低溫?zé)煔馓幚斫M合工藝應(yīng)用工程實(shí)例

文_邱麗娟 亞德環(huán)保工程（上海）有限公司

隨著環(huán)保要求的逐漸嚴(yán)格，很多高溫氧化裝置需要采取更嚴(yán)格的措施降低污染物含量，其中包括安裝選擇性催化還原設(shè)備（SCR）進(jìn)行脫硝等措施，但是使用這種設(shè)備時(shí)，需要利用再熱裝置將進(jìn)口處的煙氣溫度提高到SCR合適的運(yùn)行溫度。

在現(xiàn)有技術(shù)中往往采用氣氣換熱器和蒸汽加熱器組合方式，將煙氣升溫高到所需溫度。煙氣經(jīng)過催化還原達(dá)到排放要求后還具有較高的溫度，再將這部分帶有熱量的氣體引入到氣氣換熱器設(shè)備中，對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的低溫?zé)煔膺M(jìn)行加熱。但是由于氣體釋放的熱量不足以滿足低溫?zé)煔馍郎氐囊?，從而?jīng)過預(yù)熱后的煙氣仍需要經(jīng)過加熱器進(jìn)行再熱。若采用蒸汽加熱器，其局限性較大，不僅需要使用蒸汽，而且為達(dá)到SCR的運(yùn)行溫度，對(duì)使用的蒸汽規(guī)格也有一定的要求，進(jìn)一步限制了蒸汽加熱器的應(yīng)用。另外，如果煙氣中含有大量粉塵或具有腐蝕性的氣體，容易對(duì)設(shè)備造成堵塞或腐蝕，影響設(shè)備的使用壽命。

1 項(xiàng)目概述

上海漕涇化工園區(qū)某公司有2套廢氣氧化爐單元（1用1備），廢氣在900℃進(jìn)行燃燒處理，經(jīng)過熱氧化處理后生成CO2和H2O。由于廢氣中含氯元素，因而燃燒后的煙氣中有HCl和Cl2生成，來自氧化爐的熱煙氣經(jīng)過濕式煙氣處理系統(tǒng)（冷卻塔+洗滌塔）去除HCl和Cl2，洗滌后的煙氣溫度為80℃，最大煙氣流量為12000Nm3/h。

近來環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，業(yè)主打算新增一套能處理二噁英和氮氧化物的裝置，處理目標(biāo)為：煙氣中二噁英的排放濃度小于0.1ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于100mg/Nm3。該套裝置應(yīng)既能處理氮氧化物又能處理二噁英。

2 煙氣流量及參數(shù)

來自業(yè)主洗滌塔的煙氣流量及參數(shù)如表1。

表1 煙氣參數(shù)

3 排放要求

各污染物的排放濃度低于《上海市大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)> (DB31/933-2015) 中表1的大氣污染物項(xiàng)目排放限值，即煙氣中的二噁英濃度小于0.1ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于100mg/Nm3。

4 煙氣處理工藝

4.1 煙氣處理工藝流程

圖1中來自洗滌塔的煙氣（80℃）先通入氣氣換熱器進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱至約202℃，然后進(jìn)入天然氣再熱爐進(jìn)一步加熱至250℃，達(dá)到SCR反應(yīng)器合適的運(yùn)行溫度范圍。加熱后的煙氣與氨氣在靜態(tài)混合器中進(jìn)行充分的混合，使得煙氣中的流場(chǎng)分布均勻，然后進(jìn)入選擇性催化還原反應(yīng)器（SCR）進(jìn)行脫硝和除二噁英，凈化后的煙氣進(jìn)入氣氣換熱器將熱量傳遞給上游入口的煙氣，煙氣被回收熱量后（134℃）通過引風(fēng)機(jī)輸送至煙囪進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放。

圖1 工藝流程圖

4.2 工藝介紹

4.2.1 氣氣換熱器

進(jìn)入系統(tǒng)的煙氣溫度約為80℃，其露點(diǎn)溫度約為78℃。氣氣換熱器用于將煙氣加熱防止下游設(shè)備發(fā)生腐蝕，同時(shí)回收熱煙氣的熱量。

換熱器采用對(duì)流板式換熱器。熱側(cè)為來自SCR的煙氣，冷側(cè)為來自氧化爐系統(tǒng)的煙氣。在一定的換熱系數(shù)和面積下，出換熱器的冷側(cè)煙氣溫度約為200～230℃，煙氣溫度采用溫度變送器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果任何異常情況發(fā)生導(dǎo)致出換熱器的煙氣溫度低則報(bào)警；出換熱器的熱側(cè)煙氣溫度為108～134℃。

來自上游的煙氣溫度接近露點(diǎn)溫度，且其玻璃鋼（FRP）管道未保溫。考慮到煙氣冷凝后可能會(huì)發(fā)生腐蝕，換熱器材質(zhì)前兩段通道采用哈式合金，第三段通道采用SS316L。煙氣出第二段通道至第三段通道的溫度約為120～135℃，經(jīng)過第二段通道后，進(jìn)入燃燒器和天然氣加熱器的煙氣溫度為200～230℃。熱側(cè)煙氣出換熱器后溫度降至108～134℃，然后通過引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

