垃圾焚燒電廠高分子非催化還原（PNCR）脫硝技術(shù)的應(yīng)用

王沛，楊婷婷，王常春，申廣耀，李棟輝

（商丘中電環(huán)保發(fā)電有限公司，河南商丘，476000）

0 引言

商丘市生活垃圾焚燒發(fā)電廠一期建設(shè)2 條日處理600t 的生活垃圾焚燒線，配套煙氣凈化工藝為“SNCR+半干法+干法+袋式除塵器”工藝，即“爐內(nèi)選擇性非催化脫硝+旋轉(zhuǎn)霧化脫酸反應(yīng)塔+干法噴射+活性炭噴射+袋式除塵器”工藝。原工藝采用氨水（質(zhì)量濃度20%）作為還原劑，氨水經(jīng)氨水接收單元送至儲罐內(nèi)儲存，由氨水溶液輸送單元為爐內(nèi)提供氨水。為使氨水均勻分布于焚燒爐膛的斷面內(nèi)，氨水經(jīng)軟化水稀釋后噴入爐內(nèi)，稀釋后的氨水經(jīng)噴嘴噴入焚燒爐爐膛。單臺焚燒爐設(shè)6 個噴嘴，（焚燒爐預(yù)留孔分2 層布置，單層6 個），SNCR 控制系統(tǒng)可根據(jù)焚燒爐內(nèi)燃燒狀態(tài)及溫度分布自動選擇適合脫硝溫度的噴嘴層，在800℃～900℃范圍內(nèi)，脫硝效果可達50%左右，氨水采用壓縮空氣霧化，最終NOX排放濃度日均值在為130～250mg/m3，原排放優(yōu)于《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）的排放限制。但2020 年2 月21 日，河南省污染防治攻堅戰(zhàn)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)河南省2020 年大氣、水、土壤污染防治攻堅戰(zhàn)實施方案的通知》（豫環(huán)攻堅辦［2020］7 號）中第33 項中“2020 年底前，垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)全面完成提標(biāo)治理，焚燒爐煙氣氮氧化物排放濃度（1 小時均值）在基準(zhǔn)氧含量11%的條件下不高于100mg/m3，采用氨法脫硝工藝的垃圾焚燒廢氣氨逃逸濃度不高于8mg/m3”的要求，現(xiàn)有脫硝系統(tǒng)NOx 的排放日均值在200～250mg/m3，難以滿足河南省提標(biāo)后NOX的排放指標(biāo)。

NOX的形成主要與爐內(nèi)溫度的控制及廢物化學(xué)成分有關(guān)。燃燒過程中生成的NOX有如下三種形式：

熱力型NOX［1］，是空氣中的氮氣在高溫下氧化而生成的NOX，通常火焰溫度在1000℃以上時會大量生成，燃燒溫度低時，NOX的生成量較少。

燃料型NOX，是燃料中含有的氮化合物在燃燒過程中熱分解、氧化而生成的NOX，其NOX的生成主要取決于過?？諝庀禂?shù)，較少依賴燃燒溫度［2］。

快速型NOX，是燃燒時空氣中氮和燃料中的碳?xì)浠锓磻?yīng)生成的NOX，與熱力型NOX和燃料型NOX相比，生成量很低，可以忽略不計［3］。

垃圾焚燒爐中NOX一般以燃料型為主，體積分?jǐn)?shù)約占總NOX的75%～95%［4］。

1 工藝選擇

燃燒后脫硝技術(shù)主要有選擇性非催化還原法（SNCR）、選擇性催化還原法（SCR）、高分子非催化還原（PNCR）脫硝、煙氣再循環(huán)等多種形式。項目原脫硝系統(tǒng)已有SNCR 系統(tǒng)來脫除煙氣中的部分NOX，煙氣再循環(huán)技術(shù)能降低NOX的排放濃度，但脫硝效率有限，一般配合SNCR 系統(tǒng)使用，能保證煙氣中NOX排放濃度在150mg/m3左右，再增設(shè)煙氣再循環(huán)已無法滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，下文將比較SCR 系統(tǒng)及PNCR 法脫硝情況。

表1 PNCR 與SCR 基本情況對比

SNCR+SCR 工藝因垃圾發(fā)電特定的煙氣處理工藝需求，只能布置在布袋除塵器之后，采用低溫SCR 工藝，低溫催化劑仍需要增加蒸汽-煙氣加熱（SGH）系統(tǒng)，造成投資和運行成本增高，同時失活的廢棄催化劑需要作為危廢處理［5］。結(jié)合同類型項目的改造試驗結(jié)果，PNCR脫硝系統(tǒng)具有簡單、造價低、改造方案施工簡單、施工工期短等特點，故本研究選用PNCR脫硝改造方案作為提標(biāo)改造主方案。

