吳錦標(biāo)

上海石油化工股份有限公司（上海 200540）

節(jié)能環(huán)保

乙烯裝置開(kāi)工鍋爐煙氣脫硝改造技術(shù)淺析

吳錦標(biāo)

上海石油化工股份有限公司（上海 200540）

上海石油化工股份有限公司乙烯裝置開(kāi)工鍋爐必須通過(guò)技術(shù)改造才能滿足現(xiàn)行NOx排放要求，結(jié)合開(kāi)工鍋爐現(xiàn)狀、NOx排放標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)現(xiàn)有煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定采用選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)對(duì)開(kāi)工鍋爐煙氣進(jìn)行治理改造，以確保NOx達(dá)標(biāo)排放。

開(kāi)工鍋爐 脫硝技術(shù) 達(dá)標(biāo)排放

根據(jù)上海市DB31/387—2014《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和2014年8月19日國(guó)家環(huán)境保護(hù)部下達(dá)的環(huán)函［2014］179號(hào)文“關(guān)于部分供熱及發(fā)電鍋爐執(zhí)行大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)問(wèn)題的復(fù)函”，上海石油化工股份有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)“上海石化”）乙烯裝置開(kāi)工鍋爐從2015年10月1日起需執(zhí)行大氣污染物環(huán)保指標(biāo)中氮氧化物（NOx）排放限值為100 mg/m3（文中氣體狀態(tài)均為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）的標(biāo)準(zhǔn)。改造前上海石化兩臺(tái)開(kāi)工鍋爐排放煙氣中的NOx質(zhì)量濃度為350～420 mg/m3，嚴(yán)重超標(biāo)，必須采取適宜的脫硝技術(shù)對(duì)其進(jìn)行治理改造，以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)、改善大氣環(huán)境質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的生產(chǎn)發(fā)展。

1 開(kāi)工鍋爐狀況

上海石化兩臺(tái)開(kāi)工鍋爐是2＃乙烯裝置的重要?jiǎng)恿υO(shè)備，從日本巴布科克日立公司引進(jìn)。兩臺(tái)鍋爐采用母管并列運(yùn)行，以重油、裂解油、燃料氣為燃料，鍋爐在微正壓下燃燒，每臺(tái)鍋爐的最大蒸發(fā)量為160 t/h，超高壓蒸汽設(shè)計(jì)壓力為11.9 MPa、設(shè)計(jì)溫度為525℃。蒸汽用于乙烯裝置開(kāi)車(chē)和運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)裂解氣壓縮機(jī)、丙烯制冷壓縮機(jī)，以及加熱再生干燥器。超高壓蒸汽鍋爐為自立式雙汽包鍋爐，爐膛內(nèi)爐墻為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，鍋爐水自然循環(huán)。鍋爐燃燒器為前墻布置，單側(cè)墻燃燒，分上下兩層布置，每臺(tái)鍋爐配備6個(gè)燃油氣燃燒器，均用電點(diǎn)火點(diǎn)燃燃嘴，油嘴為“Y”型蒸汽霧化噴嘴。燃?xì)鉄煸陂_(kāi)車(chē)升壓時(shí)使用，油嘴在升壓后期及正常負(fù)荷下使用。目前燃料主要為天然氣與乙烯焦油（油氣混燒），天然氣（0.5 MPa）的消耗量為31377 t/a，乙烯焦油的消耗量為102503t/a，霧化蒸汽（1.6MPa）的消耗量為10500t/a。

