余热锅炉氨逃逸问题分析与对策研究

1、Word文档余热锅炉氨逃逸问题分析与对策研究 某石化公司催化裂扮装置烟气脱硝装置自 2021年 10月投产以来，已连续运行2.5a。在运行后期消失氨逃逸上升，出口NH3体积分数高于 60L/L，导致烟气脱硫系统外排水氨氮含量偏高。通过分析氨逃逸产生的缘由，提出了脱硝入口NOx质量浓度由 200mg/m3提高至470mg/m3、两炉分别增设烟气出口分析系统、脱硝床层增设采样点、更换喷氨流量计等措施，使得出口NH3体积分数由 60L/L降至 20L/L，下游烟气脱硫装置外排水氨氮质量浓度由280mg/L降至 120mg/L，烟气脱硝装置氨逃逸得以掌握。 为使催化裂扮装置外排烟气中NOx浓度满意 G

2、B315702021石油炼制工业污染物排放标准中NOx质量浓度不高于 100mg/m3（干基）的要求（2021年 7月 1日起施行），某石化公司组织实施催化裂扮装置烟气脱硝项目，该项目采纳托普索公司的 SCR（选择性催化还原）脱硝技术，同时对两台余热锅炉进行配套改造。项目建成后，可削减NOx排放 841.2t/a。截至目前，该余热锅炉已连续运行 2.5a，在运行后期，由于余热锅炉脱硝模块氨逃逸导致烟气脱硫外排水氨氮含量上升。 1 烟气脱硝原理及特点 经余热锅炉燃烧后的烟气中含有大量氮氧化物，是造成大气污染的重要前体物，也是环保重点掌握项目。SCR技术是目前烟气脱硝的主流技术。该技术通过在烟气中

3、注入还原剂氨，氨挥发后和空气混合喷入反应模块，在催化剂的作用下选择性地与烟气中的NOx发生化学反应，生成对环境无害的N2和 H2O，脱硝效率可达80%以上，不会形成二次污染。主要化学反应式如下： NOx去除率取决于加入氨的量（表示为氨氮摩尔比），在高的氨氮摩尔比下，可以达到很高的NOx去除效率，但同时会增大氨逃逸。脱硝催化剂的主要成分为V2O5/TIO2，最佳催化反应温度区间为 300420。在运行过程中，由于氨氮不完全反应或者催化剂模块安装不够密封，剩余的NH3逃逸出催化剂床层，形成烟气中剩余 NH3的体积浓度，被称为氨逃逸量。氨逃逸量是衡量SCR运行状况最重要的指标之一。 2 问题分析 2

4、.1 催化剂再生过程产生氨 原料中的含氮类物质经提升管反应器后，一部分随油气进入分馏系统，另一部分随待生催化剂进入再生器。催化剂再生时，分为贫氧再生和富氧再生。贫氧再生时，焦炭燃烧生成大量还原性的CO，此时含氮类物质生成还原态的HCN和氨气；催化剂富氧燃烧时，通过鼓入过量空气，焦炭充分燃烧生成CO2，含氮类物质充分燃烧生成NOx，反应机理如下。 烟气在进入余热锅炉前就可能携带氨气，由于携带量较小，且脱硝反应器入口CEMS并未设有氨气检测功能，所以，若烟气中携带的氨气量大于脱硝反应所需要的氨气量，就会直接导致氨逃逸上升。 2.2 两炉喷氨无法精确掌握 由于设计缘由，催化裂扮装置两台余热锅炉只在烟

5、气总出口线上设置了NOx分析系统，未在两台锅炉烟气出口单独设置NOx分析系统。在操作 中，首 先 要 确 保 外 排 烟 气NOx排 放 满 足GB315702021要 求。若 分 布 式 控 制 系 统（DCS）显示外排烟气NOx上升，由于无法确定是哪一台锅炉造成的NOx上升，不得不对两台锅炉都进行喷氨，只是对喷氨量大小进行掌握，此时外排烟气NOx含量随之下降，但多余的氨随烟气进入烟气脱硫装置，造成氨逃逸。表 1为对两台余热锅炉在不同操作条件下进行的喷氨试验。 表 1 1号炉运行工况 表 2 2号炉运行工况 从表 1、表 2可见，1号炉出口氨含量较高，也就是氨逃逸量较高。 2.3 测量失准造

