論垃圾焚燒發(fā)電廠中SNCR脫硝技術的運用

彭亦澎

摘? 要：隨著可持續(xù)發(fā)展的觀念深入人心，越來越多的科學家們選擇使用工業(yè)垃圾、生活垃圾為原料進行再利用生產(chǎn)，發(fā)電廠的選擇性非催化還原法（SNCR）技術可以有效改善焚燒垃圾后產(chǎn)生的氨氣等含有氮元素的有害氣體產(chǎn)生，對于綠色發(fā)展的生產(chǎn)理念可以起到推動作用，文章通過實際案例解析了SNCR脫硝技術的應用原理，并結合理論分析總結得出了一系列SNCR脫硝技術的應用誤區(qū)，對于相關領域科研工作者和同行業(yè)工作人員具有十分重要的參考意義。

關鍵詞：垃圾焚燒發(fā)電廠;SNCR脫硝技術;自動控制

中圖分類號：X701? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0164-02

Abstract： With the concept of sustainable development deeply rooted in the hearts of the people， more and more scientists choose to use industrial waste and domestic waste as raw materials for reuse and production. The selective non-catalytic reduction （SNCR） technology of power plant can effectively improve the production of harmful gases containing nitrogen， such as ammonia， which can be produced after incineration of waste， and can play an important role in promoting the production concept of green development. In this paper， the application principle of SNCR denitrification technology is analyzed through practical cases， and a series of misunderstandings in the application of SNCR denitrification technology are summarized in combination with theoretical analysis. It has very important reference significance for researchers in relevant fields and staff in the same industry.

Keywords： waste incineration power plant; SNCR denitrification technology; automatic control

1 概述

地區(qū)大氣環(huán)境的煤煙型污染嚴重，并出現(xiàn)向混合型污染轉變的趨勢，煙塵、SO2、NOx、Hg排放總量逐年增高，SO2 和NOx的排放量均超過環(huán)境自凈能力，環(huán)境狀況形勢十分嚴峻，必須通過相關規(guī)范來嚴厲禁止違法垃圾焚燒發(fā)電廠排放有毒有害氣體的行為，保護環(huán)境避免污染大氣。大部分垃圾焚燒發(fā)電廠已經(jīng)從國外引進先進的科學技術，例如SCR與SNCR技術相結合的方式來共同管理焚燒過后產(chǎn)生的污染氣體，并取得了顯著的成效。大多數(shù)垃圾焚燒發(fā)電廠基本形成了以低氮燃燒和煙氣脫硝相結合的技術路線，在環(huán)境約束條件下，應因廠制宜、因煤制宜、因爐制宜，通過技術經(jīng)濟綜合比選后，確定相對最優(yōu)的NOx控制方案。

2 SNCR脫硝技術特點

SNCR技術是在還原劑的參與下將煙氣里的氮氧化合物與其進行化學變化，而不使用催化劑的一種脫硝技術，反應結果是生成氮氣和水。脫硝工藝中常用的還原劑的主要反應如下：氨為還原劑時：4NH3+6NO→5N2+6H2O;當溫度更高時則可發(fā)生正面的競爭反應：4NH3+5O2→4NO+6H2O;尿素（NH2CONH2）作還原劑時：（NH2）2CO→2NH2+2CO;NH2+2NO→N2+H2O;CO+NO→N2+CO2。通過控制不同反應過程中的還原劑劑量與可能產(chǎn)生的廢氣量，可以嚴格的控制焚燒過后產(chǎn)生的氣體中二氧化氮或氨氣等污染氣體，在計算過程中需要將不同種類的垃圾產(chǎn)生的氮元素通過比例計算出來，再通過化學方程式得出需要的還原劑量。

脫硝技術主要分為低氮燃燒技術、SNCR技術和SCR技術。SNCR工藝不像SCR，不會使煙氣中SO3濃度增加。NH3逃逸與SO3會使煙氣中的飛灰容易沉積在鍋爐尾部的受熱面上，產(chǎn)生NH4HSO3易造成空氣預熱器堵塞、腐蝕的危險降低許多。因此，SNCR工藝的逃逸氨一般控制在5～15ppm以下，而SCR工藝則必須控制在1～5ppm。SNCR技術存在的問題有脫硝效率中等（25%-50%），需要與其它工藝聯(lián)合使用，才能滿足嚴格的氮氧化物控制要求。氨的利用率較低，氨逃逸率較高。負荷變化時，控制有難度。有副反應，生成N2O。隨著鍋爐容量的增大，尿素與氮氧化物濃度爐內(nèi)不均一，脫硝效率呈下降趨勢。

