某化工企業加氫裝置動力鍋爐煙氣脫硫脫硝減排提升研究

苗廣發

(東營市俊源石油技術開發有限公司，山東 東營 257061)

隨著綠水清山理念的推行和生態環境保護要求，國家制定并實施了《鍋爐大氣污染物排放標準》等相關法律法規和標準。基于企業動力鍋爐的煙氣排放實際，企業嚴格對照法律法規和標準要求，對鍋爐的煙氣排放系統進行脫硫脫硝的減排改造。

某石油化工企業以石腦油為主要原料，通過加氫和分餾生產單體烷烴、芳烴和溶劑油產品，現配有4臺20 t/h噸燃煤鍋爐，主要為加氫和分餾裝置提供動力和整個廠區的用熱。根據環保要求鍋爐煙氣必須達到以下條件才能排放：NOX≤100 mg/m3，SO2≤50 mg/m3、煙塵≤20 mg/m3。在2014年以前建設的脫硫脫硝和除塵設施條件下，現場測試鍋爐煙氣中污染物遠超出了環保排放要求，接到通知和新的法律法規實施的通知，企業于當年立項完成鍋爐煙氣脫硫脫硝改造，實現達標排放。

表1 企業鍋爐煙氣污染濃度情況

1 鍋爐廢氣排放情況

石油煉化企業生產過程中鍋爐燃煤產生大量煙氣，涉及各個加工工藝，各個企業在減排工程方面存在明顯區別。目前石油煉化企業生產過程中不斷產出有害物質比如二氧化硫和氮氧化物等，均通過鍋爐煙氣、脫硫裝置尾氣和催化再生煙氣等途徑產出，必須要結合具體排放途徑有針對性的選擇減排技術。

經煙氣組分測試，本企業鍋爐燃煤產生煙氣主要污染物為二氧化硫(2432 mg/m3)、氮氧化物(349.3 mg/m3)和煙塵(3865 mg/m3)，產生的廢氣第一步受限經過靜電除塵器除塵，第二步經過脫硝塔脫銷，第三步再進入硫塔脫硫，第四步最后經煙囪排放到大氣中，4臺鍋爐年煙氣排放最大量32000萬m3。

2 鍋爐脫硝技術改造

2.1 SNCR+SCR脫硝工藝

目前石化企業常見的鍋爐煙氣脫硝方式為SNCR+SCR聯合脫硝工藝：第一步首先進行初步的脫硝處理，然后增加SCR脫硝部分，即增加煙氣尾部脫硝裝置，利用催化劑進行脫銷。

圖1 SNCR+SCR聯合脫硝工藝流程圖

在SNCR反應器內，NOx在反應過程中僅被脫除40%左右，還原劑氨的過剩和逸出量較高，并進入SCR單元反應器中，因此SCR反應器一般不需再繼續加入還原劑，相應的可利用剩余的還原劑與NOx進一步反應并脫除。

2.2 脫硝原理

SNCR系統的反應見式(1)：

CO(NH2)2+ H2O→2NH3+CO2(1)

在SNCR反應器中氨氣與NOx生成N2，即煙氣中的NOx被NH3等氨基還原劑選擇性地進行了還原，而煙氣中的O2基本不參與反應。在850～1100℃范圍內，NH3還原NOx的主要反應如(2)(3)所示：

2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (2)

4NO+4NH3+O2→3N2+6H2O(3)

SCR脫硝單元：還原劑中蒸發的氨與煙氣逐漸混合，并且基于催化劑的作用NOx最終進一步轉化為水和氮氣。

2.3 環境評估

經計算SNCR+SCR的混合型煙氣脫硝方案實施后，石油煉化企業氮氧化物排放濃度為69.86 mg/m3，滿足各級環保要求。

3 煙氣脫硫改造

3.1 脫硫方法

脫硫工藝主要采用濕法石灰石-石膏技術，該方法脫硫系統主要由吸收劑制備系統、SO2吸收系統、脫硫石膏處理系統、煙氣系統、工藝水系統、廢水處理系統和排空系統七部分組成。利用石灰石或石灰作為吸收劑，吸收煙氣中的SO2，反應生成半水亞硫酸鈣或石膏，該技術具有：1)脫硫效率大于90%；2)吸收劑利用率可大于90%；3)設備運轉率可達90%以上。

3.2 脫硫原理

綜合考慮企業裝置現狀、改造升級成本和操作便利性，擬采用噴淋吸收塔作為脫硫裝置。煙氣從塔底進入，經氣體分布器后與塔頂液體分布器的吸收液接觸后，再經除霧器從煙囪排放。整個煙氣脫硫過程大致分為氣態反應物從氣相主體傳遞到向氣-液界面，氣態反應物穿過氣-液界面進入液相并進一步發生反應，液相中的反應物由液相主體向相界面附近遷移，反應生成物從反應區向液相主體遷移四個基本過程。塔底液體由循環泵將吸收液吸出，再經塔中的特殊螺旋噴嘴向下噴射，由于壓力大，吸收液能夠達到分散均勻的效果，形成多個相互疊加的錐型體，從而使煙氣能夠從下往上流動，與形成吸收塔斷面液膜的下行液滴逐漸結合，吸收劑與之達到逆向接觸的狀態，充分吸收的同時發生反應。

3.3 環境評估

根據相關數據測算實施噴淋塔式濕法脫硫方案后，石油煉化企業二氧化硫排放濃度大約為143.15 mg/m3，滿足環境方面的要求。

4 效益分析

4.1 脫硝技術改造后經濟評估

表2 經濟評估一覽表

將上述脫硝技術改造升級后，石油煉化企業可以達到每年減少氮氧化物排放量約442.4 t，每年可減少排污費27.86萬元的目標。由于企業每年排放氮氧化物未超過其總量控制指標，根據現行排污交易制度，可根據指標在市場上進行交易，交易費一般為1萬元/t。因此，企業每年可穩定增加收入231.4萬元/年。

4.2 脫硫技術改造后經濟評估

表3 經濟評估一覽表

將上述脫硫改造方案在現場實施后，可以取得減少二氧化硫排放量約226.5 t/a，減少排污費約18.10萬元/年的效果。由于企業每年排放二氧化硫未超過其總量控制指標，根據現行的排污交易制度，企業可根據指標在市場上進行交易，交易費一般為1萬元/t。因此，企業每年可穩定增加收入293.5萬元/年。

5 結論

面對國家日趨嚴格的環保標準，我國大部分石油煉化企業鍋爐燃燒器都進行了低氮燃燒技術改造，但低氮燃燒技術脫硝效率有限，SNCR+SCR技術以其效率高、技術成熟等優點，使其具備較好的應用前景。濕法脫硫應用廣泛，噴淋塔式作為濕法脫硫中最為重要的方式之一，是當前石油煉化企業的主要依托，在煙氣脫硫方面，濕法脫硫工藝是目前較為成熟可靠的煙氣脫硫技術，噴淋塔式脫硫技術以其脫硫效率高、費用低廉、副產品質量高而出名。我國中小型石油煉化企業在以后相當長的一段時間內，仍將煤作為主要的能源，當前控制企業中小鍋爐的污染已是必然趨勢，這將對我國環境質量的改善起到關鍵作用。