這兩臺(tái)開(kāi)工鍋爐均為微正壓爐，各配備一臺(tái)送風(fēng)機(jī)。助燃風(fēng)設(shè)計(jì)壓力為8.24 kPa，設(shè)計(jì)煙氣量為20×104m3/h，滿負(fù)荷工況下?tīng)t膛壓力為2.94 kPa。送風(fēng)機(jī)出口的空氣首先經(jīng)蒸汽預(yù)熱器加熱到20℃，再經(jīng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器加熱到250℃，熱風(fēng)通過(guò)鍋爐底部的風(fēng)道進(jìn)入爐前風(fēng)箱，并通過(guò)6個(gè)調(diào)風(fēng)器與燃料混合后進(jìn)入爐內(nèi)。空氣與燃料混合燃燒后的煙氣從爐膛上部的出口煙囪進(jìn)入高溫過(guò)熱器，對(duì)高溫過(guò)熱器進(jìn)行橫向沖刷，然后自上而下流動(dòng)，對(duì)低溫過(guò)熱器作斜向沖刷。煙氣從下部進(jìn)入高溫對(duì)流豎井中，自下而上流動(dòng)，斜向沖刷對(duì)流管束；之后從高溫豎井的上部進(jìn)入低溫豎井的上部，自上而下對(duì)對(duì)流管束進(jìn)行斜向沖刷；然后從低溫豎井的下部進(jìn)入回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。煙氣在沿途將熱量分別傳給水冷壁、過(guò)熱器和對(duì)流管束，從而在進(jìn)入回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器時(shí)使溫度降到350～400℃。煙氣在預(yù)熱器中將其余熱傳給冷空氣，將空氣加熱至250℃，而煙氣溫度降至185℃，再經(jīng)余熱回收系統(tǒng)回收熱量后，最終將排煙溫度降至105～115℃，由引風(fēng)機(jī)加壓后引入脫硫系統(tǒng)脫除二氧化硫和煙塵，最后經(jīng)150 m的煙囪排到大氣中。

2 開(kāi)工鍋爐煙氣脫硝技術(shù)比選

2.1 煙氣脫硝技術(shù)現(xiàn)狀

目前世界各國(guó)研究開(kāi)發(fā)的煙氣脫硝技術(shù)有多種，已經(jīng)工業(yè)化的煙氣脫硝技術(shù)主要有低NOx燃燒技術(shù)、選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)、選擇性催化還原（SCR）技術(shù)及臭氧脫硝技術(shù)。

（1）低NOx燃燒技術(shù)

目前脫硝應(yīng)用比較普遍的是低NOx燃燒技術(shù)。利用NOx的形成和破壞機(jī)理，通過(guò)控制火焰溫度峰值、限制在火焰峰和反應(yīng)區(qū)內(nèi)的氧含量或NO的再燃燒來(lái)減少NOx生成量。對(duì)于燃燒鍋爐而言，由此產(chǎn)生許多低NOx燃燒方法（如空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、排煙再循環(huán)等），低NOx燃燒器（如混合促進(jìn)型、多股燃燒型、階段燃燒型、噴水燃燒型等）和低NOx爐膛（如燃燒室大型化、分割燃燒室、切線燃燒室等）等。

（2）SNCR煙氣脫硝技術(shù)

SNCR煙氣脫硝技術(shù)于20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始在日本的一些燃油、燃?xì)忮仩t上得到應(yīng)用，20世紀(jì)90年代初，逐漸應(yīng)用于西方國(guó)家燃煤鍋爐的煙氣處理。該技術(shù)把還原劑（如氨水、純氨或尿素）噴入爐膛溫度為800～1100℃的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解，生成氨氣并與煙氣中的NOx進(jìn)行反應(yīng)生成氮?dú)夂退?。該方法以爐膛為反應(yīng)器，不需要催化劑，但脫硝效率低，一般為30%～50%，同時(shí)高溫噴射對(duì)鍋爐受熱面的安全有一定的影響。

（3）SCR煙氣脫硝技術(shù)

SCR煙氣脫硝技術(shù)在20世紀(jì)80年代初開(kāi)始逐漸用于燃煤鍋爐煙氣脫除NOx，目前國(guó)內(nèi)外的燃煤鍋爐廣泛采用該技術(shù)。SCR技術(shù)是指在催化劑的作用下，利用還原劑（如氨水、純氨或尿素）與煙氣中的NOx反應(yīng)并生成無(wú)毒無(wú)污染的氮?dú)夂退Ｓ捎谶€原劑具有選擇性，只與NOx發(fā)生反應(yīng)，基本不與氧氣反應(yīng)，故稱(chēng)選擇性催化還原脫硝。SCR系統(tǒng)一般由氨氣制備系統(tǒng)、SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)兩部分組成，SCR反應(yīng)器大多安裝在鍋爐內(nèi)300～400℃溫度段，因?yàn)樵摐囟葏^(qū)間剛好適合SCR脫硝還原反應(yīng)進(jìn)行，氨則噴射于SCR反應(yīng)器之前煙道內(nèi)的適當(dāng)位置，使其與煙氣混合后于反應(yīng)器內(nèi)在催化劑的作用下與NOx進(jìn)行反應(yīng)，從而將NOx脫除。

