炭黑尾氣低氮燃燒煙氣脫硝技術應用

黃建鵬

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

中策橡膠集團有限公司（以下簡稱“中策公司”）在富陽新登開發區的生產基地，主要產品為全鋼子午線輪胎（500 萬套/a），配套生產炭黑（10 萬t/a），所生產炭黑用于輪胎生產，作為填充補強原材料，炭黑生產其實也是輪胎生產的一部分。

做好環境保護是企業重中之重，也是生存發展的必要條件。 炭黑制造屬有機化工，炭黑生產過程中主要環保問題是炭黑尾氣和干燥機廢氣處理，炭黑尾氣經焚燒供熱發電，焚燒后的煙氣須進行處理后達標排放，干燥機廢氣與煙氣成分差不多，污染物中二氧化硫質量濃度約1 mg/L，氮氧化物（NOX）質量濃度約0.7 mg/L，也須處理后達標排放。

近年來，因環保逐漸成為炭黑生產企業生存和發展的關鍵要素，各炭黑生產企業紛紛開展煙氣脫硫脫硝技術處理課題研究，中策公司也在煙氣治理上進行了不斷探索。 經多年實踐，脫硫技術已基本成熟，采用石灰石- 石膏法（大濕法）二氧化硫質量濃度可穩定控制在0.05 mg/L 以下，但脫硝仍是個難點。

目前中策公司2 臺35 t/h尾氣鍋爐，采用選擇性非催化劑還原（SNCR）法脫硝，脫硝效果40%～50%，NOX排放質量濃度低于老標準（≤0.4 mg/L），可達標排放，但存在氨逃逸現象，尾部受熱面也發生積鹽堵灰。 現在新標準要求氮氧化物質量濃度≤0.15 mg/L，為此，需研究開發新的脫硝方法。

1 主要脫硝技術的比較和選擇

炭黑尾氣鍋爐的煙氣和干燥機廢氣的成分與燃煤鍋爐或天然氣鍋爐有很大區別，產生的NOX含量很高，煙氣中水分含量大，對尾部設備的腐蝕也比較嚴重。

目前主要運用的脫硝技術有選擇性催化還原（SCR）法、SNCR 法、低氮燃燒法和臭氧氧化法，其經濟和技術對比見表1。

表1 主要脫硝技術經濟和技術對比

經多方比較、研究分析和行業調研，決定采用低氮燃燒+SCR 法脫硝技術，低氮燃燒技術在尾氣鍋爐上的應用，可有效降低脫硝成本；SCR 脫硝技術的應用，可提高脫硝效率，脫除更多氮氧化物，確保煙氣達標排放。 同時，相比SNCR 法，氨水用量可節約30%，也不會發生氨逃逸超標。

在新增的1 臺備用尾氣鍋爐及炭黑干燥機廢氣處理上，采用低氮燃燒+SCR 法脫硝。 新鍋爐投產后，對原有2 臺鍋爐逐臺進行改造。

2 低氮燃燒+SCR 法脫硝技術介紹

2.1 低氮燃燒技術

2.1.1 低氮燃燒器

基本原理：空氣與燃料充分均勻接觸，避免局部過熱，降低局部NOX生成量，通過控制參與燃燒的空氣量，使燃燒區缺氧，燃料不充分燃燒，降低燃燒區溫度，從而降低NOX。

炭黑尾氣作為燃料，其主要特點是：熱值低、不穩定且燃燒易脫火。 因此，其燃燒的穩定和安全是關健。 燃燒器采用內分級配風復合降氮型式，設置分級配風系統，在控制燃燒初期缺氧的狀態下，保留足夠的燃燒擾動力，使燃燒的穩定性、氣氛得到更具操作性的控制，確保留出足夠的還原燃燒時間，使已生成的NOX得到有效還原時間的同時，通過旋轉對沖風系統使燃燒時間延長，燃燒的強度得到加強，燃燒效率得到有效保證。 經熱態調試，控制各燃燒器及對沖風噴口的風的送入，做到燃料和空氣的精準配比，既保證了噴口出口區域的適度缺氧高溫燃燒，以實現充分燃燒和進一步提高NOX的還原率，又降低了NOX的排放。

低氮燃燒器主要針對炭黑尾氣專門設計，由本體和附件（主氣槍、火焰檢測設備等）組成。

小學科學與其他學科最大的不同就是科學學科的知識與日常生活聯系更緊密，且理論知識更加抽象。教師在開展教學活動時，要注重將教學內容與生活實際聯系起來，從而點燃學生學習熱情，促使科學學科教學更加趨向生活化。

為進一步降低NOX排放，引入對沖風作為燃燒器的二次配風。

2.1.2 空氣分級燃燒

空氣分段給入，使燃燒器前主燃區缺氧燃燒，嚴格控制缺氧時間，降低NOX生成量，在燃燒器上方溫度下降后，再補入空氣，作為燃盡風，使未燃成分充分燃燒，保證鍋爐效率不受影響。

