脱硝装置运行改造

简廷强，赵凯智

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750026）

宁夏石化公司一化肥装置现有2台高压锅炉（1#、2#锅炉），日本三菱公司制造，负荷200 t/h，1988年投运，原锅炉设计有脱硝装置，但反应器内未安装催化剂，脱硝装置自锅炉开车后一直未投运，原有的管线、阀门、反应器已锈蚀无法使用。本次脱硝装置改造，采用SCR还原法，利用原反应器位置，即在省煤器出口、空预器入口之间安装SCR反应器。每台锅炉安装一台SCR反应器，反应器内装有两层催化剂（反应后期可增加一层），利用化肥一厂合成氨装置提供的气氨作为还原剂，在300～400℃条件下与烟气中NOx反应，生成氮气和水。

1 工艺参数及流程

宁夏石化公司1#、2#高压锅炉烟气脱硝装置采用以气氨作为还原剂的SCR选择性催化还原法，SCR入口NOx浓度（以NO2计，干基），设计基准值为400 mg/m3，出口NOx排放浓度小于100 mg/m3，脱硝效率为80%。为保证锅炉后系统正常运行，不装置控制氨逃逸率小于3 mg/m3。

气氨由化肥一厂合成工段供应，正常来源为：4118V2到4118K1二段入口管线，温度-5～0℃，压力0.28 MPa；备用氨源：4118K3出口管线处，温度60℃，压力0.75 MPa。

气氨管输到氨气缓冲罐，经流量调节阀调节流量后，与稀释风机打出的稀释空气在混合器混合后，氨气对空气的混合比控制到5%左右，经氨喷射格栅，注入烟道，与烟气充分混合后进入SCR反应器，与烟气中的 NOx反应，生成N2、H2O，（见图 1）

图1 脱硝装置流程示意图

2 装置改造投运效果

2013年年底利用化肥一厂大修的机会，对1#、2#高压锅炉进行了脱硝改造，同时对电除尘、空预器也进行了改造。12月锅炉开车，脱硝装置投运，并顺利完成装置环保验收。自治区环保厅12月19日对脱硝装置环保验收检测的数据（见表1）。

表1 1#锅炉脱硝检测数据

表2 2#锅炉脱硝检测数据

3 装置运行中出现的问题

3.1 设计加氨量不足

1#、2#锅炉脱硝装置设计加氨量为每套装置质量流量为22.6 kg/h，体积流量为29.8 m3/h；锅炉烟气质量流量为223 600 kg/h，烟气密度按1.31 kg/m3，体积流量为17×104m3/h，用氨量核算如下：

（1）NOx用 NO2计：

x（质量流量）=17×104×400×10-6×17÷46=25.1（kg/h）

x（体积流量）=17×104×400×10-6×22.4÷46=33.1（m3/h）

（2）NOx中看作 NO、NO2各一半，则 NOx的相对分子质量为38：

x（质量流量）=17×104×400×10-6×17÷38=30.4（kg/h）

x（体积流量）=17×104×400×10-6×22.4÷38=40.1（m3/h）

上述两种算法的加氨量均大于设计值，说明设计加氨量不足。且实际运行中脱硝装置的用氨量也超过30 m3/h，但因流量计上限为30 m3/h，氨量无法正确计量。

3.2 氨流量计量程不够，偏低

工艺设计文件中的加氨量为22.6 kg/h，仪表选型时，给错了单位22.6 m3/h，因此仪表选用了最大流量只有30 m3/h孔板流量计。实际运行中氨量超过30 m3/h，也就是超出孔板流量的上限，氨量无法准确计量。

3.3 送氨管线过细，管线阻力大

正常供氨处，即4118V2到4118K1二段入口到氨气缓冲罐的管线的直径为25 mm。一处供氨，压力为0.28 MPa时，供氨量不能满足两套脱硝装置同时运行需要，只能将备用氨源也投用，两处供氨，压力提到0.30 MPa以上时，才能保证供应两套脱硝装置同时运行所需的氨量。后经设计核实，管线计算有误，正常供氨处单处供氨，管线阻力大，所供氨量不够两套脱硝装置用。但4118K3冬季无法运行，也就无法保证氨量供应，装置存在运行隐患；且为给脱硝装置供氨，运行4118K3，能耗大。

3.4 脱硝装置入口NOx浓度高，超过设计值

设计脱硝装置入口NOx浓度为400 mg/m3，实际运行中入口NOx浓度高于400 mg/m3（见表3、表4）。

3.5 稀释风机出口没有流量计，无法计算、控制氨/空气混合比

脱硝装置稀释风机出口没有流量计，只能按风机的额定流量计算：9.72 m3/min=583.2 m3/h。按设计氨/空气混合比5%计算，加氨量最大只有29.2 m3/h，加氨量不够，脱硝效率低，装置出口NOx浓度大于100 mg/m3，超过环保指标。实际运行中氨/空气混合比大于5%，但氨气的爆炸极限为15%～28%。通过询问设计人员，氨/空气混合比控制在8%以下是安全的，按此计算，加氨量的实际上限值为46.7 m3/h。加氨量超过46.7 m3/h，装置氨气爆炸的风险上升，存在安全隐患。实际运行中氨量在45 m3/h以内就能满足要求。

表3 1#炉脱硝装置入口数据

表4 2#炉脱硝装置入口数据

4 解决措施

4.1 变更氨源，重新配管

脱硝装置正常氨源供氨压力低，管径细，阻力大，供氨量低，无法满足两套脱硝装置同时使用，在化肥一厂界区内重找氨源：4118-K1二段出口再提供一处气氨源，参数：压力:1.3～1.6 MPa，温度：165～175 ℃。该处气氨压力高，温度高，适合脱硝使用。按入口NOx浓度最大值：600 mg/m3计算，加氨量为49.7 m3/h；正常是平均NOx浓度：500 mg/m3计算，加氨量为41.3 m3/h；两套装置最大供氨量100 m3/h，进行设计、配管，满足两台锅炉脱硝装置同时运行的需要。

4.2 更换氨流量计，稀释风机出口安装流量计

按最大流量50 m3/h，选购新流量计进行更换。稀释风机出口安装流量计，便于随时了解、控制氨/空气混合比。下面是按实际运行脱硝入口NOx数据进行氨/空气混合比的核算。

最大氨量49.7 m3/h，氨/空气混合比：49.7÷583.2=8.52%。

正常氨量41.3 m3/h，氨/空气混合比：41.3÷583.2=7.08%。

5 结论

脱硝是锅炉的重要环保装置，它制约了锅炉，甚至一化肥装置的运行，调节控制手段只有调整氨量。通过上述措施改造后，保证了氨量的充足供应、可调，就为脱硝装置正常、稳定运行提供了有力保障。

[1]郜立峰，邓光兵.宁夏石化公司培训教材第六分册：锅炉装置[G］.2009.

[2]天津辰创环境工程科技有限责任公司.宁夏石化公司1#、2#高压锅炉烟气脱硝项目改造初步设计[G］.2013.