SCR法烟气脱硝技术在FCC锅炉中的应用

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摘 要： 催化裂化是石油炼制过程中重要的过程之一，但同时也排放了大量污染气体和污染物。SCR法烟气脱硝技术作为能够有效地降低氮氧化物排放量的技术之一，在炼厂中得到了广泛的应用。本文结合某厂的SCR法烟气脱硝装置，介绍了SCR法烟气脱硝技术的原理和应用状况。

关 键 词： SCR烟气脱硝；催化裂化。

中图分类号：TQ 032.4 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）06-1179-03

随着我国经济的快速发展，化石能源的消耗也逐年增加，环境问题也随之日益凸显。国家在“十二五”期间加大对氮氧化物（NOX）等污染物的总量和排放进行了严格控制，其中氮氧化物的排放限值从2003年的450 mg/m3下降到2011年的100 mg/m3，[1]个别地区的排放限值达到了50 mg/m3。“十三五”期间，国家的环保政策走向不会改变。炼油厂是主要的氮氧化物（NOX）排放源之一，催化裂化装置（FCC）烟气中的NOX排放量一般占全场NOX排放量的50%，是炼油厂中最大的NOX排放源。[2]为满足目前的环保要求，FCC装置都进行了改造或新建，增加了烟气脱硝单元，其中以SCR法烟气脱硝的应用最为广泛。

1 SCR法烟气脱硝原理

SCR（Selective Catalytic Reduction）法烟气脱硝，即选择性催化还原法，是指利用还原剂（NH3或尿毒等）在金属催化剂的作用下，有选择性的与烟气中的氮氧化物（NOX）反应并生成N2和H2O。[3]SCR法烟气脱硝是一种操作控制简单、脱硝效率高的成熟技术，也是目前应用最为广泛的脱硝技术[4，5]。

SCR法烟气脱硝的化学反应方程式是：

SCR反应器中的烟气温度一般设计要求为320～420 ℃之间，因为当烟气温度位于340～380 ℃之间时，催化剂活性物的活性最高，催化还原反应效率最高。[6]SCR反应是放热反应，但由于NOX在烟气中的浓度较低，所以反应引起的烟气温度和催化剂温度升高可以忽略不计。

SCR反应器由氨的储存系统、氨和空气的混合系统、氨喷入系统、反应器系统及检测控制系统等组成，包括导流板、喷氨格栅、吹灰器、催化剂层、氨缓冲罐、氨蒸发器、液氨罐以及相应的检测和控制系统，图1是某厂SCR法烟气脱硝工艺流程示意图。

1.1 供氨系统

供氨系统包括：液氨罐、氨蒸发器、氨缓冲罐和稀释风机等。液氨罐中的液氨进入氨蒸发器，通过加热气化为氨气，通过减压阀减压至0.3～0.35 MPa后进入氨缓冲罐。氨气出氨缓冲罐后与稀释风混合并进入SCR反应器。

氨蒸发器选用水浴加热，水浴温度为60 ℃，并设定高温（70 ℃）和低温（55 ℃）报警；稀释风机一开一备，流量按满负荷氨量的1.15倍，对空气的混合比为5%设计。氨的注入量控制是由SCR进出口NOx、氧浓度、烟温、稀释风量和烟气流量来控制。

1.2 SCR反应器

SCR反应器的设计采用两层固定床并安装催化剂，没有预留层。其中烟气流向竖直向下。催化剂上方设有吹灰器，可自动为催化剂表面进行吹扫。吹灰器的类型可选用蒸汽吹灰器或声波吹灰气。SCR反应器的烟气温度严格控制在320～420 ℃之间，既可以保证催化剂的活性和脱除效率，又可以防止催化剂烧结。

1.3 内构件

SCR脱硝反应器内构件包括两部分：导流板和喷氨格栅。作用是保证烟气流向始终与烟道截面垂直。

导流板位于锅炉烟道的弯曲部分。在不安装导流板的情况下，烟气在通过烟道弯曲部分时会形成湍流，湍流会造成烟气经过催化剂床层时的不垂直，使脱硝效率降低。导流板的安装可以有效阻止烟气经过弯曲烟道时形成湍流，保证烟气经过弯曲烟道后流向与横截面垂直。

氨气和稀释风的混合气体通过喷氨格栅进入SCR反应器。喷氨格栅包含了若干根喷氨管，每根喷氨管都安装了流量控制模块，可根据锅炉负荷调节氨气量。喷氨格栅可以调节气体分流并保证氨气和烟气的充分且均匀的混合，有利于氨气和NOx的充分接触，提高了脱硝效率。

2 SCR法烟气脱硝的应用

2.1 原料情况

某厂300万t/a催化裂化联合装置（以下简称催化裂化装置）进行了余热锅炉改造，完成了烟气脱硝单元的建设投用。催化裂化装置处理量375 t/h。脱硝单元入口烟气主要来自催化裂化装置再生器，脱硝还原剂为氨气，具体烟气组成、氨气如表1所示。

2.2 烟气和氨气性质

催化裂化装置中，烟气脱硝单元主要参数如表

2所示。

2.3 SCR反应器运行情况

在装置运行期间，烟气中NOx浓度高达500 mg/m3，远超设计值，故在SCR反应器前使用了脱硝助剂，脱硝单元入口烟气NOx含量平均值282 mg/m3，其它工艺条件达到设计要求，如表3所示。

从上表数据可知，运行时外排烟气NOx含量为54 mg/m3，达到设计指标；装置的脱硝效率为81%，达到正常设计指标；脱硝反应器压降0.46 kPa，低于设计指标；氨逃逸量0.17 mg/m3，低于设计指标，基本可控。

3 结论与展望

SCR法烟气脱硝技术在FCC中的应用，其工艺流程比较成熟，能够对NOx排放进行有效的控制，对FCC乃至炼厂的污染物排放量有很大影响。但也存在着一些问题：当脱硝反应器入口烟气温度过低时，氨气会与三氧化硫反应并生成亚硫酸氢铵，该物质会粘附在锅炉炉管表面并吸附烟气中的粉尘，在炉管外形成坚实且具有腐蚀性的垢，不但造成锅炉炉管换热效率下降，锅炉排烟温度上升，影响锅炉整体运行效率，还加快了锅炉炉管的垢下腐蚀，缩短了锅炉运行寿命。随着环保标准的日益严格，SCR法烟气脱硝技术会得到更广泛的应用，但仍需不断完善和改进，在可持续发展的战略下，实现低能耗、高效率的烟气脱硝。

参考文献：

[1] 苏晖. 全负荷SCR脱硝技术分析及研究[J]. 科技视界，2015（2）：316-317.

[2] 孙克勤，钟秦. 火电厂烟气脱硝技术及工程应用[M]. 北京：化学工业出版社，2012.

[3] 康征，孟凡宁，杨栩. 催化烟气脱硫脱硝现状与发展[J]. 辽宁化工，2015，4（2）：158-160.

[4] 高续春，代宏哲，马亚军. 燃煤烟气联合脱硫脱硝技术的研究进展[J]. 当代化工，2015（10）：2371-2373.

[5] 王立坤. 烟气同时脱硫脱硝工艺的研究进展[J]. 当代化工，2014（3）：423-425.

[6] 王学海，李勇，刘忠生等. 锅炉烟气脱硝工业侧线试验[J]. 当代化工，2013（11）：1485-1487.