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催化裂化煙氣脫硝模塊優(yōu)化

文檔作者：張賀強(qiáng) 文檔來源：青島石油化工有限責(zé)任公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月05日
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催化裂化煙氣脫硝模塊優(yōu)化
張賀強(qiáng)(青島石油化工有限責(zé)任公司，山東青島266043)
摘要：通過對催化裂化煙氣脫硝反應(yīng)模塊的實(shí)例分析，針
對脫硝反應(yīng)模塊溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求問題。提出解決措施及生
產(chǎn)優(yōu)化方案。
關(guān)鍵詞：催化裂化煙氣；SCR．；脫硝催化劑；脫硝反應(yīng)溫度
隨著國家環(huán)境污染治理力度的不斷加強(qiáng)，國內(nèi)各煉油公司
積極承擔(dān)起節(jié)能減排的重任，煉廠內(nèi)催化裂化煙氣達(dá)標(biāo)排放問
題，日益引起多方關(guān)注，企業(yè)為了適應(yīng)國家新的污染物排放要
求，加大投資力度，新增和改造了催化裂化煙氣脫硫脫硝裝置，
但實(shí)際運(yùn)行中，由于各種原因，脫硝反應(yīng)模塊不同程度存在反
應(yīng)溫度與設(shè)計(jì)偏差較大問題，為了更好的達(dá)到最佳脫硝反應(yīng)條
件，本文對某脫硫脫硝裝置脫硝模塊提出一些優(yōu)化方案，以期
取得較好脫硝效果。
1裝置概況
青島某煉油廠新增一套140萬噸，年催化裂化煙氣脫硫脫
硝裝置，其主要設(shè)施有余熱鍋爐、脫硝反應(yīng)、除塵脫硫和廢水處
理等單元，采用寧波院和撫順研究院煙氣脫硫脫硝技術(shù)，該裝
置于2014年5月開始施工建設(shè)，并于當(dāng)年12月30日開工正常，
外排煙氣中二氧化硫、氮氧化物和粉塵均達(dá)到國家和地方排放
標(biāo)準(zhǔn)。
該裝置實(shí)施后，催化裂化裝置煙氣NOx設(shè)計(jì)排放量可由
729．12噸／年減少到73．92噸／年，每年可減排NOx約655．20噸。
2脫硝模塊
2．1脫硝反應(yīng)原理
本工程采用選擇性催化還原法(SCR)脫硝技術(shù)。SCR脫硝
技術(shù)是指在催化劑的作用下，還原劑(液氨)與煙氣中的氮氧化
物反應(yīng)生成無害的氮和水，從而去除煙氣中的NOx。選擇性是
指還原劑NH，和煙氣中的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，而不與煙氣中的
氧氣發(fā)生反應(yīng)。主要化學(xué)反應(yīng)方程式包括：
4NO+4NH3+02-+4N2+6H20
6NO：+8NH，—÷7N2+12H：0
●NOx
鈍玨◆◆NNO魏x
●N融
圖(1)：脫硝反應(yīng)原理圖
2．2脫硝工藝流程
來自催化裂化的煙氣經(jīng)余熱鍋爐進(jìn)入脫硝反應(yīng)器進(jìn)行脫硝
處理。本煙氣脫硝單元主要由氨氣供應(yīng)系統(tǒng)、脫硝反應(yīng)系統(tǒng)以
及輔助設(shè)施系統(tǒng)三大部分組成。脫硝單元所需原料液氨由界區(qū)
內(nèi)液氨儲罐輸送到液氨蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氨氣，經(jīng)氨氣緩沖罐來
控制一定的壓力及流量，然后與稀釋空氣在氨／空氣混合器中混
合均勻，再送到余熱鍋爐內(nèi)的SCR反應(yīng)器。供氨系統(tǒng)緊急排放
的氨氣則排入氨氣稀釋罐中，由水吸收后排入事故污水池。
來自氨，空氣混合器的混合氣和來自余熱鍋爐蒸發(fā)段的煙
氣混合后，通過噴氨格柵以確保煙氣分布均勻，再流經(jīng)氣流均
布裝置(導(dǎo)流格柵和整流格柵)進(jìn)入SCR反應(yīng)器，在催化劑的作
用下，氨氣將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，凈化后的煙氣進(jìn)入后續(xù)處
理裝置，達(dá)到脫除氮氧化物的目的。