SCR脫硝技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，適用于對(duì)煙氣NOx排放質(zhì)量濃度要求很?chē)?yán)格的區(qū)域。SCR技術(shù)脫硝效率較高，一般在70%以上，最高可達(dá)90%；該技術(shù)工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、設(shè)備緊湊、維護(hù)方便、應(yīng)用廣泛、運(yùn)行成本較低。

在SCR技術(shù)中，脫硝催化劑的投資約占整個(gè)SCR投資的30%～40%。反應(yīng)采用中溫催化劑，反應(yīng)溫度一般為300～400℃，催化劑以TiO2為載體，主要活性成分為V2O5-WO3（MoO3）等金屬氧化物。催化劑具有較高的選擇性，保證壽命一般為3年，而實(shí)際運(yùn)行中催化劑壽命一般大于3年。催化劑性能降低或失效后，需要對(duì)其進(jìn)行再生處理。再生處理主要是將重金屬?gòu)拇呋瘎┲腥艹?，以恢?fù)催化劑活性。另外，SCR法脫硝催化劑可將二氧化硫轉(zhuǎn)化率控制在1%以?xún)?nèi)。

還原劑在工藝系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生少量的氨氣逃逸，氨氣的逃逸量一般可控制在3 mg/m3以下，不會(huì)對(duì)下游的空氣預(yù)熱器的安全運(yùn)行和環(huán)境空氣帶來(lái)不利影響。另外，脫硝裝置需要布置催化劑床層，每層催化劑床層的阻力降約為250 Pa。

（4）臭氧脫硝技術(shù)

臭氧脫硝主要是利用臭氧的強(qiáng)氧化性將難溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2，N2O3，N2O5等高價(jià)態(tài)NOx，然后在洗滌塔內(nèi)將NOx吸收轉(zhuǎn)化為溶于水的物質(zhì)，達(dá)到脫除NOx的目的。

該技術(shù)將臭氧通入煙氣中對(duì)NO進(jìn)行氧化，然后采用堿液進(jìn)行吸收，最終將NOx轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和氮?dú)?，因而外排廢水中總氮質(zhì)量濃度較高。該技術(shù)的NOx脫除率較高，為70%～90%。

2.2 開(kāi)工鍋爐煙氣脫硝技術(shù)選擇

本開(kāi)工鍋爐燃油氣燃燒器分上下兩層布置，每層各3臺(tái)，共6臺(tái)，每層左右兩邊的燃燒器與中間燃燒器的距離為1500 mm。若要改為低NOx燃燒，需將左右兩邊的燃燒器分別向外移約300 mm，這樣就需要較大程度地改造鍋爐水冷壁，對(duì)鍋爐現(xiàn)有結(jié)構(gòu)破壞較大，進(jìn)而會(huì)對(duì)鍋爐效率產(chǎn)生負(fù)面影響；另外，低NOx燃燒器通常在較低溫度條件下運(yùn)行，開(kāi)工鍋爐改用低NOx燃燒器后會(huì)改變鍋爐熱量分布現(xiàn)狀，降低開(kāi)工鍋爐運(yùn)行負(fù)荷，無(wú)法滿足乙烯裝置的生產(chǎn)需要。因此，該形式鍋爐不適宜采用低NOx燃燒技術(shù)進(jìn)行改造。

SNCR脫硝工藝技術(shù)也不適用于本工程，原因有：（1）該開(kāi)工鍋爐爐膛上下空間較小，意味著煙氣停留時(shí)間短，脫硝還原劑不能與NOx充分進(jìn)行反應(yīng)；（2）開(kāi)工鍋爐前后空間較大，會(huì)造成脫硝還原劑與煙氣混合不均勻，達(dá)不到較好的脫硝效果；（3）SNCR技術(shù)的脫硝效率一般低于50%，鍋爐工況不理想時(shí)脫硝效率會(huì)更低，很難將NOx排放質(zhì)量濃度從350～420 mg/m3降到100 mg/m3以下。另外，同等脫硝效率的情況下，該工藝的氨氣消耗量要高于SCR工藝，從而使氨氣的逃逸量增加。

