城市生活垃圾焚燒爐SNCR脫硝技術(shù)工程應(yīng)用

代江燕

（桑德環(huán)境資源股份有限公司，北京 101102）

城市生活垃圾焚燒爐SNCR脫硝技術(shù)工程應(yīng)用

代江燕

（桑德環(huán)境資源股份有限公司，北京 101102）

以2×500t/d生活垃圾焚燒爐排爐SNCR尿素脫硝實(shí)際工程為例，技術(shù)性分析顯示：SNCR系統(tǒng)在機(jī)組負(fù)荷在60%～100%的MCR負(fù)荷范圍內(nèi)能有效運(yùn)行，脫硝效率不低于40%，氨逃逸率小于8ppm，不增加系統(tǒng)阻力，不對(duì)鍋爐運(yùn)行造成干擾。經(jīng)濟(jì)性分析顯示：SNCR系統(tǒng)建設(shè)周期短、投資費(fèi)用低；年運(yùn)行費(fèi)用中的還原劑所占比例最大；年運(yùn)行費(fèi)影響因素敏感性分析顯示：還原劑價(jià)格對(duì)年運(yùn)行費(fèi)的影響程度大，其次為年利用小時(shí)數(shù)、煙氣量、總投資，影響程度最小的為排污費(fèi)。

生活垃圾；焚燒爐；SNCR

生活垃圾焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體，其中氮氧化物因危害性大、處置難度高而備受重視。NOx在大氣中會(huì)造成酸雨，并且是光化學(xué)煙霧的前驅(qū)體，同時(shí)其直接作用于人體時(shí)會(huì)破壞呼吸系統(tǒng)，可引起支氣管炎和肺氣腫［1］?！渡罾贌廴究刂茦?biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）中規(guī)定NOx的日均排放濃度不超過250mg/m3，因此采用脫硝技術(shù)來控制NOx的排放已經(jīng)迫在眉睫。

生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的NOx削減技術(shù)包括低氮燃燒技術(shù)、SNCR技術(shù)、SCR技術(shù)等［2］，其中SNCR技術(shù)因安全適用、操作方便、價(jià)格低廉而被廣泛應(yīng)用于生活垃圾焚燒行業(yè)。

1　SNCR工藝的選擇

SNCR工藝最初由美國(guó)Exxon公司發(fā)明并于1974年在日本成功投入工業(yè)應(yīng)用［3］。20世紀(jì)80年代末，歐盟國(guó)家的燃煤電廠也開始應(yīng)用。迄今為止，全世界約有300套SNCR裝置應(yīng)用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、市政垃圾焚燒爐和其他燃燒裝置。

SNCR工藝的整個(gè)還原過程都在鍋爐內(nèi)進(jìn)行，不需催化劑，也不需另設(shè)反應(yīng)器。SNCR工藝可采用的還原劑有三種：液氨，氨水和尿素［4］。各還原劑應(yīng)用工藝比較見表1。

表1　液氨、氨水、尿素應(yīng)用于SNCR工藝比較

液氨對(duì)項(xiàng)目的安全性要求極高，在垃圾焚燒項(xiàng)目中極少采用；氨水相對(duì)液氨安全，但國(guó)內(nèi)采購氨水濃度僅為25%，脫硝系統(tǒng)氨水用量大，且運(yùn)輸過程費(fèi)用高，萬一發(fā)生泄漏，對(duì)人員存在一定危害。從系統(tǒng)安全性、采購方便、運(yùn)輸簡(jiǎn)單和系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單等多方面綜合考慮，多選用尿素作為還原劑。本文所舉例的垃圾焚燒項(xiàng)目的SNCR裝置以尿素作為還原劑。

2　SNCR技術(shù)工程應(yīng)用實(shí)例

2.1工程概況

垃圾焚燒處理量為2×500t/d；汽輪發(fā)電機(jī)2×12MW；垃圾焚燒爐出口煙氣量/單爐58，461Nm3/h（MCR，dry）；后燃燒室的最低溫度（二次風(fēng)）850℃；煙氣在超過850℃范圍內(nèi)的停留時(shí)間≥2s；垃圾焚燒爐爐內(nèi)煙氣NOx含量380mg/Nm3；余熱鍋爐出口煙氣NOx含量≤200mg/Nm3；氨氮比1.5；尿素純度98%