2．3脫硝煙氣成份
煙氣分析v01％：N2：72．78l C02：13．78}H20：11．94；02：1．5I
CO：0．0；
污染物(mg,'Nm3，濕基)：顆粒：150}S02：2940lNO，：434。
2．4脫硝主要工藝操作條件
(1)SCR系統(tǒng)入口溫度：350±25℃；壓力：6kPa(G)；煙氣流量
189102NmS／h(濕)；NOx：434mg／Nm3(濕)。
(2)SCR系統(tǒng)出I：1溫度：350±25℃l壓力：5kPa(G)；煙氣流量
189102NmS／h(濕)；NOx：50m∥Nm3(濕)。
(3)還原劑進(jìn)口溫度：常溫；壓力：200kPa(G)}氨氣流量：
42．82kg／h。
2．5脫硝催化劑
本工程脫硝工藝選擇蜂窩式催化劑，蜂窩式催化劑是以
Ti—w—V為主要活性材料，采用TiO：等物料充分混合，經(jīng)模具擠
壓成型后煅燒而成，具有單位體積的催化劑活性高、同等脫硝
效率催化劑體積較小等特點(diǎn)。
本工程設(shè)計(jì)成3層催化劑布置方式，最上一層為預(yù)留床層，
催化劑體積56．25m3，催化劑采用模塊結(jié)構(gòu)，規(guī)格統(tǒng)一、具有互換
性，以減少更換催化劑的時間。
2．6脫硝主要設(shè)備
(1)脫硝反應(yīng)器
本工程脫硝單元設(shè)置1臺脫硝反應(yīng)器，反應(yīng)器截面尺寸為
7．68x5．04x11．2m。煙氣與氨氣均勻混合后垂直向下流經(jīng)反應(yīng)
器，反應(yīng)器入口設(shè)置整流設(shè)備，反應(yīng)器主要由里面布置的催化
劑、催化劑支撐梁、反應(yīng)器殼體、密封板等組成。
(2)煙道系統(tǒng)
煙道分為反應(yīng)器入口煙道和出口煙道二部分。入口煙道
上布置有煙氣導(dǎo)流板、噴氨格柵(AIG)，出口煙道保留一定傾斜
度與余熱鍋爐本體相聯(lián)，以減少煙氣積灰。
(3)氨供應(yīng)系統(tǒng)
氨供應(yīng)系統(tǒng)主要由氨蒸發(fā)器、氨氣緩沖罐及氨輸送管道
等，并備有氨氣吹掃系統(tǒng)。
液氨由液氨罐直接供應(yīng)，液氨在注入SCR系統(tǒng)煙氣之前經(jīng)
由蒸發(fā)器蒸發(fā)氣化，并經(jīng)過緩沖罐穩(wěn)壓后供應(yīng)反應(yīng)器脫硝使用。
(4)氨噴射系統(tǒng)(AIG)’
氨噴射系統(tǒng)包括由氣化的氨與由稀釋風(fēng)機(jī)提供的稀釋空
氣混合的混合器，以及混合氣均勻噴入SCR反應(yīng)器上游煙氣中
的噴氨格柵。
(5)吹灰系統(tǒng)
SCR反應(yīng)器采用聲波吹灰器和蒸汽吹灰器。共裝有4臺聲
波吹灰器和4臺蒸汽吹灰器，吹灰控制引入裝置DCS系統(tǒng)。
3存在問題
(1)當(dāng)前脫硫脫硝裝置外排煙氣中SO：、NOx和粉塵含量均
達(dá)到國家和地方煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，同時s0：和粉塵含量也達(dá)到裝
置設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但煙氣中NOx含量卻經(jīng)常超出設(shè)計(jì)指標(biāo)50mg／
Nm3，最高能達(dá)到100mg／Nm3以上，因此急需投入脫硝模塊，進(jìn)
行脫硝裝置調(diào)試和標(biāo)定。
2015年3月．北毒暫琿I 57
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5f每盤，
萬方數(shù)據(jù)
(2)該余熱鍋爐進(jìn)行設(shè)計(jì)時，噴氨格柵處溫度為6200C，脫
硝反應(yīng)器床層處溫度為3680c，但經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)該處
溫度最大為265℃，當(dāng)前正常在2540C左右，達(dá)不到氨氣與NOx的
合理反應(yīng)溫度，無法進(jìn)行噴氨脫硝。
4優(yōu)化建議
4．1優(yōu)化余熱鍋爐操作
繼續(xù)進(jìn)行余熱鍋爐優(yōu)化調(diào)試，特別是加大煙氣流程優(yōu)化，