臭氧脫硝技術(shù)采用臭氧作為脫硝劑，臭氧一般由臭氧發(fā)生器制得。盡管該技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但是由于臭氧的制備電耗較大，導(dǎo)致費(fèi)用較高，因而其推廣應(yīng)用受到制約。同時(shí)，由于在我國(guó)脫硝技術(shù)中臭氧脫硝技術(shù)還不成熟，需引進(jìn)專(zhuān)利技術(shù)，而專(zhuān)利費(fèi)用較高，故不推薦采用該技術(shù)。

SCR脫硝技術(shù)是國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最多、技術(shù)最成熟的煙氣脫硝技術(shù)，具有脫硝效率高、工藝設(shè)備緊湊、反應(yīng)溫度適中（一般為300～400℃）等特點(diǎn)，而開(kāi)工鍋爐煙氣NOx排放質(zhì)量濃度較高（350～420 mg/m3），只需在煙氣對(duì)流管束出口處（溫度約350～400℃）通過(guò)新增煙道將其引入新增的脫硝反應(yīng)器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)SCR反應(yīng)器），經(jīng)脫硝反應(yīng)凈化后的煙氣再經(jīng)脫硝反應(yīng)器出口新增的煙道回到開(kāi)工鍋爐空氣預(yù)熱器進(jìn)行熱量回收，隨后即可排出。采用SCR技術(shù)對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行脫硝局部改造，NOx排放質(zhì)量濃度可降至100 mg/m3以下，故SCR脫硝技術(shù)是最佳選擇。

通過(guò)上述比選，上海石化開(kāi)工鍋爐煙氣脫硝改造確定采用SCR脫硝技術(shù)。

3 SCR脫硝工藝技術(shù)說(shuō)明

3.1 工藝原理

SCR脫硝技術(shù)是利用還原劑（如氨）在催化劑作用下有選擇性地與煙氣中的NOx發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氮?dú)夂退募夹g(shù)，其有效反應(yīng)溫度范圍較低，在300～400℃之間，反應(yīng)式為：

SCR工藝的核心設(shè)備是SCR反應(yīng)器，主要的運(yùn)行工藝參數(shù)包括煙氣溫度、煙氣流速、氧氣含量、水蒸氣含量、催化劑活性和氨氣逃逸量等。

本項(xiàng)目SCR脫硝煙氣需要從開(kāi)工鍋爐對(duì)流段出口處引出，經(jīng)SCR進(jìn)口煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝反應(yīng)，凈化后的煙氣再經(jīng)SCR出口煙道回到開(kāi)工鍋爐空氣預(yù)熱器。

3.2 工藝流程簡(jiǎn)述

SCR脫硝工藝主要由氨氣制備系統(tǒng)及SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)組成。圖1為SCR脫硝技術(shù)工藝流程示意圖。

圖1 SCR脫硝技術(shù)工藝流程示意圖

氨氣制備系統(tǒng)的主要流程為：來(lái)自液氨儲(chǔ)罐的液氨經(jīng)管道輸送到液氨蒸發(fā)器，在其內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，經(jīng)氨氣緩沖罐向SCR反應(yīng)系統(tǒng)提供壓力及流量較穩(wěn)定的氨氣。

SCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)的主要流程為：溫度為300～420℃的煙氣經(jīng)新增煙道進(jìn)入SCR反應(yīng)器；利用氨流量控制系統(tǒng)使氨制備系統(tǒng)輸送來(lái)的氨氣中氨的體積分?jǐn)?shù)降到5%以下，并經(jīng)過(guò)計(jì)算將一定量的稀釋氨氣輸送到噴氨格柵；噴氨格柵將稀釋氨氣均勻地噴入SCR反應(yīng)器中，使氨氣在整個(gè)SCR反應(yīng)器橫截面上與煙氣均勻混合；混合均勻的氨氣-煙氣最后豎直向下經(jīng)過(guò)SCR催化劑，在催化劑作用下，氨氣與NOx發(fā)生還原反應(yīng)，生成無(wú)污染的水和氮?dú)猓瑥亩篃煔獾玫絻艋?/p>

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)幾種已經(jīng)工業(yè)化的煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，確定采用SCR脫硝工藝技術(shù)對(duì)上海石化開(kāi)工鍋爐煙氣進(jìn)行治理改造，以確保排放煙氣中NOx的質(zhì)量濃度可降至100 mg/m3以下，實(shí)現(xiàn)NOx的達(dá)標(biāo)排放。