3 SNCR技術在垃圾焚燒發(fā)電廠的運用

在實際垃圾焚燒發(fā)電廠應用過程中，我們總結得出了以下觀點：SNCR系統(tǒng)脫硝效率可高達90%，出口氮氧化物濃度可以低于100mg/Nm3;SNCR系統(tǒng)脫硝效率只能達到40-50%;氨逃逸要求：SCR和SNCR/SCR氨逃逸控制在2.5mg/Nm3以下;SNCR氨逃逸控制在8mg/Nm3以下;脫硝率為40%效率是針對火電廠SNCR，火電領域是最先運用SNCR技術，2016、2017年，闞山電廠2*600MW、利崗電廠2*600MW，35%效率;萊蕪電廠2*300MW，灞橋電廠2*300MW等，效率40%或445%效率;2017至今，工業(yè)鍋爐和垃圾焚燒SNCR脫硝——效率60～70%;迄今為止，發(fā)電廠有10-20個脫硝項目投運，大多采用SNCR技術，脫硝效率40-80%，排放濃度100～450mg/Nm3。氨逃逸：氨逃逸先經(jīng)過生料磨吸收，達到空預器的逃逸氨濃度更低。低于10ppm對水泥設備影響極小，可以忽略不計。

設計排放濃度為200-300mg/Nm3：國家的排放標準在400-500mg/Nm3，重點地區(qū)可能執(zhí)行更嚴格的地方標準。脫硝系統(tǒng)設計需考慮國家標準和地方標準。采用全自動控制，設定出口氮氧化合物濃度調(diào)節(jié)氨水噴射量?？杀Ｕ铣隹跐舛扰欧磐瑫r降低運行成本。脫硝率60-80%：脫硝率并不能實時監(jiān)控，設計時NOx初始值的選取必須具有代表性;目前國內(nèi)水泥項目氮氧化物初始濃度為600-1200mg/Nm3，達到排放標準（預測新標準300-500mg/Nm3）所需的脫硝率約為40-75%。氨逃逸10ppm：太低（如3ppm）技術實現(xiàn)困難;太高對附屬設備影響大，運行成本高。還原劑氨水或尿素。各方對這兩種還原劑的態(tài)度觀點也不一致。氨水是炸彈，易造成安全事故，運輸也不方便;尿素絕對安全，化學穩(wěn)定性好，運輸方便。尿素在水泥行業(yè)脫硝效率不好，只能達到40%;尿素脫硝系統(tǒng)的運行成本比氨水系統(tǒng)高很多;尿素系統(tǒng)的操作不方便。尿素是固態(tài)的，分解過程包括兩個工序：表面水溶液蒸發(fā);尿素顆粒分解，兩個鍵斷裂產(chǎn)生氨基;氨水溶液在離開噴嘴時已經(jīng)被高度霧化。離開噴嘴瞬間完成蒸發(fā)過程，直接產(chǎn)生氨基，參與反應。

在垃圾焚燒發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，無論是自主還是引進技術，可靠的、能連續(xù)運行的儀器儀表是關鍵，脫硝系統(tǒng)的關鍵設備采用進口產(chǎn)品，脫硝裝置中的關鍵設備如：噴嘴、催化劑、各類泵、變送器以及在線儀表原則上使用高品質(zhì)的進口設備，確保系統(tǒng)的可靠運行。在線儀表均采用高品質(zhì)的進口設備;SNCR作為全自動運行系統(tǒng)，其在線儀表的品質(zhì)直接決定了其是否能長期穩(wěn)定的運行。技術協(xié)議中約定消耗量/運行成本十分關鍵，可制定配套的懲罰條款。SNCR、SCR和SNCR+SCR的新技術產(chǎn)生，向垃圾焚燒發(fā)電廠公司提供了新的技術支持，其中最主要的是系統(tǒng)設計，包括系統(tǒng)基礎設計和詳細設計，CFD流場模擬，控制系統(tǒng);核心設備供應。其中核心設備供應包括計量混合模塊，噴射模塊，還原劑輸送模塊，PLC控制模塊等;新技術的應用需要專業(yè)人員進行安裝指導和調(diào)試，并對公司的具體人員進行技術培訓方可上崗作業(yè)。

