堿回收爐超低排放煙氣脫硝除塵系統改造

摘要： 本文分析了堿回收爐脫硝除塵的特點和難點，探討了合適的應對措施，介紹了某堿回收爐超低排放改造項目煙氣脫硝除塵系統的特點和實際運行效果，為堿回收爐煙氣治理達到超低排放要求提供了參考途徑。

關鍵詞：堿回收爐；超低排放；脫硝；除塵

中圖分類號：TS74 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 01. 022

隨著“綠水青山就是金山銀山”理念的提出，環境保護受到了空前重視，各類排放標準也更趨嚴格。“超低排放”的概念來自于燃煤電廠，指燃煤機組的大氣污染物排放濃度基本達到燃氣輪機組排放限值，即在基準氧含量6%（6% O2） 條件下，煙塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx） 排放濃度分別不高于10、35、50 mg/m3。這一概念自提出以來，已逐漸從電力行業擴展到非電行業。

堿回收爐是將制漿黑液中的碳、鈉、硫反應生成Na2CO3、Na2S的化學反應裝置，是堿法化學漿生產線的核心設備之一，Na2CO3經苛化后可生成NaOH，與Na2S共同回用于制漿。堿回收爐在回收制漿生產用堿的同時，還為生產提供能源，并處理制漿生產線及堿回收系統產生的惡臭氣體。堿回收爐的特性決定了其超低SO2排放的特性，排放氣體中SO2的排放濃度一般低于30 mg/m3，而NOx 濃度一般為200～300 mg/m3[1-2]?，F代工廠堿回收爐的除塵設備常采用電除塵器，除塵效率高，煙塵排放濃度可低于10 mg/m3。由此可見，堿回收爐的大氣污染物治理難點是NOx。

目前堿回收爐NOx 排放限值仍參照GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》中的現有循環流化床燃煤鍋爐的排放控制標準，即NOx排放濃度限值200 mg/m3，部分地區地方標準加嚴至100 mg/m3。

為滿足日漸嚴格的環保要求，江蘇省某造紙廠對堿回收爐按超低排放要求進行了脫硝除塵改造，改造后堿回收爐煙塵、SO2、NOx排放濃度遠低于10、35、50 mg/m3，優于超低排放運行水平，是國內首臺達到超低排放運行水平要求的大型堿回收爐。

1 堿回收爐煙氣特點及脫硝工藝選擇

1. 1 堿回收爐煙氣特點

堿回收爐出口的煙氣溫度低（180～200 ℃），含濕量高（25%～30%），氧含量較低，SO2、SO3濃度很低，主要污染物為NOx和粉塵。堿回收爐粉塵主要成分包括Na2CO3、Na2SO4 等， 粉塵粒徑一般為0.1～1.0 μm。粉塵為堿性粉塵，存在腐蝕性較大、容易板結、粉塵粒徑小、堆積蓬松、容易搭橋、流動性差等缺點[3]。粉塵中的堿金屬對選擇性催化還原法脫硝（SCR） 催化劑的脫硝效率影響較大，易導致催化劑堿金屬中毒。

1. 2 堿回收爐脫硝工藝選擇

目前可應用于堿回收爐脫硝的工藝包括分級配風低氮燃燒技術、爐內選擇性非催化還原法脫硝（SN?CR）、高分子法脫硝（PNCR）、ClO2氧化法脫硝、臭氧（O3） 氧化法脫硝和SCR等；其中根據催化劑工作溫度區間的不同，SCR又分為中溫SCR和低溫SCR。

分級配風低氮燃燒技術、爐內SNCR/PNCR法脫硝效率低，無法滿足超低排放的要求。ClO2氧化法脫硝、O3氧化法脫硝效率均不高，同時煙氣洗滌產生的廢水處理困難，且制備O3耗電量大。SCR脫硝效率高、無廢水，低溫SCR工藝與堿回收爐出口的煙氣溫度和低SO2濃度情況較匹配，是較適合超低排放要求的脫硝工藝。

因此，本項目采用低溫SCR 工藝。但應注意，煙氣中的SO2和脫硝還原劑氨水反應生成的硫酸氫氨（ABS） 會覆蓋催化劑活性位點，同時，煙塵亦會堵塞催化劑孔道導致脫硝效率下降[4]。此外，粉塵中的堿金屬還會造成催化劑堿金屬中毒。以上問題均需在設計中采取相關技術措施予以解決。