6、成氨逃逸偏高 脱硝装置出口氨逃逸采纳对穿式激光光谱法进行测量，由于氨逃逸量设计值不大于3L/L，并且氨具有极强的吸附作用和水溶性，这就要求仪表安装要接近脱硝反应器出口，才能更精确地检测出氨逃逸数值。激光光谱法测量时，仅检测某一截面的氨逃逸，无法猎取整个截面上平均的氨逃逸数据，测量结果不具代表性，若检测点流场分布不均，氨逃逸精确性将会更差。另外，受烟气中携带SO2、颗粒物、水分影响，检测孔常常结盐（ABS）或者积灰，干扰检测数据的精确性。 2.4 氨流量计计量不精确 脱硝装置喷氨流量计选用的浮子流量计精度较高，但装置使用的液氨杂质较多，浮子流量计频繁卡涩以致损坏，且无备件更换，装置运行后期只能凭

7、阅历调整喷氨量，计量不准加剧了喷氨过量，导致氨逃逸量上升。 3 掌握措施 3.1 提高脱硝入口 NOx含量 从前期操作来看，实行过度贫氧再生操作，表面上看，脱硝入口CEMS检测的NOx含量很低，这有利于掌握外排烟气 NOx含量，但贫氧过程中生成氨。实际上，烟气中携带的 NH3虽然含量低，但烟气量很大，直接造成氨逃逸超标，这就是不注氨及氨逃逸仍旧较高的根本缘由。这也合理解释了工艺上越降低入口烟气中的NOx，脱硝出口氨逃逸量反而越高的现象。针对此问题，技术人员调整操作，反应再生系统渐渐改为富氧操作，烟气中 CO质量分数保持在 6.0%以上，脱硝床层入口NOx质量浓度由 200mg/m3渐渐提高至4

8、70mg/m3，余热锅炉炉温保持在840860，喷氨量约为 15kg/h，氨逃逸量由60L/L降至 20L/L左右，最低降至 10L/L以下。此时虽然烟气中 NOx上升，并且系统内还进行了注氨，但氨逃逸量显著下降，这在操作中已得到实际验证。并且在后期操作中形成了详细的操作方法。 3.2 两炉分别增设烟气出口分析系统 目前两炉共用一个 NOx分析系统，该检测值是两炉烟气混合后的NOx值，这就导致两炉出口NOx分析无法分别进行，自动喷氨掌握也无法实现。现已提报项目建议书，并在 2021年装置停工大检修时增上分析系统。投用后，两炉出口NOx将实现分别监测，可以依据每台锅炉出口 NOx浓度实现分别掌握

9、，自动喷氨系统可一起投用，实现自动掌握，这就大大提高了测量和掌握的精确性，避开了喷氨过量造成的氨逃逸。 3.3 脱硝床层增设采样点 在余热锅炉高温省煤段下方新增采样口，可直接检测烟气入口的氨气浓度，从而为上游操作调整供应更为精确的依据。在脱硝床层入口上方，增设对称的 4个采样点，可不定期检测脱硝床层入口烟气流场分布状况，同时可一并检测氨气和氮氧化物浓度分布状况，更好地掌握氨氮摩尔比，也就是对反应物浓度进行监测，监测数据可指导操作进行喷氨调整，使操作更为细化，进一步削减喷氨过量的状况，从而降低氨逃逸。 3.4 更换喷氨流量计 对两台喷氨浮子流量计进行更新。两台余热锅炉分别实现外排烟气 NOx检测后，喷氨自动掌握回路即可投用，两炉可依据外排烟气NOx含量变化，自动掌握喷氨量，实现喷氨精确掌握，改善了人工操作产生的操作滞后、喷氨量大起大落的问题，进而在肯定程度上避开了喷氨过量，削减了氨逃逸。同时，上游气体精制装置检修后，氨精制效果得到提高，液氨纯度提高，削减了杂质携带，降低同样浓度的 NOx，喷氨量相应下降，氨逃逸随之下降。 4 结论与建议 通过对烟气脱硝装置氨逃逸问题的分析实行以下措施使氨逃逸量由 60L/L降至20L/L左右。 （1）调整再生系统和烟气脱硝装置的操作。保持烟气中 CO质量分数在 6.0%以上；