炭黑尾氣鍋爐環(huán)保超低排放升級(jí)改造
摘要： 炭黑尾氣鍋爐在我國(guó)炭黑工業(yè)中數(shù)量多,而且大部分鍋爐煙氣排放不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求.本文闡述了炭黑尾氣鍋爐超低排放施工過(guò)程中,通過(guò)尾氣成分分析、委托檢測(cè)、方案比較、實(shí)踐,選用最佳的設(shè)計(jì)方案,將煙氣中的煙塵、二氧化硫及高濃度的氮氧化物進(jìn)行深度處理,最終達(dá)到超低排放的要求;特別是氮氧化物的分級(jí)處理,使脫硝效率達(dá)97％以上,摸索出了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),在同行業(yè)的炭黑尾氣鍋爐環(huán)保升級(jí)改造中有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值.
目前，我國(guó)炭黑工業(yè)在近十幾年來(lái)快速的發(fā)展，而且對(duì)炭黑需量還保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。國(guó)內(nèi)的炭黑生產(chǎn)裝置主要以煤焦油和蒽油為主，在利用煤焦油生產(chǎn)各類炭黑制品的過(guò)程中，伴隨著尾氣的產(chǎn)生，該氣體含有一氧化碳（CO），CO可燃但有毒，排到大氣中會(huì)污染空氣且浪費(fèi)能源。為充分利用炭黑尾氣，所以在炭黑生產(chǎn)工藝中設(shè)置了專用的炭黑尾氣鍋爐，燃燒尾氣發(fā)電、供熱，不僅節(jié)能環(huán)保還能為企業(yè)增加效益。相對(duì)日趨嚴(yán)格的環(huán)保形式，現(xiàn)有的大部分炭黑尾氣鍋爐已不能滿足要求，必須進(jìn)行環(huán)保升級(jí)改造。
1 炭黑尾氣的產(chǎn)生與成分
現(xiàn)國(guó)內(nèi)炭黑生產(chǎn)裝置主要是利用燃料油把煤焦化企業(yè)的副產(chǎn)品煤焦油、蒽油在反應(yīng)爐中燃燒，經(jīng)高溫裂解、噴水急冷，再經(jīng)過(guò)袋濾器分離生成炭黑，主產(chǎn)品炭黑進(jìn)行造粒，包裝，副產(chǎn)品炭黑尾氣送入尾氣鍋爐燃燒。由于生產(chǎn)過(guò)程是不完全燃燒，而且中間噴水急冷決定炭黑尾氣的主要成分是水蒸汽、氮?dú)、一氧化碳等，具體成分見(jiàn)表1。
2 尾氣鍋爐煙氣的原始排放
山東棗莊某發(fā)電公司65t/h炭黑尾氣鍋爐，2011年投運(yùn)，利用炭黑尾氣發(fā)電、供熱，隨著環(huán)保要求嚴(yán)格，必須滿足超低排放要求。公司委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行鍋爐原始排放檢測(cè)，以便為方案制定、工程設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。在鍋爐滿負(fù)荷的情況下，依據(jù)國(guó)標(biāo)采樣法和測(cè)定法，利用嶗應(yīng)3012H-D煙塵采樣儀和英國(guó)KANE950煙氣分析儀，進(jìn)行連續(xù)6次采樣分析，取平均值，測(cè)試結(jié)果：煙塵26.6mg/Nm3，二氧化硫787mg/Nm3，氮氧化物1435mg/Nm3。
3 對(duì)照國(guó)標(biāo)，制定方案
目前，超低排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在基準(zhǔn)氧為6%的情況下，煙塵＜5mg/ Nm3，二氧化硫＜35mg/ Nm3，氮氧化物＜50mg/Nm3。根據(jù)鍋爐原始排放測(cè)定的數(shù)據(jù)，綜合考慮，分別制定方案。
3.1 二氧化硫的處理方案
目前，處理二氧化硫的常規(guī)方法有氨法、雙堿法、石灰石-石膏法等，各處理方法因地制宜，則優(yōu)選擇，但石灰石-石膏法在脫硫工藝中占比最高，運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，脫硫劑就地取材，副產(chǎn)品石膏可作為建筑材料，無(wú)二次廢物產(chǎn)生，選此法較為可行。