盡最大能力減少催化裂化煙氣壓降，在鍋爐負(fù)荷穩(wěn)定的前提
下，適當(dāng)增大煙氣配鳳，增加煙氣流速，在確保鍋爐效率的前提
下，將鍋爐熱量和負(fù)荷進(jìn)行后移，進(jìn)一步提高脫硝反應(yīng)器溫度。
4．2催化裝置進(jìn)行優(yōu)化和煙氣改造
根據(jù)設(shè)計(jì)，進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣量比實(shí)際進(jìn)入的煙氣量要
小，一方面可能有部分煙氣經(jīng)煙道放空蝶閥直接泄漏，另一方
面由于催化裂化裝置負(fù)荷較低，煙氣量也達(dá)不到設(shè)計(jì)工況，同
時催化裂化四旋后煙氣未進(jìn)行回收利用，建議在大修時進(jìn)行改
造試驗(yàn)。
4．3脫硝反應(yīng)器與蒸發(fā)二段位置改造
經(jīng)過對余熱鍋爐的調(diào)試，蒸發(fā)一段與蒸發(fā)二段之間溫度正
好符合設(shè)計(jì)的脫硝反應(yīng)溫度，從現(xiàn)場位置看，需將蒸發(fā)二段與
脫硝反應(yīng)器調(diào)整位置，為減少施工工程量，可將最下層脫硝反
應(yīng)器內(nèi)的催化劑取出裝入最上層催化劑床層內(nèi)，然后將蒸發(fā)二
段布置于最下層脫硝反應(yīng)器位置，基于該余熱鍋爐為模塊化箱
體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有一定的可操作性。
4．4改造蒸發(fā)二段
根據(jù)當(dāng)前余熱鍋爐調(diào)試記錄，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)二段的發(fā)汽量為
10-13t／h左右，占當(dāng)前總發(fā)汽量的三分之一，只要適當(dāng)減少蒸發(fā)
二段的吸熱量，就能將脫硝反應(yīng)器處溫度提高到合適的反應(yīng)溫
度區(qū)間內(nèi)。因此，可對蒸發(fā)二段進(jìn)行新的校核計(jì)算，設(shè)計(jì)一組
換熱量小的蒸發(fā)二段，從而滿足生產(chǎn)和脫硝反應(yīng)需求。
4．5更換脫硝催化劑
調(diào)研催化劑廠家，當(dāng)前國內(nèi)外一直致力于低溫脫硝催化劑
的研究和應(yīng)用，建議選用反應(yīng)溫度在220至300％之間的催化
劑，但由于催化劑成本較高，如果廢棄現(xiàn)有催化劑，可能造成較
大損失。
5結(jié)語
目前，很多類似脫硫脫硝項(xiàng)目面臨著同樣問題，但缺少實(shí)
際運(yùn)行數(shù)據(jù)和類似改造經(jīng)驗(yàn)，本文經(jīng)過對上述脫硫脫硝裝置的
運(yùn)行試驗(yàn)分析，針對該裝置當(dāng)前存在的脫硝技術(shù)問題給出了多
種優(yōu)化措施，希望能夠?qū)?zhǔn)備改造和正在設(shè)計(jì)施工的脫硫脫硝
項(xiàng)目起到良好的借鑒思路，從而更好的完成國家節(jié)能減排任
務(wù)，還大家一片藍(lán)天。
參考文獻(xiàn)：
[1]何雁飛，孫志翱．熱電廠煤粉鍋爐氮氧化物控制技術(shù)應(yīng)用
fJl．工業(yè)鍋爐，2014(1)：42—46．
[2]蔣文舉．煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊[M】．北京：化學(xué)工業(yè)出版
社，2012．
[3]林宗虎，徐通模．實(shí)用鍋爐手冊[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版
社，2009．
(上接第56頁)
沒有出現(xiàn)3點(diǎn)中有2點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的B區(qū)以外符合
沒有出現(xiàn)連續(xù)5點(diǎn)中有4點(diǎn)落在中心線同一側(cè)的C區(qū)
符合
以外
沒有出現(xiàn)連續(xù)15點(diǎn)落在中心線兩側(cè)的C區(qū)內(nèi)符合
沒有出現(xiàn)連續(xù)8點(diǎn)落在中心線兩側(cè)且無一在C區(qū)內(nèi)符合
