「技術匯」生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝選擇及案例分析

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北極星大氣網訊：【摘 要】

做好生活垃圾焚燒過程中的煙氣脫硝工作，不僅能夠避免空氣、土壤汙染等問題的發生，同時還能提高垃圾的資源化利用效果。結合廣東省梅州市豐順縣五斗種城市生活垃圾衛生焚燒場煙氣脫硝案例，對煙氣處理系統以及淨化工藝進行研究。

【關鍵詞】垃圾焚燒；煙氣脫硝工藝；酸性氣體

0 引 言

做好垃圾處理工作對於改善城市環境質量，對提升城市居民的生活品質有著重要的作用。煙氣脫硝環節有著一定的複雜性、系統性，當前要加強對煙氣淨化系統的研究與應用，藉助脫酸系統、布袋除塵器系統以及相關的噴射裝置、噴水系統、電氣自控系統，提高煙氣脫硝效果，改善城市形象。

1 煙氣脫硝工藝簡介及對比

目前進入工業應用的成熟的熱力電廠煙氣脫硝技術主要包括 SCR、SNCR 和 SNCR/SCR 聯用技術。

1。1 SNCR 脫硝技術

SNCR 是一種選擇性的非催化還原脫硝技術，即在爐溫850~1100 ℃的區域內注入 NH3、尿素和其他還原劑，還原劑迅速熱分解為 NH3和 NOx並與煙氣中的 NOx進行選擇反應。NOx還原為 N2和 H2O，該方法基於爐子或爐子反應器，該過程簡單易操作。反應原理：

還原 NO 所依賴的化學反應效率取決於 NO 煙氣溫度，高溫下的停留時間，包括還原劑注入的型別和數量，混合效率和氨化合物中 NOx的含量等。SNCR 方法使用尿素、CO（NH2）2作為還原劑。它將尿素水溶液注入負載有 NOx的燃燒產物的路徑中。尿素熱分解產生化學物質，該化學物質與 NOx反應形成氮、二氧化碳和水。

1。2 SCR 煙氣脫硝技術

SCR 反應堆應採用鋼結構，鋼結構設計應符合 GB 50017的要求；SCR 反應器的總體結構設計應充分考慮第一催化劑入口煙氣流量偏差，煙氣流量偏差，煙氣溫度偏差和 NH3/NOx摩爾比偏差的影響，應符合 GB/T 21509—2008 規定。SCR 反應器的設計流量應滿足壓降要求，一般在 5—10 m/s 之間；SCR 反應器應能適應生物質電廠鍋爐的各種執行條件以及負荷變化和啟停要求；SCR 反應器主體可以支撐或懸掛。採用支撐方式時，應充分考慮 SCR 反應器內部結構的溫差應力和支架熱膨脹引起的承重鋼框架的水平推力。

SCR 反應器的進、出口應設有補償器，以吸收自身的軸向位移、徑向位移、角位移和振動；SCR 反應器中的催化劑一般裝有一層或兩層初始催化劑，可以保留備用催化劑層；SCR 反應器應設有足夠尺寸和數量的檢修門，並設有必要的煙氣取樣口；SCR 反應器應配備催化劑裝置的安裝、維護和更換所必需的升降裝置和平臺。

1。3 SNCR/SCR 聯用技術

SNCR/SCR 組合技術是指在煙氣工藝中安裝 SNCR 和 SCR裝置。在 SNCR 部分注入液氨等作為還原劑，以部分去除 SNCR裝置中的 NOx；在 SCR 段中，透過 SNCR 工藝逸出的氨氣在SCR 催化劑 H2O 的作用下將煙道氣中的 NOx還原為 N2。SNCR/SCR 組合工藝系統很複雜，脫硝效率通常僅為 50％~70％。

1。4 煙氣脫硝技術

對比三種煙氣脫硝技術的綜合比較見表 1。SCR 減少 NOx的優勢：適用於大規模減少 NOx-高達 90％；提高柴油發動機的燃油經濟性；可用於包括工業和市政工廠在內的各種系統中；可以與柴油機微粒過濾器（DPF）一起使用，以減少柴油機中的微粒排放；該設定易於安裝。SCR 減少NOx的缺點：未注入的氨可能由於過量注入而漏出 SCR 催化劑（氨漏出）；還原所需的催化劑更換昂貴；催化劑容易被燃燒氣體中的化合物汙染。

表1煙氣脫硝技術比較

SNCR 減少 NOx的優勢：該設定易於安裝；與 SCR 相比，資本和運營成本相對較低；節省昂貴的催化劑更換費用；大型鍋爐機組中的元件改裝相對容易，停機時間很少。

SNCR 減少 NOx的缺點：需要狹窄的溫度範圍才能有效減少 NOx；不適合大規模減少 NOx；由於安裝元件的空間考慮，很難在較小的鍋爐單元中改裝元件；容易發生氨洩漏，導致意外的 NOx排放。