4.2.2 天然氣再熱爐

再熱爐采用天然氣進(jìn)行加熱，將煙氣溫度加熱至250～300℃，使催化劑達(dá)到更高的氮氧化物脫除效率及二噁英去除效率。

天然氣再熱爐（圖2）的爐體包含燃燒室、煙氣進(jìn)口、煙氣出口、向爐體的燃燒室噴射火焰的燃燒器，煙氣從進(jìn)口流進(jìn)燃燒室的方向與煙氣從出口流出燃燒室的方向相互垂直，且燃燒器噴射火焰的方向與煙氣出口的方向相同，避免設(shè)備超溫?fù)p壞，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，并且，煙氣流經(jīng)燃燒室后便可以一次達(dá)到需要加熱的預(yù)定溫度，省去二次加熱的麻煩，減小設(shè)備尺寸，降低運(yùn)行成本。

圖2 煙氣再熱爐

燃燒室的內(nèi)壁上鋪設(shè)有用于隔開火焰的耐火材料，鋪設(shè)耐火材料后，火焰在寬度和長(zhǎng)度的方向上不會(huì)與保溫耐火材料接觸，而且耐火材料可以耐受1400℃的煙氣溫度，從根本上避免設(shè)備的超溫?fù)p壞。另外，在煙氣再熱爐的外部也包覆保溫層，避免爐體出現(xiàn)過熱對(duì)操作人員造成傷害等。

燃燒器上安裝有視鏡，視鏡采用冷卻風(fēng)進(jìn)行保護(hù)。燃燒器的點(diǎn)火采用帶離子化火焰檢測(cè)儀的點(diǎn)火槍。主火焰的檢測(cè)則采用紫外火焰檢測(cè)儀，火焰檢測(cè)儀也通入冷卻風(fēng)進(jìn)行冷卻。

在天然氣再熱爐的出口設(shè)置混合器使煙氣溫度、流場(chǎng)混合均勻。天然氣的消耗量由安裝在混合器下游的溫度變送器進(jìn)行控制。燃燒所需的助燃風(fēng)由助燃風(fēng)機(jī)提供，助燃風(fēng)流量通過風(fēng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，風(fēng)閥與天然氣調(diào)節(jié)閥機(jī)械連動(dòng)。

燃燒器及燃料閥組以及燃燒器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造都遵循EN746-1和 EN746-2。

4.2.3 選擇性催化還原反應(yīng)器（SCR）

選擇性催化還原反應(yīng)器殼體材質(zhì)采用SS304，內(nèi)部安裝有蜂窩式催化劑模塊。含二噁英的煙氣進(jìn)入反應(yīng)器，通過催化劑的孔隙時(shí)二噁英類化合物在催化劑的活性金屬催化作用下被氧化和降解為H2O、CO2和HCl。

反應(yīng)方程式如下：

C12HnCl8-nO2+ (9+0.5n)O2→(n-4)H2O+12CO2+(8-n)HCl

該反應(yīng)過程不需加入任何的化學(xué)藥劑，僅需要煙氣中有氧氣即可去除二噁英。

除二噁英的同時(shí)，混合器上游噴入氨氣（來自業(yè)主的公用工程管網(wǎng)）用于降低NOx的排放濃度。氨氣的流量由SCR出口的NOx濃度進(jìn)行控制。

混合器安裝在SCR的進(jìn)口以保證煙氣和氨氣充分的混合。另外，為減少SCR中煙氣的流速分布不均勻，在上游煙管彎頭處和SCR進(jìn)口都安裝導(dǎo)流板。

整個(gè)SCR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括混合器、導(dǎo)流板、管道的布置、氨氣噴槍都采用計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)(CFD)進(jìn)行模擬認(rèn)證。

脫硝反應(yīng)方程式如下：

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

NO + NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O

排放的煙氣（溫度約251℃）進(jìn)入換熱器加熱低溫?zé)煔狻?/p>

4.2.4 引風(fēng)機(jī)

引風(fēng)機(jī)安裝在氣氣換熱器下游，提供足夠的抽力使煙氣克服整個(gè)系統(tǒng)的壓降。風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器進(jìn)行控制，另外，風(fēng)機(jī)上安裝振動(dòng)檢測(cè)儀和軸承溫度檢測(cè)儀保證風(fēng)機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。

5 詳細(xì)設(shè)備參數(shù)（表2）

表2

6 調(diào)試運(yùn)行結(jié)果

經(jīng)過兩周的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，煙氣中的二噁英濃度小于0.09ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于80mg/Nm3。

7 結(jié)語

采用煙氣再熱爐、SCR脫硝/二噁英降解一體反應(yīng)器、氣氣換熱器、引風(fēng)機(jī)及煙囪組合工藝對(duì)低溫?zé)煔膺M(jìn)行處理，針對(duì)該煙氣的特性及充分利用業(yè)主現(xiàn)有公用工程的基礎(chǔ)上，不但能用于脫除氮氧化物（NOx），而且能去除二噁英，使得排放的煙氣中二噁英濃度小于0.09ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于80mg/Nm3，各污染物的排放濃度低于《上海市大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB31/933-2015) 中表1的大氣污染物項(xiàng)目排放限值。