2.2工藝計(jì)算及設(shè)備選型

該項(xiàng)目SNCR工藝流程見圖1。

圖1　SNCR工藝流程

尿素袋由電動(dòng)葫蘆運(yùn)送到尿素溶解罐，用軟水將尿素顆粒溶解成40wt％（密度1.112t/m3）的尿素溶液，再通過溶解泵輸送到兩臺(tái)尿素溶液儲(chǔ)存罐，緩沖暫存。尿素儲(chǔ)存罐內(nèi)的溶液用輸送泵運(yùn)送到計(jì)量混合裝置，與軟水混合稀釋成10wt％（密度1.05t/m3）的尿素溶液后，再輸送到噴射系統(tǒng)。噴射系統(tǒng)的霧化介質(zhì)為壓縮空氣，尿素溶液經(jīng)霧化后噴入到鍋爐內(nèi)與NOx發(fā)生反應(yīng)，從而去除鍋爐煙氣中的NOx。為了避免尿素溶液再結(jié)晶，尿素溶解罐和尿素儲(chǔ)存罐設(shè)有蒸汽加熱裝置，尿素管道設(shè)置有電伴熱。工藝計(jì)算與選型如下。

（1）尿素用 量：尿素品質(zhì)為工業(yè)或農(nóng)用等級(jí)（GB2440-2001）的合格尿素。

（2）溶解罐：尿素溶解罐設(shè)置1臺(tái)，溶解罐的溶解出力滿足兩爐（2×500t/h） 100%BMCR工況5天所需尿素溶液耗量。罐體有效容積：

考慮10%富裕量，選定20m3溶解罐，采用304不銹鋼制造，設(shè)攪拌裝置和蒸汽盤管加熱，防止尿素溶液結(jié)晶。

（3）溶解泵：共設(shè)置2臺(tái)尿素溶液輸送泵，兼?zhèn)湓傺h(huán)泵的功能，1用1備。尿素溶解后經(jīng)輸送泵送至稀釋罐。泵流量：

流量設(shè)計(jì)10%的富裕量；泵壓頭考慮高程壓損和管道壓損，并設(shè)計(jì)20%的富裕量。選定流量168L/h，壓力0.8MPa的輸送泵。

（4）儲(chǔ)存罐：尿素溶液稀釋罐為2臺(tái)，采用304不銹鋼。其儲(chǔ)存容量宜為2臺(tái)爐BMCR工況下5天的平均總消耗量。設(shè)蒸氣伴熱裝置，并在罐體內(nèi)加攪拌器，防止尿素結(jié)晶。罐體有效容積：

考慮10%富裕量，選定10m3儲(chǔ)存罐。

（5）輸送泵：設(shè)置4臺(tái)尿素溶液輸送泵，單爐2臺(tái)，1用1備。

（6）稀釋水泵：設(shè)置4臺(tái)稀釋水泵，單爐2臺(tái)，一臺(tái)放置在軟水出口，用于提供輸送動(dòng)力，另一臺(tái)在計(jì)量混合模塊內(nèi)，用于提供混合形成紊流的動(dòng)力。泵流量：