2 堿回收爐低溫SCR 的難點及應對措施

2. 1 堿回收爐低溫SCR的難點

（1） 堿回收爐電除塵器后的煙氣中仍具有一定量的粉塵，粉塵易造成SCR催化劑中毒和堵塞。當電除塵器發生故障時，堿灰量的突然升高增大了對催化劑的毒害。

（2） 煙氣中的SO2和脫硝還原劑氨水反應生成的ABS會覆蓋催化劑活性位點，造成脫硝效率下降。

（3） SCR反應器的設置應滿足堿回收爐在不停爐的情況下，完成催化劑的熱解析以及檢修維護等。

（4） 新增的脫硝除塵系統阻力較大，原有引風機一般不能克服新增阻力。

2. 2 應對措施

（1） 針對堿灰問題，本項目采用“原電除塵+新建布袋除塵+低溫SCR”的工藝路線。在原電除塵后、SCR反應器前增加1臺布袋除塵器，正常使用時，煙氣經過電除塵后通過新增的布袋除塵器，進一步減少進入脫硝系統的堿灰。此時布袋除塵器承擔輕微的除塵負荷，阻力小，清灰頻率低。當電除塵器故障時，布袋除塵器可充當催化劑的“護盾”，攔截突然升高的大量堿灰（據估算粉塵濃度可高達20 g/m3），防止堿灰對催化劑的毒害，避免催化劑的堵塞和中毒。另外，布袋除塵器可一定程度延長下游脫硝系統的催化劑壽命，同時可選用更小孔徑的催化劑，減少催化劑體積，節約建設投資。相比于采用金屬過濾網對煙氣中的顆粒物進行二次除塵的方案，采用布袋除塵器具有除塵效率高、系統可靠、無需人工清洗（此時需停止反應器）、自動化程度高及大幅減小勞動強度的優勢。

（2） ABS覆蓋催化劑活性位的問題可通過對催化劑進行熱解析解決。熱解析是指采用外部熱源在線加熱脫硝催化劑，分解附著在催化劑上的ABS，從而恢復失活催化劑活性的方法。根據ABS的物理性能可知，其在280 ℃以上時分解速率大于生成速率，320～350 ℃分解速率最快。

本項目設置了熱風爐，將天然氣燃燒產生的少量高溫煙氣引入布袋除塵器出口與脫硝反應器入口之間的煙道內，與大量低溫煙氣進行摻混，提升煙氣溫度至320 ℃，滿足催化劑熱解析要求。熱解析頻率為1～2次/a，每次24～48 h。

（3） 本項目脫硝除塵系統采用“單元制”方案，設置3臺SCR脫硝反應器，并聯布置，與堿回收爐原有的并聯3列煙氣流程一一對應。單列煙氣流程為：原電除塵器-新建布袋除塵器-新建SCR脫硝反應器-新建增壓風機-原煙冷器-原引風機（圖1），具有以下優點：①與堿回收爐原有的工藝系統相匹配，易于與原有運行方式協調；②并聯的3列相互比較獨立，運行調節方便、可靠，可滿足堿回收爐在不停爐的情況下，完成催化劑的熱解析及脫硝除塵系統的檢修維護，提高堿回收爐可用率；③如設置單臺SCR脫硝反應器，任何一列設備（如除塵器） 故障均會對整個脫硝系統產生影響；另外，單臺反應器會有煙氣的合并及分配要求，若合并母管出現故障會造成整個系統停運，降低了系統可靠性；④如設置單臺SCR脫硝反應器，煙氣的合并及分配導致系統復雜，增加運行難度，還會產生流量分配的不均勻問題，影響系統性能。

（4） 新增的脫硝除塵系統阻力較大，原有引風機不能克服新增阻力的問題，有2種解決措施，即原引風機增容改造或新建增壓風機。引風機增容改造存在如下問題：引風機全壓增大，異常工況下有“爐膛內爆”的風險；需對原煙氣系統進行核算，必要時還需加固；系統運行參數如定值需要調整；堿回收爐停爐時間長。

本項目在原有引風機上游新建增壓風機，由增壓風機克服新增系統阻力，而爐膛負壓仍由引風機控制，增壓風機采用變頻調速。該方案避免了“爐膛內爆”的風險，對原煙氣系統基本無影響；原系統運行參數（如定值） 無需調整；可最大限度利用原有設備，維持現有運行方式，投資成本較低；堿回收爐停爐時間短，停爐期間僅需進行煙道接口過渡。

3 脫硝除塵系統介紹

3. 1 項目概況及設計原則

江蘇省某造紙廠堿回收爐設計燃燒處理固形物量為3 400 t/d，額定蒸發量為500 t/h。本項目針對電除塵器后的堿爐煙氣進行除塵及NOx超低排放改造，除塵采用布袋除塵器，脫硝系統采用SCR工藝，低溫催化劑，除塵脫硝系統布置在原有電除塵器和煙冷器之間。

脫硝除塵系統容量按照單臺堿回收爐120% MCR（最大連續負荷120%，以下同） 設計，處理后的NOx排放濃度lt;50 mg/m3 （標態，干基，6% O2），最低可達30 mg/Nm3，煙塵排放濃度lt;10 mg/m3 （標態，干基，6% O2）。

針對堿爐后端3套電除塵器配套3臺引風機的單元制布置方式，考慮布袋除塵器和SCR反應器同樣采用單元制布置，單臺堿爐設置3 臺布袋除塵器和3臺SCR反應器，并聯布置。并聯每列設置1臺增壓風機，以克服新增系統阻力。

