中溫和低溫SCR催化劑在垃圾焚燒發(fā)電廠的應(yīng)用

文_石春光 胡付祥 張銘 龍凈能源發(fā)展有限公司

NOx是垃圾焚燒發(fā)電廠排放的主要?dú)怏w污染物之一，《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB18485-2014）》與歐盟2010 標(biāo)準(zhǔn)的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)分別為250mg/m3（日均值） 與200 mg/m3（日均值）。近年來大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)日益趨嚴(yán)，而且我國(guó)大氣臭氧濃度逐年升高，氮氧化物是臭氧生成的關(guān)鍵前體物之一，因此氮氧化物的減排越來越受到重視。部分省市已經(jīng)制訂了更加嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，海南省將生活垃圾焚燒NOx排放標(biāo)準(zhǔn)限值設(shè)為120mg/m3，福建省將NOx排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為100mg/m3，深圳市將NOx排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)為80mg/m3，而且部分未制訂地方標(biāo)準(zhǔn)的地區(qū)在項(xiàng)目環(huán)評(píng)時(shí)也將NOx排放限值設(shè)定在100mg/m3，垃圾焚燒煙氣氮氧化物排放濃度限值低于100mg/m3成了一個(gè)趨勢(shì)。

垃圾焚燒煙氣NOx濃度主要通過焚燒爐內(nèi)燃燒控制和爐外煙氣脫硝兩種途徑進(jìn)行控制。焚燒爐燃燒通過控制爐內(nèi)溫度和氧含量等參數(shù)可有效降低原始NOx濃度，垃圾焚燒爐排爐出口NOx濃度一般400mg/m3左右，根據(jù)焚燒垃圾的變化會(huì)有所波動(dòng)。煙氣脫硝主要包括選擇性非催化還原（SNCR）脫硝和SCR脫硝技術(shù)，目前對(duì)于垃圾焚燒爐排爐，只采用SNCR脫硝的情況下，NOx排放濃度一般在150～200mg/m3，無法達(dá)到100mg/m3的排放標(biāo)準(zhǔn)；針對(duì)NOx排放濃度為100mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)，目前國(guó)內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠主要采用的脫硝工藝是SNCR+SCR，可以將NOx穩(wěn)定控制在100mg/m3以內(nèi)。SCR脫硝是電力行業(yè)最主要的脫硝工藝，垃圾焚燒行業(yè)SCR脫硝技術(shù)按照最佳反應(yīng)溫度一般分為中溫和低溫催化劑，最佳反應(yīng)溫度分別是240℃和180℃左右。

1 中、低溫SCR催化劑的應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠SCR脫硝催化劑一般采用日立造船、奧地利Ceram、和美國(guó)康寧等進(jìn)口品牌。為了了解中溫度和低溫SCR催化劑在垃圾焚燒行業(yè)的應(yīng)用情況，調(diào)研了奧地利Ceram催化劑在國(guó)內(nèi)垃圾焚燒行業(yè)的應(yīng)用情況，統(tǒng)計(jì)了2012～2019年9月配置了SCR脫硝系統(tǒng)的59個(gè)垃圾焚燒發(fā)電廠。其中采用中溫SCR催化劑的有32家（54%），采用低溫SCR催化劑的有27家（46%），部分項(xiàng)目已投運(yùn)，說明中溫和低溫SCR催化劑在垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)都可以應(yīng)用。

統(tǒng)計(jì)了2019年中節(jié)能、康恒環(huán)境、深能環(huán)保在建的31個(gè)配置有SCR脫硝系統(tǒng)的垃圾焚燒線煙氣凈化系統(tǒng)，其中24個(gè)采用低溫催化劑，7個(gè)采用中溫催化劑。