漢高在可持續(xù)發(fā)展評(píng)估中獲高度認(rèn)可

新年伊始，漢高憑借其在可持續(xù)發(fā)展方面取得的卓越表現(xiàn)，榮獲四項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)的認(rèn)可：在“全球最具可持續(xù)性企業(yè)百?gòu)?qiáng)”榜單(Global 100 Index)中名列第15位；獲得評(píng)級(jí)機(jī)構(gòu)Sustainalytics行業(yè)最高評(píng)分；榮獲RobecoSAM頒發(fā)的“可持續(xù)發(fā)展成就金獎(jiǎng)”以及“行業(yè)推進(jìn)者”殊榮。此外，漢高還連續(xù)16年入選富時(shí)社會(huì)責(zé)任指數(shù)榜。

躋身“全球可持續(xù)發(fā)展企業(yè)100強(qiáng)”前列

漢高再次入選由多倫多媒體和投資顧問(wèn)公司《企業(yè)爵士》(CorporateKnights)評(píng)選出的“全球可持續(xù)發(fā)展企業(yè)100 強(qiáng)”排行榜，位列第15 名。該排行榜囊括了在各自行業(yè)領(lǐng)域中，綜合可持續(xù)績(jī)效的佼佼者。評(píng)選范圍涵蓋4 000 多家市值高于20 億元美元的企業(yè)。

在Sustainalytics評(píng)級(jí)中名列前茅

Sustainalytics將漢高評(píng)為“家庭與個(gè)人用品”領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。2016年12月，漢高在環(huán)境、社會(huì)責(zé)任及管理(ESG)方面獲得了87分（滿分100）的高分，位列40家參評(píng)企業(yè)之首。Sustainalytics是一家全球責(zé)任投資研究機(jī)構(gòu)，專(zhuān)注于企業(yè)ESG表現(xiàn)的研究和分析。

獲RobecoSAM“可持續(xù)發(fā)展成就金獎(jiǎng)”及“行業(yè)推進(jìn)者”認(rèn)可

漢高入選《2017年可持續(xù)發(fā)展年鑒》，并憑借其卓越的可持續(xù)績(jī)效榮獲“可持續(xù)發(fā)展成就金獎(jiǎng)”及“行業(yè)推進(jìn)者”兩項(xiàng)殊榮。

RobecoSAM年度企業(yè)可持續(xù)評(píng)估基于100余項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，選出全球各個(gè)行業(yè)中在可持續(xù)發(fā)展方面表現(xiàn)最佳的公司，錄入年鑒。每年，有超過(guò)3 000家全球最大企業(yè)受邀參加此項(xiàng)評(píng)估。

再次入選富時(shí)社會(huì)責(zé)任指數(shù)

漢高連續(xù)16年入選富時(shí)社會(huì)責(zé)任指數(shù)榜。該指數(shù)評(píng)選出在環(huán)境、社會(huì)和管理風(fēng)險(xiǎn)方面表現(xiàn)最佳的企業(yè)，并為投資者在決策制定過(guò)程中提供ESG因素方面的參考。

這些獎(jiǎng)項(xiàng)彰顯了漢高在可持續(xù)方面的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，肯定了其在該領(lǐng)域中所取得的成功。進(jìn)一步擴(kuò)大可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)地位的雄心，深植于漢高企業(yè)價(jià)值觀中。漢高將與合作伙伴攜手，為可持續(xù)發(fā)展開(kāi)拓更多全新的解決方案，更負(fù)責(zé)地運(yùn)營(yíng)企業(yè)，同時(shí)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。

（Grace）

Brief Analysis on Flue Gas Denitrification Transformation Technology of Start-up Boilers for Ethylene Unit

Wu Jinbiao

The two start-up boilers for ethylene unit of Sinopec Shanghai Petrochemical Company Limited must be transformed to meet the current requirements of NOxemission.Combined with the status of the two boilers and the NOxemission standards,the existing flue gas denitrification technologies were compared and analyzed,and the selective catalytic reduction(SCR)of NOxwas applied to the treatment of the flue gas so as to ensure the compliant emission of NOx.

Start-up boiler;Denitrification technology;Compliant emission

X383

2017年1月

吳錦標(biāo)男1964年生碩士高級(jí)工程師主要從事企業(yè)固定資產(chǎn)投資可行性研究報(bào)告審查、技術(shù)方案認(rèn)證和投資效益分析等工作