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三、氨逃逸形成的原因及设计优化措施
氨逃逸是考核SCR脱硝系统是否正常运行的重要参数之一。SCR脱硝装置在实际运行过程中的喷氨量通常高于理论喷氨量。造成SCR脱硝装置氨逃逸超标,其主要因素有以下几个方面。
(1)自动调节性能不好。在变负荷时,喷氨量不能适应负荷和脱硝入口NOx的变化,导致脱硝出口NOx波动太大,导致瞬时喷氨量相对过大,从而引起氨逃逸增加。
(2)脱硝入口NOx分布不均匀,与喷氨格栅每个喷嘴的喷氨量不匹配。导致出口NOx不均匀,导致局部氨逃逸高。
(3)喷氨格栅喷氨不均匀,导致出口NOx不均匀,导致局部氨逃逸高。
(4)测量系统不准确。一般SCR左右侧出入口各装一个测点,在测点发生表管堵塞、零漂时不具有代表性,导致自调系统喷氨过量。从而引起氨逃逸升高。包括NOx测点、氧量测点、氨逃逸测点。
(5)烟气流场的不均匀,导致喷氨量与烟气量不匹配。烟气流速在烟道的横截面各个位置不能均匀分布,尤其在烟道发生转向后,各个部位风速不一致,会导致局部氨逃逸偏高。
(6)烟气温度变化幅度大。在低负荷时,烟温下降。局部烟温太低,会引起催化剂活性下降,从而引起氨逃逸升高。
(7)脱硝自调控制策略存在缺陷。测点反吹时,自调的跟踪问题不能彻底解决。往往在反吹结束后,SCR出口NOx会有一个阶跃,突然升高或突然降低,增加扰动和波动,增加氨逃逸。
(8)催化剂局部堵塞、性能老化。导致单层催化剂各处催化效率不同,为了控制出口参数,只能增加喷氨量,从而导致局部氨逃逸升高。
针对脱硝系统氨逃逸的分析,找出了影响氨逃逸的主要因素,并提出了解决方案和措施。主要从以下几个方面进行优化:
(1)脱硝系统的设计优化。如流场、喷氨设备及混合装置的优化、烟道导流板设计的均匀性调整。
(2)脱硝控制系统的优化。如自调系统的适应性和平稳性。测点的可靠性。自调策略的先进性和全面性。
四、SCR脱硝前置的优势及案列分析
因为焦炉生产工艺需要换向,导致焦炉烟道气的烟气量和 NOx 一直在上下波动,且现期 NOx 面临着超低排放,加大了脱硝的难度。单纯的SCR 脱硝技术很难做到在波动的烟气条件下,既保证 NOx 的超低排放,又满足氨逃逸的要求,所以为满足 NOx 和氨逃逸排放要求,焦炉烟道气综合治理的工艺选择便至关重要。
湖北思搏盈环保、山西亚鑫集团本着合作共赢、节能降耗、绿色环保的理念,探讨280万吨/年焦炉烟气的治理工艺,最终系统主要工艺流程采用“中低温SCR脱硝+余热回收+SDS干法脱硫+布袋除尘+引风机”。具体工艺路径为:再两座焦炉总烟道设置切断阀门,将烟气由总烟道引出,汇总后进入SCR脱硝反应器内进行脱硝,再经过余热锅炉回收热能生产蒸汽,将烟气温度降低至SDS脱硫反应最佳温度区间,与干熄焦烟气汇总后进入SDS脱硫反应器,烟气在反应器内与喷射进来的脱硫剂(研磨至20μm)充分混合,在脱硫反应器内经过一系列的物理、化学反应,然后在布袋除尘器内进行进一步的反应。烟气经过除尘器内过滤,脱硫副产物被除尘器收集起来,通过气力输送外排,最终达标处理的烟气经引风机外排至烟囱。
(1)项目设计参数如下:
烟气总量:41×104Nm3/h和36×104Nm3/h(两套)
进口NOX含量:900mg /Nm3
进口SO2含量:250mg /Nm3
进口粉尘浓度:50 mg /Nm3
出口NOX含量:50mg /Nm3
出口SO2含量:15mg /Nm3
出口粉尘浓度:10 mg /Nm3
出口NH3逃逸:3PPM
(2)项目实际运行结果
焦炉烟道气约200-230℃进入前置脱硝系统,脱硝催化剂采用新型抗硫、抗水、抗碱性锰基催化剂,脱硝后的烟气通过余热回收系统降温至160℃左右进行SDS干法脱硫系统,经过布袋除尘器后烟气送至原烟囱进放。
烟囱CEMS在线检测数据如下:(小时均值计算)
出口NOX含量:24.5mg /Nm3
出口SO2含量:5.8mg /Nm3
出口粉尘浓度:3.1 mg /Nm3
出口NH3逃逸:0.1PPM
五、小结
湖北思搏盈环保推出的焦炉烟气治理工艺经过多套项目的验证,所搭配脱硝工艺系统在设计时在保证脱硝达标排放的同时,也兼顾了能量的综合利用。主要有以下几个方面做出了优化。
(1)前脱硝工艺合理的利用了温度梯度,使脱硫脱硝单元均处于最佳反应温度段,且最大化的回收了烟气中的热量,并以蒸汽的方式存储,保证系统安全可靠、高效稳定运行。
(2)氨逃逸保证:前置脱硝所产生的氨逃逸,后置脱硫装置能够近一步吸收氨,保证系统氨逃逸在3ppm以下,为后续环保对氨逃逸进行考核增加了保障。
(3)若有干熄焦等含硫低温烟气,前置脱硝工艺,可在脱硫前余热后引入系统,降低脱硝系统的运行负荷和对余热回收产量的影响。
(4)热风炉燃烧焦炉煤气会产生SO2,按常规焦炉煤气(硫化氢含量20mg/m³,有机硫含量250mg/m³)计算,每立方焦炉煤气燃烧会产生约428mg/Nm³的SO2,导致后置脱硝需考虑热风炉产的SO2对排放指标的影响,特别是脱硝催化剂解析时会大量燃烧焦炉煤气,增加SO2浓度。前置脱硝后置脱硫可完美地解决热风炉所带来SO2对脱硫脱硝装置系统排放指标的影响。
(5)前脱硝的布袋除尘:除尘温度在 150-170℃左右(前端有余热回收调节温度,不会造成突然升温带来烧袋)。后脱硝的布袋除尘:除尘温度在 220-250℃左右(受烟气波动影响很大,无调节温度的手段,若焦炉烟气温度过高,会导致大范围烧袋)。
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