基于煤粉炉补热的脱硝装置的应用分析

孙国栋，符 毅

（延安石油化工厂，陕西 延安 727406）

0 引言

选择性催化还原脱硝工艺，是一种广泛应用在净化锅炉废气中的技术，其最佳反应温度在265～320 ℃，但锅炉烟气温度一般在150°左右，其温度并不能满足选择性催化还原脱硝的技术要求，因此需要增加补热装置对其进行补热，提高反应效率和可靠性。目前多数补热装置均是采用天然气加热，虽然相对比较清洁但成本较高，难以满足脱硝经济性的需求。

在对多种补热方案进行分析后，本文提出了一种基于煤粉炉补热的脱硝装置，对脱硝工艺流程、脱硝过程控制要点等进行了分析，解决了传燃煤补热所存在的烟尘粉尘量大、补热系统和主烟气系统压力平衡性差的问题。根据实际应用表明，新的脱硝系统能够实现自动补热，将运行费用降低48.4%，对提升脱硝的经济性具有十分重要的意义。

1 工程概况分析

某独立球团厂年产球团矿为250 万t，其采用了石灰石-石膏法进行脱硫，烟气脱硝采用了SCR 脱硝技术。在工作过程中烟气平均温度150 ℃，但SCR脱硝技术的最佳平均反应催化温度为292 ℃，因此烟气自身的温度无法满足反应催化需求，需要增加烟气补热系统，满足反应催化需求。

由于球团厂采用了天然气补热，整体运行成本较高，难以满足脱硝系统运行经济性的需求。因此提出了一种基于燃煤的补热系统方案[1]，采用脱硫前进行脱硝的工艺路线，在燃煤过程中产生的高温、高尘的烟气直接进入到主烟囱内的烟道中，提升烟气的平均温度，再经过除尘等处理后进行排放。由于燃煤过程中所产生烟气内含有大量的粉尘及其他污染物，因此采用新的基于煤粉炉补热的脱硝装置，满足对烟尘净化、对主烟气系统进行压力平衡的处理。

2 脱硝处理工艺流程

为了满足脱硝效率、经济性和环保性的需求，系统采用了脱硫前脱硝+燃煤补热的工艺技术路线，其工作时的全工艺流程为[2]：主抽烟气→GGH 原烟气侧→补热升温+喷氨处理→脱硝反应→GGH 净烟气侧→风机增压→烟气脱硫处理→湿电系统→烟气排出。

2.1 选择性催化还原脱硝反应系统

采用燃煤补热后，会导致产生的烟气内的二氧化硫的含量迅速增加，在反应过程中产生三氧化硫，然后再和氨气结合生产硫酸氢铵。根据对反应过程的分析，当反应过程中的温度低于275 ℃时，硫酸氢铵的凝结率会增加而且极易附着在催化剂和反应容器内壁，导致系统的堵塞[3]。因此在催化反应时，选择了22 孔蜂窝式高效催化时，其最佳反应温度为330 ℃，从而在高温下催化反应，减少硫酸氢氨的产生。在对催化剂布置时，选择了3 层布置结构，将催化剂布置在金属护网上[4]，不仅能够增加反应接触面积，提高反应效率，而且能够对烟尘中的大颗粒进行过滤，减少系统堵塞。

在选择性催化环境脱硝反应系统中，同时配备了超声波吹灰装置[5]，当系统中的催化剂压差大于系统的设定值时，能够自动开启吹灰模式，实现自动除灰。系统的脱硝还原剂采用了质量分数为30%的氨水[6]，在经过高温气化后传输到反应烟道内，通过喷淋装置均匀喷洒在主烟道，实现脱硝还原。

2.2 烟气补热系统

烟气补热系统的作用是对主烟道内的烟气进行加热，使其能够达到硝化还原反应时的最佳温度。为了减少在补热过程中的燃煤消耗及粉尘污染，根据原生产体系中的锅炉状态，设计的烟气补热系统参数如表1 所示。

表1 烟气补热系统和参数汇总表

烟气补热系统的烟气需要在负压的作用下快速进入到烟道内，根据实际测定在硝化反应主烟道内的负压为-1 300～4 600 Pa，而煤粉炉在温度运行过程中内部的负压为-140～-50Pa，因此要保证烟气能够稳定、均匀的进入到主烟道内，就需要保证在煤粉炉和烟道补热烟气入口之间的烟气流动阻力不超过1 300 Pa[5]。以此为基础合理的分布除尘器、烟道结构及烟气送风系统的阻力情况。一般来说要求除尘器的工作阻力不大于400 Pa，补热烟气在烟道内流动时的阻力不超过150 Pa，烟气送风系统的阻力应小于750 Pa。

3 烟气送风系统优化

为了保证加热烟气和原烟囱内烟气在混合时的速度和均匀性，提高硝化反应时的效率和经济性，补热烟气送风系统的设计借助了流场仿真分析方法[7]，模拟不同参数情况下硝化还原反应器断面温度的分布效果，为优化送风系统结构、提高反应效果奠定基础。

根据实际研究情况，新设计的热风送风系统结构如图1 所示[7]，其采用了多通道送风模式[8]，不同区域的送风管道的直径不同，从而能够保证在送风过程中不同位置烟气混合后的一致性。

图1 热风送风系统分布结构示意图

不同位置管径分布如表2 所示。

表2 热风送风系统管径分布示意图

根据实际验证，新的热风送风系统内的阻力约为690 Pa，小于标准要求的750 Pa，满足在补热过程中的送风稳定性需求。

4 应用情况分析

该基于煤粉炉补热的脱硝装置目前已经投入应用，自运行以来系统的运行稳定性高、未出现管路堵塞、催化剂压差失稳等。系统运行6 个月后对硝化还原反应所使用的催化剂进行检测，含有的硫、粉尘等污染物元素增加，但催化剂单体完整，仍然具备较高的催化活性。

根据优化前后的运行情况分析，运行总成本为787.4 万元/6 个月，在相同运行条件下的运行成本比采用天然气补热降低了约48.4%，显著提升了运行经济性和可靠性。

5 结论

针对传统选择性催化还原脱硝工艺所存在的补热成本高、经济性差的不足，提出了一种新的基于煤粉炉补热的脱硝工艺，对该工艺技术的原理、工艺路线、系统结构等进行了分析，根据实际应用表明：

1）基于燃煤补热的脱硝工艺流程为：主抽烟气→GGH 原烟气侧→补热升温+喷氨处理→脱硝反应→GGH 净烟气侧→风机增压→烟气脱硫处理→湿电系统→烟气排出；

2）要保证烟气能够稳定、均匀的进入到主烟道内，就需要保证在煤粉炉和烟道补热烟气入口之间的烟气流动阻力不超过1 300 Pa；

3）补热烟气送风系统采用了多通道送风模式，不同区域的送风管道的直径不同，从而能够保证在送风过程中不同位置烟气混合后的一致性；

4）新的脱硝系统能够实现自动补热，将运行费用降低48.4%，对提升脱硝的经济性具有十分重要的意义。