選擇性非催化還原煙氣脫硝技術在垃圾焚燒發(fā)電廠的應用

張輝

(深圳市能源環(huán)保有限公司，廣東深圳　518052)

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選擇性非催化還原煙氣脫硝技術在垃圾焚燒發(fā)電廠的應用

張輝

(深圳市能源環(huán)保有限公司，廣東深圳518052)

摘要:選擇性非催化還原(SNCR)技術是一種建設周期短、投資少、脫硝效率中等的煙氣脫硝技術，適合于對中小型電廠特別是垃圾焚燒發(fā)電廠的改造。結合實例介紹了SNCR技術的工作原理，并提出應注意的問題，SNCR技術和其他脫硝技術的聯(lián)合應用可在較低投資成本下進一步降低NOx排放質量濃度。

關鍵詞:垃圾焚燒;煙氣脫硝;選擇性非催化還原技術;噴氨

0　引言

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市人口迅速增加，城市的垃圾量也在迅速增加，而通過城市生活垃圾焚燒發(fā)電是最清潔、高效、環(huán)保，也是目前國際上最流行的垃圾處理方法之一。但隨著環(huán)保要求的日益提高，對焚燒過程中煙氣排放現(xiàn)值的要求也越來越嚴格。對于煙氣中SOx的排放目前已有比較成熟的控制措施，對NOx的排放而言，選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術以其成本較低、改造方便［1］、易與其他脫硝技術協(xié)同應用等特點被垃圾焚燒發(fā)電廠廣泛應用，尤其是已運營的垃圾焚燒發(fā)電廠在進行脫硝技術改造時，大多采用SNCR技術。

1　NOx的生成原理

燃燒過程中NOx的生成原理比較復雜，NOx的生產(chǎn)量與燃燒方式、特別是燃燒溫度、過量空氣系數(shù)及煙氣在鍋爐內的停留時間等因素密切相關，研究燃燒過程中NOx的生成原理對有效抑制它的產(chǎn)生具有重要意義。

目前，常規(guī)燃燒方式產(chǎn)生的NOx主要包括NO，NO2及少量N2O等，其中NO占90％以上，NO2占5％～10％，因此，NOx的生成量主要取決于NO。在焚燒過程中NOx的生成主要來源于以下3個方面:由焚燒垃圾中含氮化物的物質熱分解而產(chǎn)生NOx;由空氣中的N2與焚燒垃圾中的碳氫離子團反應而生成NOx;空氣中的N2在高溫下氧化生成NOx。其中，焚燒垃圾中含氮量越高，NOx的排放量越大;鍋爐燃燒時過量空氣系數(shù)越高，NOx生成量越大。降低過量空氣系數(shù)雖然可以抑制NOx的生成，但會導致CO排放量增加。鍋爐燃燒溫度越高，NOx排放量越大，并且在通常狀況下，鍋爐負荷的增加對NOx排放也有促進作用。

2　SNCR技術的脫硝原理

SNCR技術是以尿素((NH2)2CO)或氨水(NH3)等作為還原劑，通過設備將還原劑制成低質量濃度的含氨溶液，在爐膛適當?shù)臏囟确秶鷥?850～1100℃)噴入含氨溶液，使煙氣中的NOx與溶液中的NH3發(fā)生反應，最終生成N2和H2O。在整個反應過程中不需要催化劑。

若以NH3為還原劑，主要反應為

副反應為

若采用(NH2)2CO作為還原劑，反應為

副反應同式(2)。

該反應對溫度的要求很高，只有在850～1 100℃才能有效進行，溫度高時還會出現(xiàn)如式(2)的副反應，增加煙氣中NOx的質量濃度。

3　SNCR脫硝系統(tǒng)流程

SNCR脫硝系統(tǒng)(以NH3作為還原劑為例)如圖1所示，主要由以下幾部分組成。

(1)還原劑儲存。還原劑儲存單元目的為接受外來的還原劑，包括還原劑儲罐、加注泵模塊及緊急噴淋系統(tǒng)。還原劑由廠外通過密封罐車運來，通過還原劑儲罐附近的加注泵模塊將還原劑從罐車泵送入儲罐。出于安全考慮，在儲罐附近裝有緊急噴淋系統(tǒng)，在緊急情況下用于沖洗。