根據(jù)測(cè)定結(jié)果787 mg/Nm3的實(shí)際情況，二氧化硫含量不算高，處理難度不大。在工程設(shè)計(jì)上有制漿系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、石膏脫水系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等，本著即滿足工程需要又節(jié)約投資的原則，特別是噴淋系統(tǒng)，一層噴淋即可脫除二氧化硫，但考慮到煙氣氣流不均影響脫硫效果，設(shè)計(jì)兩層工作噴淋再加一層備用噴淋，備用層以防設(shè)備故障能及時(shí)投入，并在噴淋層上部裝設(shè)波形分離器，用以捕捉煙氣中攜帶的石膏液滴。這樣兩層噴淋系統(tǒng)可以可靠的把二氧化硫控制在35mg/Nm3以下。
3.2 煙塵的處理方案
作為煙塵主要來(lái)源是在炭黑生產(chǎn)過(guò)程中袋濾器的泄漏，經(jīng)尾氣鍋爐的二次燃燒，沒(méi)有新增塵排放，測(cè)定數(shù)據(jù)26.6mg/Nm3，無(wú)法使用常規(guī)的布帶除塵器或普通的電除塵器處理，所以只有采用濕式電除塵器才能滿足，而濕式電除塵器的安裝位置必須放在脫硫塔出口，協(xié)同除去煙氣中微小的石膏液滴，滿足煙塵排放＜5mg/Nm3。
3.3 氮氧化物的處理方案
根據(jù)煙氣原始排放檢測(cè)數(shù)據(jù)1435mg /Nm3，處理后要達(dá)到50 mg/Nm3以內(nèi)，脫硝效率要達(dá)到97%以上，處理難度極大，成為本次超低排放改造的難點(diǎn)，經(jīng)多方分析，制定分級(jí)脫硝方案：
（1）更換低氮燃燒器。首先從鍋爐燃燒入手，從源頭上降低氮氧化物的生成，在鍋爐廠定制低氮燃燒器，分多層配風(fēng)，合理配比燃料和空氣的比例，降低燃燒中心的溫度，
形成低氧、低氮燃燒，降低了氮氧化物的生成。
（2）增加燃盡風(fēng)。使用低氮燃燒器，屬于低氧燃燒，有部分氣體沒(méi)有完全燃燒，不加以利用會(huì)造成浪費(fèi)，在燃燒中心上部增加燃盡風(fēng)噴嘴，保證即充分燃燒不浪費(fèi)，又分散爐膛的溫度場(chǎng)，也起到減少污染物產(chǎn)生的目的。
(3)增加煙氣再循環(huán)。煙氣再循環(huán)脫硝技術(shù)起源于燃煤鍋爐，是一種成熟的實(shí)用技術(shù)，該技術(shù)也適用于炭黑尾氣鍋爐。從引風(fēng)機(jī)出口正壓區(qū)開(kāi)口，選取合適的管徑，通過(guò)電動(dòng)閥門調(diào)節(jié)，讓高溫?zé)煔膺M(jìn)入一次風(fēng)機(jī)入口，再利用一次風(fēng)機(jī)送入鍋爐，在一定程度上可以減少氮氧化物的生成。
（4）采用SNCR脫硝法。SNCR法即爐內(nèi)噴氨，在燃盡風(fēng)噴嘴上部，爐膛兩側(cè)溫度合適的位置開(kāi)孔，安裝高效扇形霧化噴槍，將濃度20%氨水配合稀釋水、稀釋風(fēng)均勻的噴入，達(dá)到初步脫硝的目的。此過(guò)程的要點(diǎn)是氨水泵必須為變頻泵，方便調(diào)節(jié)；稀釋水必須為除鹽水，可以有效的防止噴嘴結(jié)垢。由于SNCR脫硝法的效率僅為67%左右，不能完全達(dá)標(biāo)，還需要進(jìn)一步深度處理。
（5）采用SCR脫硝法。經(jīng)過(guò)上述四種技術(shù)措施，煙氣中剩余的氮氧化物含量不高，只能采用爐外SCR脫硝法即增加煙道長(zhǎng)度、安裝催化劑，在設(shè)計(jì)上要盡力減小煙道的阻力，以減少引風(fēng)機(jī)的電耗。催化劑宜采用大孔徑、無(wú)毒的催化劑，分兩層布置，并預(yù)留備用層的安裝位置。
煙氣中的氮氧化物通過(guò)以上五個(gè)步驟，分級(jí)減少、去除，最終把排放值控制在50 mg/Nm3以內(nèi)。
4 結(jié)語(yǔ)
炭黑尾氣鍋爐經(jīng)過(guò)測(cè)定原始排放、制定實(shí)施方案、改造施工后，滿負(fù)荷調(diào)試運(yùn)行，煙氣中氧含量4%左右，污染物的排放能完全達(dá)到超低排放的要求，并通過(guò)環(huán)保部門的在線連續(xù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控，是一次成功的改造案例。在全國(guó)同行業(yè)中還有很多類似的鍋爐需要改造，非常值得推廣應(yīng)用。
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