熱解析系統為公用，可分別對各列反應器內的催化劑進行熱解析。

還原劑采用質量分數20%氨水，3臺反應器共用1套還原劑供應系統。在獨立的氨區設置氨水儲罐及供應裝置，氨水蒸發器設置在SCR反應器區。

3. 2 系統設計參數

系統設計參數見表1。

3. 3 主要設計特點

（1） 根據堿回收爐煙氣特點，新增布袋除塵器濾袋采用PTFE針刺氈覆膜濾料，該型濾料能有效阻止水汽、油和細粉塵顆粒進入濾料內部，有利于清灰及延長濾料使用壽命，防止糊袋。同時，考慮堿灰降溫后黏性大、易板結的情況，除塵器應采取保溫伴熱及防止漏風的措施。另外，不采用氣力輸灰，而是采用特殊結構的水力輸灰措施。

（2） 脫硝除塵系統總容量按照單臺堿回收爐120% MCR 設計，采用3×40% MCR 并聯設計，可在堿回收爐80% MCR工況下，實現單臺反應器的離線熱解析及脫硝除塵系統的檢修維護。

（3） 解析系統設置1臺燃天然氣熱風爐，可分別對各列反應器內的催化劑進行熱解析。當采用離線熱解析時（熱解析時不噴氨），堿爐可在80% MCR 運行。當采用在線熱解析時（熱解析時仍然噴氨），堿回收爐可在100% MCR運行。

熱風爐抽吸脫硝系統以高溫熱煙氣作為調溫風，而不采用冷空氣作為調溫風，可節省天然氣的消耗，節能降碳，運行成本低。

（4） 氨區設置2個氨水儲罐，氨水儲罐的總容量滿足單臺堿爐最大負荷5天的氨水使用量。

（5） 設置2 臺氨水蒸發器，一運一備，布置在SCR反應器區。設置2臺高溫稀釋風機，一運一備。

本項目采用抽取熱煙氣的方式蒸發氨水，氨水蒸發系統配置有高溫稀釋風機及氨水蒸發器、噴槍、計量模塊等。稀釋風機將熱煙氣送入氨水蒸發器，經氨水輸送系統傳輸的氨水在氨水蒸發器中蒸發成氨氣后，通過SCR反應器前煙道噴氨系統與煙氣充分混合。氨水蒸發器配置霧化噴槍，計量模塊用于控制噴槍氨水流量，噴槍采用壓縮空氣進行霧化。同時，利用煙氣余熱蒸發氨水，無需引入蒸汽等外部熱源，節能降碳效果好，運行費用低。

（6） 催化劑采用30孔蜂窩式，每臺反應器催化劑層數按“3+1”模式布置，初裝3層預留1層。

（7） 催化劑吹灰采用耙式蒸汽吹灰器，蒸汽過熱度高，避免蒸汽帶水，同時充分利用了堿爐蒸汽資源，節省了壓縮空氣和空壓機電耗。

圖2為堿回收爐現場布置圖。

3. 4 物料消耗

當堿回收爐在100% MCR、系統入口NOx 濃度200 mg/m3、出口NOx濃度50 mg/m3時，系統物料消耗如表2所示（平均耗量按年運行8 000 h計算）。

3. 5 運行情況

本項目2023 年7 月簽訂總承包合同， 2024 年6 月10 日投入試運行， 2024 年6 月28 日完成連續72 h 性能測試。測試期間堿回收爐滿負荷運行，NOx 入口濃度接近200 mg/m3，所有排放指標均達到設計要求，具體數據如表3所示。

4 結論

本項目根據“原電除塵器-新建布袋除塵器-新建SCR脫硝反應器-新建增壓風機-原煙冷器-原引風機”的工藝路線，采用單元制并聯布置，充分利用煙氣余熱。在堿回收爐滿負荷運行條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度穩定，處于超低排放限值以下，為堿回收爐煙氣治理達到超低排放要求提供了參考途徑。

參 考 文 獻

［1］ 侯雅楠，張亮，賈學樺，等. 堿回收鍋爐煙氣中氮氧化物的產生

及控制研究［J］. 中國造紙， 2018， 37（12）： 63-66.

HOU Y N， ZHANG L， JIA X H， et al. Research on Production and

Control of NOx in the Flue Gas of Chemical Recovery Furnace［J］.

China Pulp ＆ Paper， 2018， 37（12）： 63-66.

［2］ 靳福明. 堿回收爐煙氣排放及控制措施可行性技術分析［J］. 中

國造紙，2018，37（3）： 64-71．

JIN F M．Technical Analysis on Emission Control Method of Recovery

Boiler［J］．China Pulp ＆ Paper，2018，37（3）： 64-71．

［3］ 湯建球，何志煒，劉嘉妮. 堿回收爐顆粒物超低排放改造實

踐［J］. 節能與環保， 2022（5）： 47-49.

TANG J Q， HE Z W， LIU J N. Transformation Practice of

Ultra-low Emission of Particulate Matter in Alkali Recovery

Furnace［J］. Energy Conservation amp; Environmental Protection，

2022（5）： 47-49.

［4］ 龍翼川. 堿回收鍋爐脫硝技術及成本分析［J］. 中國造紙，2018，

37（10）： 72-76．

LONG Y C. Comparison and Economic Analysis of Alkali Ｒecovery

Boiler Denitration Technologies［J］． China Pulp ＆ Paper，2018，

37（10）： 72-76． CPP

（責任編輯：呂子露）