石永

（陜西延長石油興化化工有限公司，陜西 興平 713100）

1 改造背景及存在問題

1.1 改造背景

2013 年，陜西省頒布《陜西省“治污降霾·保衛(wèi)藍天”五年行動計劃（2013—2017 年）》；2014 年，陜西省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布《關中地區(qū)重點行業(yè)大氣污染物特別排放限值》（DB 61/941—2014）；2018 年，陜西省印發(fā)《陜西省鐵腕治霾打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動方案（2018—2020 年）（修訂版）》，印發(fā)地方標準《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB 61/1226—2018）。由此可見陜西省改善大氣環(huán)境質量的決心。

某企業(yè)地處關中腹地，是以煤為原料的典型煤化工國有企業(yè)，主要產品有甲醇、合成氨、氯化銨、純堿、甲胺、乙醇等。2009 年建成投產，熱動力裝置配套4×160t/h 高溫高壓煤粉鍋爐，鍋爐煙氣治理采用布袋除塵、氨法脫硫、低氮燃燒技術，德古士煤氣化爐酸性氣處理采用克勞斯脫硫工藝。隨著《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB 61/1226—2018）的頒布實施，原有環(huán)保裝置無法滿足要求，實施鍋爐煙氣超低排放技術改造勢在必行。近年來，鍋爐煙氣排放執(zhí)行標準變化情況如下圖所示。

鍋爐煙氣排放執(zhí)行標準變化情況

1.2 存在的主要問題

氨法脫硫與其他脫硫工藝相比，具有效率高、副產品氮含量高、附加值高等優(yōu)點，硫酸銨可作為農用肥料，也可作為農用復合肥加工原料，延伸產業(yè)鏈。該企業(yè)原鍋爐煙氣排放治理裝置采用氨法脫硫工藝，為區(qū)域環(huán)境改善和治理發(fā)揮了重要作用，隨著《鍋爐大氣污染物排放標準》（DB 61/1226—2018）的頒布實施，原有裝置運行中暴露出以下問題：

（1）脫硫裝置效率低。雖然能滿足SO2排放濃度小于35mg/Nm3的指標，但存在排放數據波動大，投加氨水量大，尾氣氨逃逸高，且顆粒物與氨水投加量成正相關，兩個排放指標難以同時滿足，煙氣拖尾及液滴夾帶嚴重等問題，配套脫硫裝置后處理產能過小，制約了吸收裝置的物料平衡[1]。

（2）鍋爐煙氣脫硝系統(tǒng)按NOx排放濃度<100mg/Nm3設計，無法滿足超低排放標準。

（3）克勞斯尾氣中SO2排放濃度不穩(wěn)定，排放值在800mg/Nm3左右，排放濃度較高，對環(huán)境存在一定影響。

（4）鍋爐布袋除塵裝置運行效率偏低，實際顆粒物排放濃度在20mg/Nm3左右，不滿足超低排放要求（顆粒物排放濃度≤10mg/Nm3），雖然總排口顆粒物指標合格，但顆粒物作為有害物質進入氨法脫硫吸收系統(tǒng)，不但會造成嚴重的設備磨損，還會影響硫酸銨溶液結晶，嚴重時甚至會產生大量晶核，后處理裝置旋流器、離心機難以對其進行分離，會造成系統(tǒng)物料失衡[2]。

2 解決思路

（1）脫硫裝置采用國內先進的多功能單塔吸收分區(qū)循環(huán)氨法脫硫工藝，塔外強制氧化，尾氣排放采用二級水洗+一級濕電除塵工藝，排放指標SO2濃度≤35mg/Nm3、顆粒物濃度≤10mg/Nm3。

（2）脫硝裝置工藝采用低氮燃燒+SCR 聯合工藝，設計NOx濃度≤50mg/Nm3。

（3）除塵裝置采用布袋除塵工藝，改造內容為：更換濾袋為覆膜PTFE 基布，PPS 超細纖維，表面作砑光、防油防水、乳液浸漬處理，設計排放顆粒物濃度≤10mg/Nm3。

（4）將克勞斯含硫尾氣引入鍋爐煙氣氨法脫硫吸收系統(tǒng)，增加廢熱鍋爐，回收焚燒尾氣熱量，降低尾氣溫度后送入脫硫入口煙道，與鍋爐煙氣混合一并處理回收。

改造項目于2018 年4 月完成招標開始建設，于2019 年5 月建成投入使用，是我國西北地區(qū)率先實施鍋爐煙氣超低排放改造的項目。在充分調研、核實數據的基礎上進行改造設計并在運行過程中不斷優(yōu)化。