總平面布置應符合安全及環(huán)保等規(guī)定，遵循設備運行穩(wěn)定、管理維修方便、經(jīng)濟合理、安全衛(wèi)生的原則，并應與電廠總體布置相協(xié)調(diào)。架空管線、直埋管線與島外溝道相接時，應在設計分界線處標明位置、標高、管徑或溝道斷面尺寸、坡度、坡向管溝名稱、引向何處等。平臺扶梯及檢修起吊設施的布置應盡量利用鍋爐已有的設施。管道及附件的布置應滿足脫硝施工及運行維護的要求，避免與其它設施發(fā)生碰撞。尿素溶解和儲存設備依據(jù)就近原則布置在鍋爐附近空地上。尿素溶液稀釋設備盡可能緊靠鍋爐布置，一般以地腳螺栓的形式固定在緊鄰鍋爐的0米標高空地上。

案例如下：20t/h燃煤循環(huán)硫化床鍋爐NOx原始排放濃度590mh/Nm3，SNCR脫硝設備運行后，在正常噴量的情況下，達到排放濃度120mh/Nm3左右，脫硝效率79%以上，符合當?shù)丨h(huán)保排放要求。25t/h燃煤鏈條鍋爐NOx原始排放濃度280-400mh/Nm3之間，SNCR脫硝設備運行后，在正常噴量的情況，排放濃度穩(wěn)定在80mh/Nm3以下，脫硝效率70-80%，符合環(huán)保排放要求。SNCR-D脫硝：生物質(zhì)鍋爐脫硝，新的SNCR-D型脫硝設備，是在成熟的SNCR的基礎上加以改進，廣泛應用于垃圾焚燒爐、燃生物質(zhì)鍋爐、煤改氣鍋爐，脫硝效率最高可達85%。8t/h燃生物質(zhì)鏈條鍋爐NOx原始排放濃度280-360mh/Nm3之間。SNCR-D脫硝設備運行后，還原劑尿素正常噴量的情況下，NOx排放濃度最高可達26mh/Nm3。每天使用25公斤尿素，NOx排放濃度穩(wěn)定在100mh/Nm3以下。SNCR+SCR脫硝，SNCR脫硝處理50-60%，SCR脫硝處理40-50%，脫硝效率可達環(huán)保超低排放要求。相對獨立安裝SCR脫硝工程節(jié)約費用30%以上。低溫濕法氧化脫硝，利用臭氧或氧化劑將NOx中NO進行氧化，然后吸收液進行吸收。脫硝率大90%。低溫濕法氧化脫硝應用于爐膛不能開孔，無法使用SNCR脫硝的爐型，如燃氣鍋爐、焦爐、鋼鐵廠、玻璃窯爐、馬蹄焰窯爐等。低溫濕法氧化脫硝相對于SCR脫硝價格低廉，使用效果好等特點。

4 結束語

垃圾焚燒發(fā)電廠的技術改革和創(chuàng)新對于新能源技術的發(fā)展具有十分重要的實踐價值，一方面可以深入貫徹政府的可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展的新型發(fā)展理念，為碧水藍天貢獻出一份力量。另一方面，通過使用廢棄的垃圾焚燒得到充足的電力資源，可以有效改善電力資源匱乏的問題，可以盡量減少煤炭、石油等昂貴且稀少的資源，對于地區(qū)的發(fā)展和未來工業(yè)計劃等多方面具有非常巨大的作用。在新的時期，各地區(qū)的垃圾焚燒發(fā)電廠應貫徹落實技術規(guī)范，認真測量各類關鍵技術指標，通過向國外先進垃圾焚燒發(fā)電廠的技術學習，應用和創(chuàng)新在我國不同條件下的垃圾焚燒發(fā)電廠，因地制宜地生產(chǎn)更多源源不斷的電力資源。

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