炭黑尾气锅炉环保超低排放升级改造
摘要： 炭黑尾气锅炉在我国炭黑工业中数量多,而且大部分锅炉烟气排放不能满足新标准的要求.本文阐述了炭黑尾气锅炉超低排放施工过程中,通过尾气成分分析、委托检测、方案比较、实践,选用最佳的设计方案,将烟气中的烟尘、二氧化硫及高浓度的氮氧化物进行深度处理,最终达到超低排放的要求;特别是氮氧化物的分级处理,使脱硝效率达97％以上,摸索出了宝贵的实践经验,在同行业的炭黑尾气锅炉环保升级改造中有很高的推广应用价值.
目前，我国炭黑工业在近十几年来快速的发展，而且对炭黑需量还保持增长态势。国内的炭黑生产装置主要以煤焦油和蒽油为主，在利用煤焦油生产各类炭黑制品的过程中，伴随着尾气的产生，该气体含有一氧化碳（CO），CO可燃但有毒，排到大气中会污染空气且浪费能源。为充分利用炭黑尾气，所以在炭黑生产工艺中设置了专用的炭黑尾气锅炉，燃烧尾气发电、供热，不仅节能环保还能为企业增加效益。相对日趋严格的环保形式，现有的大部分炭黑尾气锅炉已不能满足要求，必须进行环保升级改造。
1 炭黑尾气的产生与成分
现国内炭黑生产装置主要是利用燃料油把煤焦化企业的副产品煤焦油、蒽油在反应炉中燃烧，经高温裂解、喷水急冷，再经过袋滤器分离生成炭黑，主产品炭黑进行造粒，包装，副产品炭黑尾气送入尾气锅炉燃烧。由于生产过程是不完全燃烧，而且中间喷水急冷决定炭黑尾气的主要成分是水蒸汽、氮气、一氧化碳等，具体成分见表1。
2 尾气锅炉烟气的原始排放
山东枣庄某发电公司65t/h炭黑尾气锅炉，2011年投运，利用炭黑尾气发电、供热，随着环保要求严格，必须满足超低排放要求。公司委托有资质的单位进行锅炉原始排放检测，以便为方案制定、工程设计提供准确的依据。在锅炉满负荷的情况下，依据国标采样法和测定法，利用崂应3012H-D烟尘采样仪和英国KANE950烟气分析仪，进行连续6次采样分析，取平均值，测试结果：烟尘26.6mg/Nm3，二氧化硫787mg/Nm3，氮氧化物1435mg/Nm3。
3 对照国标，制定方案
目前，超低排放的国家标准，在基准氧为6%的情况下，烟尘＜5mg/ Nm3，二氧化硫＜35mg/ Nm3，氮氧化物＜50mg/Nm3。根据锅炉原始排放测定的数据，综合考虑，分别制定方案。
3.1 二氧化硫的处理方案
目前，处理二氧化硫的常规方法有氨法、双碱法、石灰石-石膏法等，各处理方法因地制宜，则优选择，但石灰石-石膏法在脱硫工艺中占比最高，运行可靠、稳定，脱硫剂就地取材，副产品石膏可作为建筑材料，无二次废物产生，选此法较为可行。
根据测定结果787 mg/Nm3的实际情况，二氧化硫含量不算高，处理难度不大。在工程设计上有制浆系统、喷淋系统、石膏脱水系统、电器控制系统等，本着即满足工程需要又节约投资的原则，特别是喷淋系统，一层喷淋即可脱除二氧化硫，但考虑到烟气气流不均影响脱硫效果，设计两层工作喷淋再加一层备用喷淋，备用层以防设备故障能及时投入，并在喷淋层上部装设波形分离器，用以捕捉烟气中携带的石膏液滴。这样两层喷淋系统可以可靠的把二氧化硫控制在35mg/Nm3以下。
3.2 烟尘的处理方案
作为烟尘主要来源是在炭黑生产过程中袋滤器的泄漏，经尾气锅炉的二次燃烧，没有新增尘排放，测定数据26.6mg/Nm3，无法使用常规的布带除尘器或普通的电除尘器处理，所以只有采用湿式电除尘器才能满足，而湿式电除尘器的安装位置必须放在脱硫塔出口，协同除去烟气中微小的石膏液滴，满足烟尘排放＜5mg/Nm3。
3.3 氮氧化物的处理方案
根据烟气原始排放检测数据1435mg /Nm3，处理后要达到50 mg/Nm3以内，脱硝效率要达到97%以上，处理难度极大，成为本次超低排放改造的难点，经多方分析，制定分级脱硝方案：
（1）更换低氮燃烧器。首先从锅炉燃烧入手，从源头上降低氮氧化物的生成，在锅炉厂定制低氮燃烧器，分多层配风，合理配比燃料和空气的比例，降低燃烧中心的温度，
形成低氧、低氮燃烧，降低了氮氧化物的生成。
（2）增加燃尽风。使用低氮燃烧器，属于低氧燃烧，有部分气体没有完全燃烧，不加以利用会造成浪费，在燃烧中心上部增加燃尽风喷嘴，保证即充分燃烧不浪费，又分散炉膛的温度场，也起到减少污染物产生的目的。
(3)增加烟气再循环。烟气再循环脱硝技术起源于燃煤锅炉，是一种成熟的实用技术，该技术也适用于炭黑尾气锅炉。从引风机出口正压区开口，选取合适的管径，通过电动阀门调节，让高温烟气进入一次风机入口，再利用一次风机送入锅炉，在一定程度上可以减少氮氧化物的生成。
（4）采用SNCR脱硝法。SNCR法即炉内喷氨，在燃尽风喷嘴上部，炉膛两侧温度合适的位置开孔，安装高效扇形雾化喷枪，将浓度20%氨水配合稀释水、稀释风均匀的喷入，达到初步脱硝的目的。此过程的要点是氨水泵必须为变频泵，方便调节；稀释水必须为除盐水，可以有效的防止喷嘴结垢。由于SNCR脱硝法的效率仅为67%左右，不能完全达标，还需要进一步深度处理。
（5）采用SCR脱硝法。经过上述四种技术措施，烟气中剩余的氮氧化物含量不高，只能采用炉外SCR脱硝法即增加烟道长度、安装催化剂，在设计上要尽力减小烟道的阻力，以减少引风机的电耗。催化剂宜采用大孔径、无毒的催化剂，分两层布置，并预留备用层的安装位置。
烟气中的氮氧化物通过以上五个步骤，分级减少、去除，最终把排放值控制在50 mg/Nm3以内。
4 结语
炭黑尾气锅炉经过测定原始排放、制定实施方案、改造施工后，满负荷调试运行，烟气中氧含量4%左右，污染物的排放能完全达到超低排放的要求，并通过环保部门的在线连续监测平台，实时监控，是一次成功的改造案例。在全国同行业中还有很多类似的锅炉需要改造，非常值得推广应用。
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