2 PNCR 脫硝系統(tǒng)

2.1 工作原理

PNCR 脫硝技術(shù)主要以爐內(nèi)非催化還原為主，是采用特定脫硝劑（由高分子分散劑、催化劑、高分子助劑、改性尿素組成，高分子分散劑將增效劑均勻分散在尿素中），用氣力輸送裝置把無粉末光滑顆粒狀脫硝劑直接送入爐膛，噴射的溫度范圍在850℃～1100℃之間，最佳溫度為880℃，高溫下氨基和高分子連接的化學(xué)鍵斷裂，釋放出大量含氨基官能團，并與煙氣中NOX發(fā)生還原反應(yīng)，達到去除NOX的目的［6］。

2.2 脫硝劑上料系統(tǒng)

脫硝劑為顆粒狀，將包裝袋中脫硝劑通過真空上料器卸料到脫硝劑料倉內(nèi)，避免繁重的人工體力勞動，保證加料區(qū)域的環(huán)境衛(wèi)生整潔。

氣動式真空上料機通過真空發(fā)生器產(chǎn)生高真空，利用壓縮空氣實現(xiàn)對物料的輸送，不需要機械式真空泵，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、免維修、噪音低、控制方便、消除物料靜電和符合GMP 要求等優(yōu)點［7-10］。真空發(fā)生器產(chǎn)生的高真空，使被輸送的物料杜絕了分層現(xiàn)象，保證了混合物料成份的均一性。

2.3 脫硝劑計量給料系統(tǒng)

來自料倉出口的脫硝藥劑經(jīng)過定量給料螺旋定量給料后輸送至料氣混合射流器。定量給料螺旋采用無軸螺旋，以及低轉(zhuǎn)速、高扭矩設(shè)計，在確保藥劑給料精度的同時，有效避免物料在設(shè)備中的堵塞。無軸螺旋采用變頻電機，通過調(diào)整變頻電機的頻率改變脫硝藥劑的添加量。無軸螺旋的電機頻率和來自鍋爐出口的煙氣量、NOx 排放濃度信號進行連鎖，實現(xiàn)自動控制。

從給料螺旋機出來的藥劑進入料氣混合射流器，通過經(jīng)羅茨風(fēng)機加壓后的氣體被送至各噴射位置。

2.4 脫硝劑輸送噴射系統(tǒng)

從料氣混合射流器出來的物料經(jīng)過氣動閥送至連接上、中、下三層噴槍的物料分配器。

根據(jù)爐膛溫度（DCS 環(huán)保平均溫度）信號，系統(tǒng)自動選擇對應(yīng)的氣動閥，確定該將藥劑投入到哪一層噴槍運行。

從物料分配器出來的藥劑經(jīng)噴槍噴到爐膛高溫?zé)煔庵?。噴槍材質(zhì)應(yīng)滿足運行工況要求：本項目噴管安裝在爐膛溫度為880℃～980℃的區(qū)域，鍋爐粉塵濃度高，煙氣溫度高，噴管選用耐高溫（1200℃以上）、耐腐蝕、耐磨損的310 耐熱不銹鋼。

該系統(tǒng)設(shè)有防堵吹掃裝置以及相關(guān)啟動程序，根據(jù)設(shè)定吹掃間隔時間、吹掃工作時間對未運行層噴槍進行定時定量吹掃，有效防止堵塞，確保各噴槍藥劑輸送均勻、穩(wěn)定。

2.5 電氣控制系統(tǒng)

根據(jù)裝置運行監(jiān)控要求配置完整的儀表和控制系統(tǒng)，采用PLC 控制系統(tǒng)，并有DCS 系統(tǒng)控制通訊接口，滿足DCS 系統(tǒng)要求，實現(xiàn)煙氣處理全過程檢測、調(diào)節(jié)和順序控制等功能。包括溫度、壓力、流量等檢測、監(jiān)視，PID 調(diào)節(jié)控制，各種閥門、電機的啟停，各類設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)視及連鎖保護，消耗性物料（如脫硝劑）在某一段時間內(nèi)的耗量及累計總耗量統(tǒng)計功能。

控制系統(tǒng)設(shè)計具有完善的數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)控制、LCD 顯示操作、數(shù)據(jù)通訊管理、異常工況報警及保護等功能系統(tǒng)。

2.6 高分子協(xié)效還原脫硝系統(tǒng)噴槍開孔

由于生活垃圾熱值波動較大，鍋爐負(fù)荷波動較大，因此需在鍋爐煙道開孔，以保證PNCR脫硝系統(tǒng)的使用效果。

3 總結(jié)

3.1 運行效果

PNCR 脫硝系統(tǒng)運行后，氮氧化物小時均值控制在100mg/Nm3內(nèi)，氨逃逸小時均值控制在8mg/Nm3，滿足河南省提標(biāo)后NOX的排放指標(biāo)要求。

表2 項目技改前后排放污染物對比表

3.2 存在的問題

PID 自動調(diào)節(jié)程序受爐溫波動影響較大，當(dāng)爐溫出現(xiàn)明顯下降時，由于信號滯后因素，給料量無法及時增減，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不太穩(wěn)定，需加強爐溫管控。

噴槍切換前后存在噴槍管路結(jié)晶堵塞的情況，需修正吹掃邏輯，添加輔助吹掃程序，緩解噴槍管路結(jié)晶堵塞問題。