24個(gè)采用低溫SCR催化劑的焚燒煙氣凈化系統(tǒng)中有23個(gè)焚燒線煙氣凈化工藝路線為：

SNCR→半干法（190℃→150℃）→干粉+活性炭噴射→除塵器（150℃）→GGH1（150℃→100℃）→濕法脫硫（60℃）→GGH1（60℃→110℃）→GGH2（110℃→150℃）→SGH（150℃→180℃）→SCR（180℃）→GGH2（180℃→140℃）→煙囪，凈化系統(tǒng)都有濕法脫酸系統(tǒng)，低溫SCR系統(tǒng)設(shè)置于濕法脫酸系統(tǒng)之后。

另外1個(gè)采用低溫SCR催化劑的煙氣凈化工藝路線為：SNCR→半干法（190℃→150℃）→干粉+活性炭噴射→除塵器（150℃）→GGH（150℃→170℃）→SGH（170℃→180℃）→SCR（180℃）→GGH（180℃→160℃）→煙囪，沒有濕法脫酸系統(tǒng)，中溫SCR系統(tǒng)設(shè)置于除塵系統(tǒng)之后。

7個(gè)采用中溫SCR催化劑的焚燒煙氣凈化工藝路線為：SNCR→半干法（190℃→150℃）→干粉+活性炭噴射→除塵器（150℃）→GGH（150℃→210℃）→SGH（210℃→240℃）→SCR（240℃）→GGH（240℃→180℃）→煙囪，沒有濕法脫酸系統(tǒng)，中溫SCR系統(tǒng)設(shè)置于除塵系統(tǒng)之后。

對(duì)于有濕法脫酸系統(tǒng)的煙氣凈化工藝一般采用低溫SCR催化劑，因?yàn)闈穹摿虺隹跍囟容^低，而且二氧化硫等易導(dǎo)致催化劑失活的物質(zhì)很少，采用低溫SCR催化劑可以減少SGH蒸汽耗量，有效降低運(yùn)行成本。

對(duì)于沒有濕法脫酸系統(tǒng)的煙氣凈化工藝，中溫和低溫催化劑都可以使用，中溫SCR脫硝需要將除塵器出口150℃左右的煙氣升溫到240℃左右，一般采用GGH和SGH對(duì)煙氣進(jìn)行升溫；低溫SCR是采用180℃催化劑，通過SGH可以直接將除塵器出口150℃煙氣升高30℃達(dá)到180℃的最佳反應(yīng)溫度，不需要增加GGH換熱器。在沒有濕法脫酸系統(tǒng)的煙氣凈化工藝中，采用中溫和低溫SCR催化劑脫硝的煙氣凈化工藝路線分別為：

中溫SCR工藝技術(shù)路線為：SNCR→半干法（190℃→150℃）→干粉+活性炭噴射→除塵器（150℃）→GGH（150℃→210℃）→SGH（210℃→240℃）→SCR（240℃）→GGH（240℃→180℃）→引風(fēng)機(jī)。

低溫SCR工藝技術(shù)路線為：SNCR→半干法（190℃→150℃）→干粉+活性炭噴射→除塵器（150℃）→SGH（150℃→180℃）→催化劑（180℃）→引風(fēng)機(jī)。

2 中、低溫催化劑應(yīng)用分析

中溫和低溫SCR催化劑都可以在垃圾焚燒電廠應(yīng)用，為了選擇更優(yōu)的煙氣凈化工藝路線，以某處理量為600t/d的在建垃圾焚燒電廠（煙氣參數(shù)見表1）項(xiàng)目為例，對(duì)中溫和低溫SCR工藝應(yīng)用的建設(shè)和運(yùn)行成本進(jìn)行了分析。

表1 煙氣主要參數(shù)

該垃圾焚燒電廠煙氣凈化系統(tǒng)采用SNCR+半干法+干粉噴射+活性炭噴射+除塵器+SCR工藝，SCR入口按NOx濃度 200mg/Nm3、粉塵濃度 10mg/Nm3、HCl濃度 10mg/Nm3、SOx濃度20mg/Nm3進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 建設(shè)成本分析