3 改造內容及運行效果評價

3.1 氨法脫硫煙氣處理系統(tǒng)

3.1.1 脫硫吸收裝置

吸收裝置是氨法脫硫的核心設備，集氣液傳質、化學吸收、氧化反應、結晶等化工單元功能于一體，所采用的多功能一體化吸收塔技術先進、結構合理、操作彈性高。吸收塔設置煙氣流場均布設施，煙氣側布置有填料層和屋脊式除霧器，溶液側布置4 層錯綜分布的循環(huán)噴淋層，保證氣液比。在防止氨逃逸方面，通過在溶液濃縮段與吸收段設置隔離措施，吸收區(qū)頂層噴淋液由氧化塔底取液，使低pH 值（4.2～4.8）溶液與尾氣再次接觸，同時采取兩級水洗工藝，減少尾氣氨逃逸。脫硫水洗后煙氣經兩級除霧，加濕電除塵器，減少煙氣帶液量和顆粒物排放。處理后煙氣經90m 煙囪塔頂直排。改造前后數據對比如表1 所示。

表1 脫硫裝置改造前后數據對比

3.1.2 脫硫濕電除塵裝置

脫硫裝置之后去除極細霧滴顆粒的除塵設備主要是濕式電除塵器[3]。濕式電除塵器能夠脫除煙氣經水洗層及機械除霧器后攜帶的大顆粒物及液滴。工作時，煙氣中液滴不斷向沉淀極移動，在沉淀極表面形成一層連續(xù)水膜，水膜靠重力流至下部集液槽，實現在線清除顆粒物。

濕電除塵系統(tǒng)可有效去除SO3、NH3、微細粉塵（PM2.5）、細小液滴、汞等，去除效率達90%以上，大大降低了煙氣的不透明度（渾濁度）。通過表1 中濕電啟停時的顆粒物排放指標及氨逃逸值可以驗證除塵效果。

3.2 鍋爐SCR 煙氣脫硝

鍋爐制粉系統(tǒng)采用熱一次風直吹工藝，燃燒器具有濃淡分離低氮燃燒技術，脫硝前NOx排放值為550mg/m3，超低排放改造目標為脫硝后NOx≤50mg/Nm3。改造方案為：采用SCR 脫硝工藝，脫硝反應器為3 層結構，催化劑為蜂窩結構，活性物質為V2O5，載體為TiO2，并加入W2O3作為SO2向SO3轉換的抑制物，入口煙氣溫度為380℃，脫硝效率92%。具體改造措施為：增加上層省煤器換熱面積，爐后布置SCR 反應器，上層空預器移至反應器下層，改造相應煙風道流程，催化劑采用聲波吹灰器；系統(tǒng)煙氣阻力增加1kPa，脫硫裝置煙氣阻力增加1kPa，改造引風機增加總壓頭2kPa，更換引風機電機、液力耦合器及風機使其滿足要求。改造后引風機富余量充足，系統(tǒng)阻力低于設計值，脫硝效率較高，數據對比如表2 所示。

表2 脫硫裝置改造前后數據對比

3.3 煤氣化裝置克勞斯含硫尾氣回收

煤氣化裝置克勞斯硫回收工序，主要處理來自上游低溫甲醇洗的酸性氣（主要成分是H2S），酸性氣體進入焚燒爐燃燒后轉化為SO2氣體。離開焚燒爐的尾氣溫度為820℃，與急冷空氣混合，溫度降到300℃，送往煙囪排放。該工藝存在熱能浪費，同時尾氣煙氣中SO2濃度較高，且在氣化爐工藝負荷波動時，燃燒不穩(wěn)定，排放偶有超標，給運行帶來極大的環(huán)保壓力。

改造方案為：在焚燒爐后設置廢熱鍋爐，將尾氣降至200℃，焚燒爐出口約有10kPa 壓力，輸送距離約為0.8km，阻力為3kPa，無需增加風機，與鍋爐煙氣混合后送入氨法脫硫系統(tǒng)，以解決原工藝存在的問題。運行后效果良好，不但回收了煙氣余熱，而且脫除了SO2，改善了環(huán)境質量。

氣化克勞斯尾氣熱回收效益計算：產生蒸汽5.1t/h，裝置年運行8000h，年產1.3MPa 飽和蒸汽40 800t，按每噸蒸汽成本100 元計算，每年可產生經濟效益408 萬元。

