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浅谈如何运用合理工艺配置有效解决氨逃逸的方法与措施暨山西亚鑫新能源280万吨焦炉烟气治理项目

北极星大气网  来源:湖北思搏盈环保    2021/5/1 6:40:27  我要投稿  

北极星大气网讯:一、背景

刚刚闭幕的十三届全国人大四次会议政府工作报告提出:扎实做好“碳达峰、碳中和”各项工作,制定2030年前碳达峰行动方案。由此可知,环境治理及生态文明建设仍然是十四五期间工作和关注的重点。碳达峰与碳中和紧密相连,前者是后者的基础和前提,达峰时间的早晚和峰值的高低直接影响碳中和实现的时长和实现的难度;而后者是对前者的紧约束,要求达峰行动方案必须要在实现碳中和的引领下制定。

“十四五”期间的焦化行业,应以全局观念、全球视野、开放胸怀,扎扎实实推动高质量发展。在新常态下,在国内经济增长从高速转为中高速,伴随着发展方式转变、经济结构调整和增长动力转换的背景下,焦化行业的发展将呈现加快优胜劣汰、整合重组等特点。同时,伴随着钢铁消费量下降和电炉钢的发展,以及氢冶炼等新技术的应用,焦炭消费预计将呈逐渐下降趋势。随着高炉大型化的发展,对焦炭质量要求将逐步提高,优质炼焦煤资源将更加紧缺。建设生态文明是中华民族永续发展的根本大计,是一项长期的战略性任务。推进生态文明建设对焦化行业的环境治理提出新的、更高的要求。因此,焦化行业的环境治理任务依然任重而道远。

二、氨逃逸的危害

在焦化行业烟气SCR脱硝装置中,脱硝还原剂氨与氮氧化物的混合均匀度和分布效果是影响烟气脱硝效率的关键因素之一。但是,过量喷氨也会带来一系列严重后果。

增加催化剂堵塞的风险。由于铵盐和飞灰小颗粒在催化剂小孔中沉积。阻碍了NOx、NH3到达催化剂活性表面,引起催化剂钝化。钝化后,脱硝效率下降,为了保持环保参数不超标,会喷更多的氨,这将引起恶性循环。

增加布袋除尘器糊袋的风险。氨逃逸超标造成铵盐糊在布袋上,引起布袋除尘器压差高,从而导致吸风机电流高,严重时影响风量,引起风机出力受阻,容易造成风机失速、保护停机等事故。

过量喷氨增加氨逃逸超标的风险。逃逸的氨进入大气,容易产生气溶胶加重雾霾。

为应对氨逃逸超标,各地针对性地出台各项控制氨排放的地方政策及标准。2020年3月13日山西省人民政府办公厅下发《山西省打赢蓝天保卫战2020年决战计划》,明确要求氨逃逸指标控制在2.5mg/m³以内,其他省市也在陆续出台政策。

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)。

延伸阅读:

铜陵泰富致力全国焦化标杆企业 思搏盈携手助力绿色环保攻坚战

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