中溫和低溫SCR系統(tǒng)在建設(shè)投資上的主要差別體現(xiàn)在換熱器和催化劑上。中溫SCR系統(tǒng)需要將除塵器出口150℃的煙氣經(jīng)過GGH，利用SCR出口240℃煙氣將除塵器出口150℃煙氣升溫到210℃，再通過SGH加熱到240℃，而低溫SCR系統(tǒng)只需要將150℃的煙氣加熱到180℃，中溫SCR系統(tǒng)比低溫多一套GGH，SGH都是將煙氣溫度升高30℃，SGH的體積和造價(jià)基本相同。此外，中溫和低溫催化劑體積及單價(jià)都存在差異。根據(jù)奧地利Ceram催化劑廠家報(bào)價(jià)，該項(xiàng)目低溫催化劑體積為35m3，中溫催化劑體積為18m3，低溫催化劑單價(jià)約6.5萬元/m3，中溫催化劑約5萬元/m3。

中溫和低溫SCR系統(tǒng)在建設(shè)投資總成本上相差不大，主要體現(xiàn)在換熱器和催化劑上。根據(jù)向換熱器和催化劑廠家詢價(jià)，該項(xiàng)目中溫SCR系統(tǒng)GGH廠家報(bào)價(jià)為110萬元，低溫催化劑成本為227.5萬元，中溫催化劑為90萬元，綜合建設(shè)成本低溫比中溫高27.5萬元。

2.2 運(yùn)行成本分析

中溫和低溫SCR系統(tǒng)的煙氣經(jīng)過SGH溫升都為30℃左右，蒸汽耗量基本相同。運(yùn)行成本差異主要是克服系統(tǒng)阻力的電耗和催化劑更換費(fèi)用。

中溫SCR系統(tǒng)較低溫多一套GGH，GGH阻力約800～1000Pa，造成引風(fēng)機(jī)功率增加約80kW，按照0.5元/kWh（存在地域差異），則增加電費(fèi)40元/h，按照年運(yùn)行時(shí)間8000h計(jì)算，年增加電費(fèi)320萬元/a。

中溫和低溫催化劑更換周期受進(jìn)SCR系統(tǒng)煙氣溫度、含水率、粉塵和SOx濃度等參數(shù)影響而不同，但低溫SCR系統(tǒng)由于運(yùn)行溫度低，硫酸銨鹽、堿金屬更容易在催化劑表面凝結(jié)導(dǎo)致催化劑失活，所以低溫催化劑更換頻率一般高于中溫催化劑。調(diào)研了催化劑廠家、中節(jié)能、康恒環(huán)境和深能環(huán)保的運(yùn)行數(shù)據(jù)，低溫催化劑更換周期一般為2～3a，中溫催化劑更換周期一般為3～5a。為了方便對(duì)比分析，催化劑更換周期按3a計(jì)算，則低溫催化劑10a更換成本為758萬元，中溫為300萬元。

中溫比低溫SCR系統(tǒng)運(yùn)行成本低約138萬元/10a。中溫SCR系統(tǒng)需要克服由GGH引起的煙氣阻力，導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)功率增加，電費(fèi)成本高于低溫SCR系統(tǒng)；但中溫催化劑更換成本遠(yuǎn)低于低溫催化劑，按照3a更換周期計(jì)算，中溫SCR系統(tǒng)比低溫系統(tǒng)運(yùn)行成本低。在實(shí)際運(yùn)行中，中溫催化劑更換周期一般超過3a，而低溫催化劑更換周期一般在3a內(nèi)，中溫比低溫催化劑更換費(fèi)用會(huì)更低。

3 結(jié)論

中溫SCR系統(tǒng)的建設(shè)成本和運(yùn)行成本都比低溫SCR系統(tǒng)低。通過建設(shè)和運(yùn)行成本分析，垃圾焚燒電廠煙氣凈化系統(tǒng)在沒有濕法脫酸的情況下，選擇中溫SCR系統(tǒng)更具有優(yōu)勢(shì)。