3.4 脫硫后處理單元尾氣回收

脫硫后處理裝置的結晶干燥環(huán)節(jié)會產生尾氣，尾氣中存在一定量的細小硫酸銨粉末，雖然相關政策未對其有嚴格要求，但直接排放會對周圍環(huán)境產生影響。改造方案為：將后處理尾氣與原蒸發(fā)結晶后處理尾氣匯總后送入脫硫吸收塔吸收區(qū)進行洗滌，處理合格后排放。另外，脫硫水洗循環(huán)槽為常壓設備，上部設有排氣孔，運行過程中循環(huán)回流液夾帶塔內氣體，造成部分水汽由槽頂排放，環(huán)境溫度較低時尤為明顯。因此，設置了水封裝置，消除運行過程中水汽外冒情況。通過以上改造，現場工作環(huán)境得到改善，杜絕了運行過程中的二次污染。

3.5 超低后處理與原蒸發(fā)結晶后處理并聯改造

增設一套后處理裝置，擴大產能，濃縮段為塔內飽和結晶，塔區(qū)設置板框式壓濾機去除系統(tǒng)內煙塵顆粒物。在項目試運中發(fā)現，塔內漿液飽和結晶與板框壓濾除泥兩個環(huán)節(jié)難以同步進行，特別是脫硫負荷較大時，連續(xù)出料與除泥相矛盾，生產過程中漿液內累積的粉塵無法通過出料有效攜帶出脫硫系統(tǒng)，造成硫酸銨結晶細小，漿液黏度增大，工藝設備磨損嚴重，泄漏頻繁，故障率高，嚴重時會造成系統(tǒng)物料失衡被迫停車。

對此，將超低排放后處理與原真空蒸發(fā)結晶連通，在系統(tǒng)溶液密度較低時，利用原蒸發(fā)結晶裝置對系統(tǒng)內漿液進行強制結晶，通過出料調整系統(tǒng)物料平衡，改善漿液內粉塵積累情況，實現裝置長期穩(wěn)定運行。

3.6 脫硫氨水配制改用脫鹽水優(yōu)化

原裝置氨水配置單元采用液氨蒸發(fā)與一次水混合制備20%濃度氨水，由于一次水電導率高，混合過程為放熱反應，混合器及后續(xù)管道閥門銨鹽結垢問題頻發(fā)，濾網堵塞嚴重。對此，改造時用脫鹽水代替一次水，既解決了因氨垢造成系統(tǒng)堵塞問題，又保障了氨水泵長期穩(wěn)定運行。該優(yōu)化設計也為脫硫系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行提供了保障。

4 綜合效果評價

氨法脫硫是氣液反應，具有反應活性高、速度快、噴淋動力損耗低、啟停操作簡捷、維護方便、過程中無二次污染、有一定脫硝功能、副產品硫酸銨附加值高、運行經濟性好、對煤的硫含量適應性強等特點，得到了廣泛應用。以該改造項目為例，鍋爐煙氣流量為100 萬Nm3/h，年使用時間為8000h，改造后粉塵、NOx和SO2年排放量從160t、720t 和400t 分別降低至64t、384t 和264t，年排放降低量分別為96t、336t 和136t。超低排放改造綜合效能評價情況見表3、表4。

5 結語

鍋爐煙氣超低排放技術，在滿足排放要求、減少污染物的同時，具有綠色、節(jié)能、經濟、高效的特點，經濟運行綜合效果顯著。采用多功能一體化吸收塔氨法脫硫塔+濕電除塵工藝，在滿足超低排放要求的同時，消除了煙氣拖尾、液滴攜帶等二次污染問題；低氮燃燒+SCR 聯合脫硝工藝滿足NOx超低排放要求和經濟運行目標；將克勞斯尾氣送入氨法脫硫裝置進行處理效果良好；在運行過程中實施脫硫后處理尾氣回收改造、原蒸發(fā)結晶與超低排放后處理并聯改造、氨水配置用脫鹽水代替一次水優(yōu)化改造，解決了脫硫裝置生產中的技術難題。樹立綠色環(huán)保理念，實施超低排放技術改造，是當前企業(yè)綠色環(huán)保發(fā)展的必然之路。

表3 超低排放改造綜合效果評價數據表

表4 克勞斯含硫尾氣及后處理尾氣回收改造效果評價表