成本：與簡單減少 NOx的方法（例如低 NOx燃燒器（LNB）和 Overfire 空氣（OFA））相比，SCR 和 SNCR 技術都具有相對較高的運營和資本成本，但它們的效率受到高度青睞。由於催化劑規格的原因，SCR 比 SNCR 貴，但在效率方面可以彌補。效率：SCR 和 SNCR 技術都需要使用試劑來還原 NOx。但是，SNCR 在注入試劑時需要更高的煙氣溫度。SCR 汙染控制所去除的 NOx量（約 90％）比 SNCR（30%~70％）要大得多，使其成為大規模減少工業和市政工廠的最佳選擇。符合排放控制法規：雖然減少 SCRNOx的初始投資要比 SNCR 大，但從長期來看，它更具成本效益，並且與未來預計的更大程度的減排相相容。SNCR 是小規模，短期減少 NOx的理想選擇，並且可能無法確保符合未來法規。

隨著中國環境保護的努力，越來越多的電廠安裝了脫硝裝置。目前，國內主流脫硝技術包括選擇性催化還原（SCR），選擇性非催化還原（SNCR）和 SNCR/SCR 混合脫硝技術等。每種技術在諸多因素的影響下各有優缺點。作為經濟、技術、環境保護，有些因素是定性的，有些是定量的，因此，如何科學合理地評價脫硝技術一直是一個難題。但是在中國，科學地最佳化脫硝技術不僅有利於脫硝裝置的推廣，而且在制定脫硝價格方面起著重要作用。合理的脫硝技術最佳化對脫硝價格的制定和電力工程建設起著至關重要的作用。對比表明，脫硝技術最佳化組合具有實用價值。結果表明，選擇性催化還原（SCR）方法優於 SNCR/SCR 混合脫硝方法，而 SNCR/SCR 混合脫硝方法優於選擇性非催化還原（SNCR）方法。這符合當今脫硝技術的實際應用。

2 案例分析

位於廣東省梅州市豐順縣五斗種的資源熱力電廠專案，其設計規模為生活垃圾日處理量 600 t，配置了 2 臺 300 t/d 的機械爐排焚燒爐，同時還配置了 1 臺 15 MW 汽輪發電機組。本專案採用現行國家推薦的最常用於生活垃圾焚燒煙氣處理工藝，焚燒後產生的煙氣，經“SNCR 系統＋半乾法＋活性炭吸附＋布袋除塵”組合方案加以處理，並在系統內預留加氨分解脫除 NOx的措施。煙氣在達到《生活垃圾焚燒處理汙染控制標準》（GB 18485—2014）及環評報告批覆的標準要求後，經煙囪排放。

3 案例脫硝工藝研究

專案在進行煙氣淨化系統的設計與建設中，主要使用的是 SNCR 系統煙氣脫硝技術。SNCR 法不需要催化劑，在高溫800~1000 ℃條件下，直接向爐膛內噴射還原劑 （尿素或氨水），將 NOx還原為 N2。目前國內垃圾焚燒電廠已有成功執行的例項，均能將 NOx 的濃度控制在 200 mg/Nm3以內。

氨水作為還原劑脫硝的反應機理如下：

尿素作為還原劑脫硝的反應機理如下：

尿素作為還原劑同時會發生如下副反應：

尿素與氨水相比，作為脫硝還原劑主要存在以下不足：尿素會產生笑氣 N2O，N2O 的溫室氣體效應是 CO2的 250 倍；尿素會形成異氰酸，對鍋爐管道有強烈腐蝕；尿素易於在管道和儲罐中沉澱，裝置管道的維護成本將會增加；當尿素用作還原劑時，氨的逸出率相對較高。使用尿素不能達到非常低的 NOx排放值；尿素在處理不穩定的煙氣條件方面不如氨有效；它比氨水高，特別是對於燃燒熱值低的廢熱鍋爐（例如垃圾焚燒鍋爐），很難滿足尿素所需的最佳溫度。

雖然氨水的缺點是貯存時有氣味洩露，防火防爆要求高，但綜合考慮脫硝的效率及對鍋爐的安全性，本方案採用氨水作為 SNCR 還原劑。

反應物透過安裝在鍋爐牆上的噴嘴注入的，噴嘴佈置在合適的區域的，爐膛上部及對流部分。噴射混合反應物和煙氣，鍋爐的熱量為化學反應提供能量。

4 結束語

採用“SNCR 系統＋半乾法＋活性炭吸附＋布袋除塵”聯合脫硝工藝，組合工藝不僅可以利用 SNCR 工藝和 SCR 工藝，而且可以避免各自的缺點，提高脫硝效率，滿足要求。

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