圖1　SNCR脫硝系統(tǒng)流程

(2)還原劑輸送泵單元和軟水輸送泵單元。還原劑氨水輸送泵單元的目的是將儲罐內的還原劑加壓輸送至混合單元，由不銹鋼泵及附件組成。軟水輸送泵單元的目的是將軟水加壓輸送至混合單元，由不銹鋼泵及附件組成，對還原劑適當稀釋。

(3)混合及分配單元。還原劑、軟水的混合和分配工作由混合及分配單元統(tǒng)一完成，在此單元，2種流體根據(jù)給定的配方進行配比混合，達到合適的質量濃度和流量以滿足運行條件的要求，并向各個噴射器提供混合至合適質量濃度的還原劑溶液。

(4)噴射器單元。每套噴射器單元控制1個噴射器，噴射器安裝于焚燒爐膛出口第1煙道，根據(jù)爐膛結構和運行參數(shù)分布幾層，目的是在一定溫度范圍均勻混合還原劑與爐膛煙氣，以達到高效脫硝的目的。

(5)控制和管理單元?？刂坪凸芾韱卧脕碚{整、管理、監(jiān)測整個工藝的完成，使整個SNCR脫硝系統(tǒng)自動、安全、穩(wěn)定運行。

4　SNCR脫硝系統(tǒng)在某垃圾焚燒發(fā)電廠應用

以深圳某已運營的垃圾焚燒發(fā)電廠為例，其主要燃料為生活垃圾，焚燒爐基礎數(shù)據(jù)見表1，以NH4OH作為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng)設計參數(shù)見表2，SNCR脫硝系統(tǒng)排放及消耗量見表3。

由于SNCR反應發(fā)生在爐膛內，無法直觀對比，故在試驗過程中先中止SNCR系統(tǒng)運行，使焚燒爐在沒有SNCR參與下穩(wěn)定運行24 h并記錄NOx的排放情況，然后投入運行SNCR系統(tǒng)并記錄24 h內焚燒爐NOx的排放情況。SNCR系統(tǒng)投入與未投入時NOx排放質量濃度曲線對比如圖2所示。

表1　焚燒爐基礎數(shù)據(jù)

表2　SNCR脫硝系統(tǒng)設計參數(shù)

表3　SNCR脫硝系統(tǒng)排放及消耗量

5　選擇SNCR工藝需注意的問題

(1)根據(jù)爐膛溫度場分布來布置SNCR噴槍，保證噴氨區(qū)域溫度為850～1100℃，噴槍與水平面保持小角度傾角且槍頭向下，以避免SNCR系統(tǒng)停止工作時噴槍內殘留的氨溶液間斷滴落，對水冷壁造成腐蝕。

圖2　NOx排放質量濃度對比

(2) SNCR系統(tǒng)壓縮空氣需要考慮用氣的富余量，尤其在噴槍停噴過程中，壓縮空氣作為噴槍的主要冷卻介質應增大噴射量。

(3)基于垃圾焚燒爐的工作特性，在SNCR系統(tǒng)工作過程中應使氨噴入量跟隨鍋爐工況變化，防止因工況變化造成的溫度波動對SNCR系統(tǒng)造成影響。

6　總結和建議

垃圾焚燒爐應用SNCR脫硝系統(tǒng)，在氨逃逸量不大于10 g/mL時，脫硝效率可以保證在35％～45％。SNCR脫硝技術改造工程占地面積小、對鍋爐改造的工作量少、施工安裝周期短、節(jié)省投資，尤其適用于已運行電廠的技改項目。以25％的氨水作為還原劑，既保證了還原劑的運輸、存儲安全性，同時還避免了因使用尿素而造成的工作強度增大及工作場地受限問題。SNCR系統(tǒng)對爐膛溫度比較敏感，因此，應保證鍋爐運行工況盡量穩(wěn)定，以期獲得高效的脫硝效率。

參考文獻:

［1］段傳和.選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝［M］.北京:中國電力出版社，2012.

(本文責編:弋洋)

張輝(1978—)，男，吉林長春人，工程師，工學博士，從事煙氣凈化方面的工作(E-mail: bolat_zhang@163.com)。

作者簡介:

收稿日期:2015－07－22;修回日期:2015－11－20

中圖分類號:X 701

文獻標志碼:B

文章編號:1674－1951(2016)01－0062－02