流量設(shè)計(jì)10%的富裕量；壓力設(shè)計(jì)20%的富裕量，選定320L/h，壓力1MPa的稀釋水泵。

3　系統(tǒng)運(yùn)行

鍋爐運(yùn)行期間，SNCR系統(tǒng)也必須連續(xù)投入運(yùn)行。噴尿素量和鍋爐負(fù)荷關(guān)系曲線作為前饋信號(hào)，即按照設(shè)計(jì)計(jì)算所確定的鍋爐不同負(fù)荷下的噴尿素量進(jìn)行噴尿素量自動(dòng)調(diào)節(jié)。然而在相同鍋爐負(fù)荷條件下，由于入爐垃圾量和運(yùn)行條件的不同會(huì)導(dǎo)致鍋爐出口的初始NOx量的變化，因此SNCR系統(tǒng)還需要反饋信號(hào)來修正運(yùn)行工況。這個(gè)反饋信號(hào)就是裝設(shè)在煙囪里的煙氣排放測(cè)量值，第一要素是 NOx，第二要素是NH3。當(dāng)測(cè)量的NOx值高于設(shè)定目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)逐漸增大噴入爐內(nèi)的尿素溶液量，而在 NOx合乎排放限定值的情況下，要判斷NH3是否超出排放限制值，若超出，則需要降低噴射的尿素溶液量，以減少氨逃逸量到限制值之內(nèi)。這一個(gè)前饋曲線和一組反饋信號(hào)通過DCS指令實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)控制，其指令最終通過調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，精確地調(diào)節(jié)噴尿素量，達(dá)到SNCR系統(tǒng)最終輸出目的值，使NOx排放達(dá)標(biāo)。

尿素SNCR系統(tǒng)在實(shí)際調(diào)試運(yùn)行過程中，鍋爐負(fù)荷在60%～100%變化范圍內(nèi)。SNCR的脫硝效率見表2。

表2　鍋爐負(fù)荷60%～100%變化范圍內(nèi)SNCR的脫硝效率

從表2可見，SNCR應(yīng)用于生活垃圾焚燒發(fā)電鍋爐，NOx脫除效率達(dá)到40%～60%，氨逃逸小于8ppm。SNCR還可與其他脫硝工藝組合使用，如與低氮燃燒技術(shù)組合使用，脫硝效率達(dá)可到40%～70%；與SCR聯(lián)合使用，脫硝效率可達(dá)到40%～90%。

4　經(jīng)濟(jì)性分析

4.1投資費(fèi)用

SNCR工程與垃圾焚燒發(fā)電主體工程同時(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)建設(shè)、同時(shí)運(yùn)營(yíng)［11］。按主體工程的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，貸款額取投資額的60%，等額還本付息，還款期10年，年利率5.4%（2015年6月基準(zhǔn)利率），建設(shè)期半年，運(yùn)行期20年。SNCR工程投資費(fèi)用見表3。從表3中可見，設(shè)備購置費(fèi)在各項(xiàng)投資費(fèi)用中所占比例最大，達(dá)到 80.2%，其次為安裝工程費(fèi)用，為7.3%，由于SNCR脫硝裝置建設(shè)周期短，其建設(shè)期貸款利息低，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用相對(duì)較低。

表3　SNCR 脫硝裝置投資費(fèi)用

4.2年運(yùn)行費(fèi)

年運(yùn)行費(fèi)包括原料耗損費(fèi)，人工費(fèi)、折舊費(fèi)、大修費(fèi)、管理費(fèi)、利息等（見表4）。

表4　SNCR項(xiàng)目年運(yùn)行費(fèi)

4.3年運(yùn)行費(fèi)影響指標(biāo)分析

從表4可見，影響SNCR脫硝裝置年運(yùn)行費(fèi)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要影響因素有還原劑費(fèi)用（占74.4%）、折舊費(fèi)（占13.6%）和相對(duì)年收入（占11.6%）。還原劑費(fèi)用主要與脫硝裝置年利用小時(shí)數(shù)、還原劑耗量、還原劑價(jià)格等有關(guān)；年折舊費(fèi)與投資費(fèi)、運(yùn)行壽命和固定資產(chǎn)殘值有關(guān)；相對(duì)年收入與排污費(fèi)、NOx脫除總量有關(guān)，還原劑耗量和NOx脫除總量均與煙氣量和入口NOx濃度相關(guān)。根據(jù)上述分析，選擇投資費(fèi)、年利用小時(shí)數(shù)、煙氣量、還原劑價(jià)格、排污費(fèi)為影響指標(biāo)，分析各項(xiàng)指標(biāo)與年運(yùn)行費(fèi)及單位脫硝費(fèi)的關(guān)系，分析參數(shù)見圖2～圖6。

