔的SO2質(zhì)量濃度為基本保持在100 mg/m3，經(jīng)脫硫塔脫硫后煙氣中SO2質(zhì)量濃度降低至1 mg/m3以下，達(dá)到了SO2小于50 mg/m3的排放要求。

圖4 脫硫前后煙氣中SO2質(zhì)量濃度對比

2.3 除塵后煙氣中煙塵質(zhì)量濃度控制情況

在脫硫吸收塔中煙氣中煙塵被洗滌凈化，圖5為脫硫吸收塔進(jìn)口和出口煙氣中煙塵質(zhì)量濃度的對比曲線圖。由圖5可以看出進(jìn)入脫硫塔前的煙塵基本保持在6 mg/m3，經(jīng)脫硫塔除塵后的煙塵質(zhì)量濃度降低至0.5 mg/m3左右，滿足煙塵低于20 mg/m3的排放要求。

圖5 除塵前后煙氣中煙塵質(zhì)量濃度對比

3 脫硫脫硝裝置目前運(yùn)行現(xiàn)狀

3.1 脫硫塔切出檢修檢查

脫硫塔DA2701于2017年3月14日切出，2017年3月22日切入運(yùn)行，設(shè)備切出檢修期間對脫硫塔除霧段、除塵段、急冷段設(shè)備的運(yùn)行情況以及結(jié)焦和噴嘴的脫落情況進(jìn)行了檢查。檢查發(fā)現(xiàn)除霧器表面部分碳粉集聚，相關(guān)附件完整無損壞；除塵段及除霧段處噴嘴正常，無堵塞及損壞情況，管線完好；塔釜噴淋一至三層噴嘴正常，無堵塞及損壞情況，管線完好；塔釜急冷段噴淋噴嘴斷裂11個(gè)，且噴淋管線底部向下管線堵塞3根，塔釜急冷段靠近煙氣側(cè)集聚大量硬塊焦塊，部分表面有白色狀，面向DA2701側(cè)焦塊量很少。檢修期間共清理出55包焦塊，約1 t，同時(shí)對急冷段更換新噴嘴。

急冷段噴淋大量焦塊及噴嘴損壞原因分析：(1)由于急冷噴淋段水汽質(zhì)量濃度較高，煙氣中的SO2溶于水汽中生成硫酸鈉及硫酸氫鈉，含有硫酸鈉及硫酸氫鈉液體附著在噴淋管線上達(dá)到飽和后析出，析出后混合碳粉等逐漸擴(kuò)大形成焦塊。同時(shí)煙氣中含有少量氨同SO2遇水反應(yīng)生成硫酸銨粘附再噴淋管線上，進(jìn)一步加速焦塊形成；(2)噴嘴損壞可能同初次投用時(shí)，塔釜段急冷段噴淋壓力過高有關(guān)。

建議：(1)控制煙氣中氨逃逸值，降低硫酸銨生成量；(2)DA2701塔釜漿液初始循環(huán)開啟時(shí)，急冷段噴淋壓力控制在0.1 MPa；(3)日常加強(qiáng)監(jiān)測引風(fēng)機(jī)出口壓力變化及電流變化情況。

3.2 脫硫塔檢修期間鍋爐燃燒模式的探索

由于裝置區(qū)域面積有限，此次烯烴部3#烯烴水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)脫硫脫硝為兩爐一塔設(shè)計(jì)，即兩臺開工鍋爐共用一個(gè)脫硫塔脫硫，煙囪未檢修完成前開工鍋爐(U-BF-1201A/B)煙氣共同經(jīng)脫硫塔脫硫后通過脫硫塔頂部臨時(shí)煙囪排放，當(dāng)煙囪檢修完成后合格煙氣仍然通過脫硫塔頂部擋板XV-2712至原煙囪排放(見圖6)。

此次脫硫脫硝項(xiàng)目脫硫塔內(nèi)部防護(hù)為防腐玻璃鱗片，設(shè)計(jì)要求裝置運(yùn)行后至少每兩年對脫硫塔內(nèi)部防腐玻璃鱗片進(jìn)行一次檢查，確認(rèn)內(nèi)部玻璃鱗片是否有損壞或剝落，防止鱗片剝落漿液長時(shí)間對脫硫塔設(shè)備本體腐蝕。由于本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)為兩爐一塔，脫硫塔一旦切出檢修，煙氣將無法進(jìn)行脫硫，開工鍋爐(U-BF-1201A/B)煙氣經(jīng)脫硝后直接通過開工鍋爐(U-BF-1201A/B)引風(fēng)機(jī)出口旁路擋板XV-2709/2710排放至原煙囪。

圖6 兩爐一塔煙氣流程

脫硫塔切出檢修后煙氣將無法進(jìn)行脫硫操作，煙氣中SO2質(zhì)量濃度必將超標(biāo)。同時(shí)目前山海石化乙烯裝置大修周期一般為6年一次，若開工鍋爐(U-BF-1201A/B)全部停爐，2#乙烯裝置將全線停車，乙烯裝置停車將影響整個(gè)上海石化的物料平衡，所以脫硫塔檢修期間烯烴部3#烯烴水汽開工鍋爐(U-BF-1201A/B)全部停爐也不符合生產(chǎn)實(shí)際要求。

由于煙氣中的SO2主要是由于鍋爐燃料乙焦中的硫燃燒產(chǎn)生的，氣相燃料(天然氣)、甲烷氫幾乎不含硫，故在脫硫塔切出檢修期間減少或者不用乙焦或許能夠滿足煙氣SO2排放要求。為此進(jìn)行了3#烯烴水汽工鍋爐(U-BF-1201A/B)全燒氣相燃料試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3～4。

表3 U-BF-1201A爐全燒天然氣+干氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 U-BF-1201B爐全燒甲烷氫混合氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：3#烯烴水汽BF-1201A爐在全燒天然氣+干氣以及BF-1201B爐在全燒甲烷氫模式下，煙氣出口SO2短時(shí)間能夠控制在50 mg/m3以下，兩臺鍋爐負(fù)荷基本保持在175 t/h。試驗(yàn)期間由于控制BF-1201A/B爐負(fù)荷在較低水平，2#乙烯新區(qū)裂解爐保持兩臺蒸汽開車狀態(tài)以彌補(bǔ)蒸汽缺口，試驗(yàn)期間乙烯產(chǎn)量略有減少但3#烯烴水汽BF-1201A/B煙氣出口SO2均合格排放，尤其是公司今后進(jìn)一步提升干氣品質(zhì)或引入部分天然氣就可以成功解決因?yàn)槊摿蛩谐鰴z修期間煙氣不合格需乙烯裝置停車的問題。

4 結(jié)語

上海石化3#烯烴水汽裝置開工鍋爐實(shí)施脫硫脫硝改造項(xiàng)目后，鍋爐煙氣中NOx、SO2及煙塵等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家環(huán)境保護(hù)部下達(dá)的排放要求，并且已能夠滿足未來煙氣污染物超凈排放的標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境效益顯著。同時(shí)烯烴部一直致力于該項(xiàng)目的生產(chǎn)優(yōu)化，不斷解決實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行瓶頸，為上海石化的環(huán)保工作不斷努力探索，為上海市的藍(lán)天更藍(lán)不懈努力。