最終分析：表明氨氮空白值在統(tǒng)計(jì)前期，測試點(diǎn)位連續(xù)集
中于中心線下側(cè)位置，在統(tǒng)計(jì)中后期，測試點(diǎn)位連續(xù)集中于中
心線上側(cè)位置，點(diǎn)位的排列存在異常模式和趨勢，不符合“沒有
出現(xiàn)連續(xù)9點(diǎn)落在中心線同一側(cè)”的判異準(zhǔn)則，檢測過程存在不
穩(wěn)定因素。對引起這種長序列空白值偏低的異?，F(xiàn)象，應(yīng)引起
分析人員的注意，查找出現(xiàn)異常的原因，避免日常工作中重新
出現(xiàn)此現(xiàn)象，影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2．2實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備期間核查
我們同時在實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備期間核查實(shí)施方法中也應(yīng)用
控制圖的過程控制。在期間核查中所建立控制圖的數(shù)據(jù)值均
應(yīng)滿足儀器設(shè)備送檢計(jì)量檢定部門后的數(shù)據(jù)值。因?yàn)?，剛送檢
的儀器測量認(rèn)為是在穩(wěn)態(tài)下所測量得到的數(shù)據(jù)。
在此類方法核查過程中，對核查對象有相對嚴(yán)格的要求，
必須是穩(wěn)定試樣。根據(jù)儀器期間核查的特性，選擇控制用控制
圖。我們運(yùn)用待核查儀器測量而獲取數(shù)值，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來建
立控制圖，并按時間順序描點(diǎn)在圖上。根據(jù)圖中的點(diǎn)落控制限
情況，判斷是否合格。如同上一個例子評價要求，當(dāng)任一描點(diǎn)
值落在任一控制限之外，或在控制限之間的排列不隨機(jī)，即表
示儀器設(shè)備的使用狀態(tài)不可信。
我們以AE一200型電子天平為例，選用X-s控制圖。儀天
平送檢質(zhì)檢單位檢定合格送回后，每天用電子天平對標(biāo)準(zhǔn)砝碼
(49．99989)進(jìn)行稱量，將結(jié)果描點(diǎn)到控制圖中。由根據(jù)((非自動
天平))JJG998-1990中對于該天平的最大允許誤差要求可知，3仃
取值應(yīng)≤O．0019。中心線CL值為49．99989，控制上限UCL為
50．00089，控制下限LCL為49．99889，據(jù)此畫出控制圖，如下。
我們以2013年12月份該天平的核查值為例：
時間電子天平稱量值
50．0007、49．9996、50．0005、49．9996、50．0006、49．9999、50、
49．9994、49．9995、49．9999、50．000l、49．999l、50．0004、49．9995、
2013．12
49．9991、49．9998、50．0002、49．9994、49．9994、50．0001、49．9992、
50．0006、49．9992、50．0001、50．0004
最終分析：從上圖可知，數(shù)據(jù)均未出現(xiàn)異常值，該天平在該
月均是處于統(tǒng)計(jì)可控制的狀態(tài)的，由此評定，該天平期間核查
合格。
3結(jié)語
休哈特控制圖應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室中的質(zhì)量保證控制是統(tǒng)計(jì)過
程控市U(SPC)理論在應(yīng)用上的一次深遠(yuǎn)的探索。利用建立控制
圖，分析過程是否處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)。若出現(xiàn)異常，分析出產(chǎn)
生原因，及時采取糾正改正措施和預(yù)防措施，保證實(shí)驗(yàn)報(bào)告的
質(zhì)量目標(biāo)，使監(jiān)測站在提供為環(huán)境管理提供有更好的技術(shù)依據(jù)。
58 I北甚哲醒．2015年3月
8

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