分級燃燒風量調節有一定配比，需根據鍋爐不同工況及時進行調節。

2.1.3 煙氣再循環

控制主燃區溫度，降低NOX生成量，提高脫硝效率。

再循環煙氣量要根據爐膛燃燒情況進行不斷調節，再循環風機采用變頻風機，煙道上加裝調節擋板，對再循環煙氣量實時進行調節。

再循環煙氣量與原煙氣量的比稱為再循環率，一般再循環率上升，爐膛溫度降低，NOX也下降，尾氣鍋爐煙氣再循環率一般控制在10%～20%，根據鍋爐的不同工況，爐膛溫度進行調節，將NOX濃度控制在合理范圍內。

2.2 SCR 脫硝技術

SCR 脫硝法就是選擇性催化還原法，環保工程上用得很廣泛，技術上也成熟，尤其在燃煤鍋爐上用得最多，然而在尾氣鍋爐上用得不多，中策公司技術團隊也有一些顧慮。 主要有以下問題：尾氣鍋爐煙氣含水量大，是燃煤鍋爐煙氣的5 倍，煙氣成分復雜，含較多有機物，造成催化劑容易中毒，失去催化還原反應效力。 另外，煙氣中會帶有一定炭黑等油性雜質粉塵，造成蜂窩狀催化劑孔堵塞或覆蓋，讓催化劑失效，也阻止了煙氣流通，會嚴重影響鍋爐正常運行。

為解決應用SCR 法在尾氣鍋爐脫硝中遇到的問題，中策公司技術團隊專門找了有研究能力的催化劑廠家，針對炭黑尾氣鍋爐煙氣專門定制催化劑，保證催化劑的效果，防止中毒失效。

針對催化劑孔容易積灰和堵塞的問題，合理布置了蒸汽吹灰裝置，并加大運行中吹灰頻次，解決積灰和堵塞，保持煙氣通暢。

因原SNCR 法建有氨水系統，因此，SCR 法采用氨水作還原劑，并利用原有系統。

SCR 法脫硝效率高于SNCR 法， 脫除率可達90%以上，根據環保排放要求，為保證脫硝效率，催化劑采用雙層布置，每層9 個模塊，整個系統采用DCS（分布式控制系統）控制，系統的啟動、正常運行監控和事故處理實現自動化。

由于使用催化劑，相比SNCR 法，SCR 法的氨逃逸量少，既可節約氨水消耗，也可達到氨逃逸環保要求。

3 系統布置

在原來鍋爐基礎上，更換上低氮燃燒器，配置了再循環煙氣系統和燃盡風系統，在鍋爐的尾部，增加二級SCR 裝置，為此拉高鍋爐的總高度，催化劑前裝有噴氨格柵，催化劑被安放在尾部豎井煙道內，省煤器前，煙氣平行流經催化劑表面。 催化劑單元垂直布置，煙氣自上向下流動。

脫硝裝置前安裝有煙氣恒溫調節裝置，確保煙氣溫度在320～420 ℃，還設置混合箱，炭黑干燥機廢氣引入混合箱，與尾氣鍋爐煙氣一起進行SCR 層脫硝后進入吸收塔脫硫。

4 運行情況總結

對低氮燃燒和SCR 脫硝進行了分步調試，原鍋爐的NOX初始質量濃度約0.7 mg/L，投入低氮燃燒后，隨著返流煙氣的逐步加大，NOX降低，在不同負荷下，返流煙氣15%～20%左右時，投入分級送風后，NOX質量濃度降至約0.35 mg/L，如再增加返流煙氣，NOX還可降低，但爐膛溫度也下降較大，引起燃燒不穩，鍋爐出力也下降，因此不宜再增加返流煙氣。在低氮燃燒穩定后，再投入SCR 脫硝，NOX質量濃度降至約0.08 mg/L，遠低于排放標準（≤0.15 mg/L），氨氣逃逸3×10-6，低于標準（≤10×10-6），氨水消耗量也比SNCR 節約30%，有效降低脫硝成本。

5 存在的問題和改進方法

由于炭黑尾氣作為燃料的特殊性，低氮燃燒技術沒有資料或實例可參考，調試過程也是不斷摸索，尾氣熱值低，返流煙氣過大，容易造成爐膛燃燒不穩，影響鍋爐效率，太小又使低氮效果受影響，分級送風也一樣影響爐膛燃燒，排煙溫度也會不同程度上升，因此，需要勤調節，在低氮和效率之間找到最佳點。

SCR 法脫硝在尾氣鍋爐上應用，最大的問題是后部省煤器和空預器發生堵塞以及換熱面積灰，為此，選用光管省煤器，間距也適當加大，并加大尾部受熱面的布置，降低排煙溫度，提高鍋爐效率。

6 結語

低氮燃燒和SCR 脫硝技術常見于燃煤鍋爐上的應用，中策公司將其用在炭黑尾氣鍋爐上，取得良好效果，相比其他脫硝方法，費用低，效率高，盡管還存在一些問題，需要進一步完善，但方法選擇是正確的，技術上也是完全可行的，結果也是比較圓滿的，中策公司將總結經驗，優化方案并在老鍋爐的改造上再實施。