低溫煙氣處理組合工藝應用工程實例

文_邱麗娟 亞德環保工程（上海）有限公司

隨著環保要求的逐漸嚴格，很多高溫氧化裝置需要采取更嚴格的措施降低污染物含量，其中包括安裝選擇性催化還原設備（SCR）進行脫硝等措施，但是使用這種設備時，需要利用再熱裝置將進口處的煙氣溫度提高到SCR合適的運行溫度。

在現有技術中往往采用氣氣換熱器和蒸汽加熱器組合方式，將煙氣升溫高到所需溫度。煙氣經過催化還原達到排放要求后還具有較高的溫度，再將這部分帶有熱量的氣體引入到氣氣換熱器設備中，對進入系統的低溫煙氣進行加熱。但是由于氣體釋放的熱量不足以滿足低溫煙氣升溫的要求，從而經過預熱后的煙氣仍需要經過加熱器進行再熱。若采用蒸汽加熱器，其局限性較大，不僅需要使用蒸汽，而且為達到SCR的運行溫度，對使用的蒸汽規格也有一定的要求，進一步限制了蒸汽加熱器的應用。另外，如果煙氣中含有大量粉塵或具有腐蝕性的氣體，容易對設備造成堵塞或腐蝕，影響設備的使用壽命。

1 項目概述

上海漕涇化工園區某公司有2套廢氣氧化爐單元（1用1備），廢氣在900℃進行燃燒處理，經過熱氧化處理后生成CO2和H2O。由于廢氣中含氯元素，因而燃燒后的煙氣中有HCl和Cl2生成，來自氧化爐的熱煙氣經過濕式煙氣處理系統（冷卻塔+洗滌塔）去除HCl和Cl2，洗滌后的煙氣溫度為80℃，最大煙氣流量為12000Nm3/h。

近來環保要求越來越嚴格，業主打算新增一套能處理二噁英和氮氧化物的裝置，處理目標為：煙氣中二噁英的排放濃度小于0.1ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于100mg/Nm3。該套裝置應既能處理氮氧化物又能處理二噁英。

2 煙氣流量及參數

來自業主洗滌塔的煙氣流量及參數如表1。

表1 煙氣參數

3 排放要求

各污染物的排放濃度低于《上海市大氣污染物綜合排放標準> (DB31/933-2015) 中表1的大氣污染物項目排放限值，即煙氣中的二噁英濃度小于0.1ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于100mg/Nm3。

4 煙氣處理工藝

4.1 煙氣處理工藝流程

圖1中來自洗滌塔的煙氣（80℃）先通入氣氣換熱器進行預熱，預熱至約202℃，然后進入天然氣再熱爐進一步加熱至250℃，達到SCR反應器合適的運行溫度范圍。加熱后的煙氣與氨氣在靜態混合器中進行充分的混合，使得煙氣中的流場分布均勻，然后進入選擇性催化還原反應器（SCR）進行脫硝和除二噁英，凈化后的煙氣進入氣氣換熱器將熱量傳遞給上游入口的煙氣，煙氣被回收熱量后（134℃）通過引風機輸送至煙囪進行達標排放。

圖1 工藝流程圖

4.2 工藝介紹

4.2.1 氣氣換熱器

進入系統的煙氣溫度約為80℃，其露點溫度約為78℃。氣氣換熱器用于將煙氣加熱防止下游設備發生腐蝕，同時回收熱煙氣的熱量。

換熱器采用對流板式換熱器。熱側為來自SCR的煙氣，冷側為來自氧化爐系統的煙氣。在一定的換熱系數和面積下，出換熱器的冷側煙氣溫度約為200～230℃，煙氣溫度采用溫度變送器進行監測，如果任何異常情況發生導致出換熱器的煙氣溫度低則報警；出換熱器的熱側煙氣溫度為108～134℃。

來自上游的煙氣溫度接近露點溫度，且其玻璃鋼（FRP）管道未保溫。考慮到煙氣冷凝后可能會發生腐蝕，換熱器材質前兩段通道采用哈式合金，第三段通道采用SS316L。煙氣出第二段通道至第三段通道的溫度約為120～135℃，經過第二段通道后，進入燃燒器和天然氣加熱器的煙氣溫度為200～230℃。熱側煙氣出換熱器后溫度降至108～134℃，然后通過引風機排入煙囪。