圖2　　總投資對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用及單位脫硝費(fèi)用的影響

圖3　年運(yùn)行小時(shí)數(shù)對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用及單位脫硝費(fèi)用的影響

圖4　煙氣量對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用及單位脫硝費(fèi)用的影響

圖5　還原劑價(jià)格對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用及單位脫硝費(fèi)用的影響

圖6　排污費(fèi)對(duì)年運(yùn)行費(fèi)用及單位脫硝費(fèi)用的影響

從圖2～圖6可見，年運(yùn)行費(fèi)用與總投資、年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、煙氣量、還原劑價(jià)格成正比，與排污費(fèi)成反比；單位脫硝費(fèi)用與總投資、還原劑價(jià)格成正比，與年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、煙氣量、排污費(fèi)成反比。

為更進(jìn)一步分析各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)年運(yùn)行費(fèi)的影響，將年運(yùn)行費(fèi)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，總投資、年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、煙氣量、還原劑價(jià)格、排污費(fèi)為不確定因素，分析評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)不確定因素的敏感程度見圖7。

從圖7可見，還原劑價(jià)格對(duì)年運(yùn)行費(fèi)的影響程度大，其次為年運(yùn)行小時(shí)數(shù)、煙氣量、總投資，影響程度最小的為排污費(fèi)。

圖7　年運(yùn)行費(fèi)對(duì)不確定因素的敏感程度分析

圖2～圖7的參數(shù)表明：1）要降低年運(yùn)行費(fèi)和單位脫硝費(fèi)，還原劑價(jià)格是第一影響要素，因此要在保證還原劑品質(zhì)的前提下，最大限度地降低其價(jià)格。2）隨著年運(yùn)行小時(shí)數(shù)和煙氣量的增大，年運(yùn)行費(fèi)增大但單位脫硝費(fèi)減少，設(shè)定合理的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)和煙氣量是提高項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的途徑之一。在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)中，該兩個(gè)因素與垃圾的處理量密切相關(guān)，要盡量合理分配垃圾的入爐量，并調(diào)整工況在穩(wěn)定狀態(tài)，避免在一段時(shí)間內(nèi)突然增加或突然減少，保證設(shè)備正常運(yùn)行，達(dá)到設(shè)定的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)和煙氣量。3）科學(xué)合理控制總投資。4）排污費(fèi)對(duì)年運(yùn)行費(fèi)影響程度小，但值得注意的是，從圖6可見，本項(xiàng)目中排污費(fèi)達(dá)到每污染當(dāng)量12元時(shí)，年運(yùn)行費(fèi)和單位脫硝費(fèi)才轉(zhuǎn)換為負(fù)值，而當(dāng)前排污費(fèi)的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)為每污染當(dāng)量1.2元，遠(yuǎn)小于年運(yùn)行費(fèi)等為負(fù)值的排污費(fèi)，這也就是焚燒廠家寧愿選擇罰款而不愿意選擇更高的運(yùn)行費(fèi)的原因，因此，進(jìn)一步加強(qiáng)規(guī)范排放氮氧化物收費(fèi)措施勢(shì)在必行。

［1］ 李雪飛，張文輝，杜明華.干法煙氣脫硝綜述［J］.潔凈煤技術(shù)，2006，12（3）：42-44.

［2］ 范海燕，劉建忠，顧震宇，等.生活垃圾焚燒廠脫硝技術(shù)探討［J］.工業(yè)鍋爐，2011，127（3）：31-34.

［3］ Jiang Pengzhi，Application of Low NOxBurner Technology To Chinese Boilers and Chinesen Fuels［C］.PowerGen Asia 2006， Hongkong，September 5-7，2006.

Engineering Application on SNCR Denitration Technology of Municipal Domestic Refuse

DAI Jiang-yan

X701

A

1006-5377（2016）09-0065-04