4.2.2 天然氣再熱爐

再熱爐采用天然氣進行加熱，將煙氣溫度加熱至250～300℃，使催化劑達到更高的氮氧化物脫除效率及二噁英去除效率。

天然氣再熱爐（圖2）的爐體包含燃燒室、煙氣進口、煙氣出口、向爐體的燃燒室噴射火焰的燃燒器，煙氣從進口流進燃燒室的方向與煙氣從出口流出燃燒室的方向相互垂直，且燃燒器噴射火焰的方向與煙氣出口的方向相同，避免設備超溫損壞，延長設備使用壽命，并且，煙氣流經燃燒室后便可以一次達到需要加熱的預定溫度，省去二次加熱的麻煩，減小設備尺寸，降低運行成本。

圖2 煙氣再熱爐

燃燒室的內壁上鋪設有用于隔開火焰的耐火材料，鋪設耐火材料后，火焰在寬度和長度的方向上不會與保溫耐火材料接觸，而且耐火材料可以耐受1400℃的煙氣溫度，從根本上避免設備的超溫損壞。另外，在煙氣再熱爐的外部也包覆保溫層，避免爐體出現過熱對操作人員造成傷害等。

燃燒器上安裝有視鏡，視鏡采用冷卻風進行保護。燃燒器的點火采用帶離子化火焰檢測儀的點火槍。主火焰的檢測則采用紫外火焰檢測儀，火焰檢測儀也通入冷卻風進行冷卻。

在天然氣再熱爐的出口設置混合器使煙氣溫度、流場混合均勻。天然氣的消耗量由安裝在混合器下游的溫度變送器進行控制。燃燒所需的助燃風由助燃風機提供，助燃風流量通過風閥進行調節，風閥與天然氣調節閥機械連動。

燃燒器及燃料閥組以及燃燒器控制系統的設計和制造都遵循EN746-1和 EN746-2。

4.2.3 選擇性催化還原反應器（SCR）

選擇性催化還原反應器殼體材質采用SS304，內部安裝有蜂窩式催化劑模塊。含二噁英的煙氣進入反應器，通過催化劑的孔隙時二噁英類化合物在催化劑的活性金屬催化作用下被氧化和降解為H2O、CO2和HCl。

反應方程式如下：

C12HnCl8-nO2+ (9+0.5n)O2→(n-4)H2O+12CO2+(8-n)HCl

該反應過程不需加入任何的化學藥劑，僅需要煙氣中有氧氣即可去除二噁英。

除二噁英的同時，混合器上游噴入氨氣（來自業主的公用工程管網）用于降低NOx的排放濃度。氨氣的流量由SCR出口的NOx濃度進行控制。

混合器安裝在SCR的進口以保證煙氣和氨氣充分的混合。另外，為減少SCR中煙氣的流速分布不均勻，在上游煙管彎頭處和SCR進口都安裝導流板。

整個SCR系統的設計，包括混合器、導流板、管道的布置、氨氣噴槍都采用計算機流體動力學(CFD)進行模擬認證。

脫硝反應方程式如下：

4NO + 4NH3+ O2→ 4N2+ 6H2O

NO + NO2+ 2NH3→2N2+ 3H2O

排放的煙氣（溫度約251℃）進入換熱器加熱低溫煙氣。

4.2.4 引風機

引風機安裝在氣氣換熱器下游，提供足夠的抽力使煙氣克服整個系統的壓降。風機電機的轉速由變頻器進行控制，另外，風機上安裝振動檢測儀和軸承溫度檢測儀保證風機的平穩運行。

5 詳細設備參數（表2）

表2

6 調試運行結果

經過兩周的現場調試，煙氣中的二噁英濃度小于0.09ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于80mg/Nm3。

7 結語

采用煙氣再熱爐、SCR脫硝/二噁英降解一體反應器、氣氣換熱器、引風機及煙囪組合工藝對低溫煙氣進行處理，針對該煙氣的特性及充分利用業主現有公用工程的基礎上，不但能用于脫除氮氧化物（NOx），而且能去除二噁英，使得排放的煙氣中二噁英濃度小于0.09ng-TEQ/Nm3，氮氧化物濃度小于80mg/Nm3，各污染物的排放濃度低于《上海市大氣污染物綜合排放標準》(DB31/933-2015) 中表1的大氣污染物項目排放限值。