張輝

(深圳市能源環(huán)保有限公司，廣東深圳　518052)

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選擇性非催化還原煙氣脫硝技術(shù)在垃圾焚燒發(fā)電廠的應(yīng)用

張輝

(深圳市能源環(huán)保有限公司，廣東深圳518052)

摘要:選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)是一種建設(shè)周期短、投資少、脫硝效率中等的煙氣脫硝技術(shù)，適合于對(duì)中小型電廠特別是垃圾焚燒發(fā)電廠的改造。結(jié)合實(shí)例介紹了SNCR技術(shù)的工作原理，并提出應(yīng)注意的問(wèn)題，SNCR技術(shù)和其他脫硝技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用可在較低投資成本下進(jìn)一步降低NOx排放質(zhì)量濃度。

關(guān)鍵詞:垃圾焚燒;煙氣脫硝;選擇性非催化還原技術(shù);噴氨

0　引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市人口迅速增加，城市的垃圾量也在迅速增加，而通過(guò)城市生活垃圾焚燒發(fā)電是最清潔、高效、環(huán)保，也是目前國(guó)際上最流行的垃圾處理方法之一。但隨著環(huán)保要求的日益提高，對(duì)焚燒過(guò)程中煙氣排放現(xiàn)值的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。對(duì)于煙氣中SOx的排放目前已有比較成熟的控制措施，對(duì)NOx的排放而言，選擇性非催化還原(SNCR)煙氣脫硝技術(shù)以其成本較低、改造方便［1］、易與其他脫硝技術(shù)協(xié)同應(yīng)用等特點(diǎn)被垃圾焚燒發(fā)電廠廣泛應(yīng)用，尤其是已運(yùn)營(yíng)的垃圾焚燒發(fā)電廠在進(jìn)行脫硝技術(shù)改造時(shí)，大多采用SNCR技術(shù)。

1　NOx的生成原理

燃燒過(guò)程中NOx的生成原理比較復(fù)雜，NOx的生產(chǎn)量與燃燒方式、特別是燃燒溫度、過(guò)量空氣系數(shù)及煙氣在鍋爐內(nèi)的停留時(shí)間等因素密切相關(guān)，研究燃燒過(guò)程中NOx的生成原理對(duì)有效抑制它的產(chǎn)生具有重要意義。

目前，常規(guī)燃燒方式產(chǎn)生的NOx主要包括NO，NO2及少量N2O等，其中NO占90％以上，NO2占5％～10％，因此，NOx的生成量主要取決于NO。在焚燒過(guò)程中NOx的生成主要來(lái)源于以下3個(gè)方面:由焚燒垃圾中含氮化物的物質(zhì)熱分解而產(chǎn)生NOx;由空氣中的N2與焚燒垃圾中的碳?xì)潆x子團(tuán)反應(yīng)而生成NOx;空氣中的N2在高溫下氧化生成NOx。其中，焚燒垃圾中含氮量越高，NOx的排放量越大;鍋爐燃燒時(shí)過(guò)量空氣系數(shù)越高，NOx生成量越大。降低過(guò)量空氣系數(shù)雖然可以抑制NOx的生成，但會(huì)導(dǎo)致CO排放量增加。鍋爐燃燒溫度越高，NOx排放量越大，并且在通常狀況下，鍋爐負(fù)荷的增加對(duì)NOx排放也有促進(jìn)作用。

2　SNCR技術(shù)的脫硝原理

SNCR技術(shù)是以尿素((NH2)2CO)或氨水(NH3)等作為還原劑，通過(guò)設(shè)備將還原劑制成低質(zhì)量濃度的含氨溶液，在爐膛適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)(850～1100℃)噴入含氨溶液，使煙氣中的NOx與溶液中的NH3發(fā)生反應(yīng)，最終生成N2和H2O。在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中不需要催化劑。

若以NH3為還原劑，主要反應(yīng)為

副反應(yīng)為

若采用(NH2)2CO作為還原劑，反應(yīng)為

副反應(yīng)同式(2)。

該反應(yīng)對(duì)溫度的要求很高，只有在850～1 100℃才能有效進(jìn)行，溫度高時(shí)還會(huì)出現(xiàn)如式(2)的副反應(yīng)，增加煙氣中NOx的質(zhì)量濃度。

3　SNCR脫硝系統(tǒng)流程

SNCR脫硝系統(tǒng)(以NH3作為還原劑為例)如圖1所示，主要由以下幾部分組成。

(1)還原劑儲(chǔ)存。還原劑儲(chǔ)存單元目的為接受外來(lái)的還原劑，包括還原劑儲(chǔ)罐、加注泵模塊及緊急噴淋系統(tǒng)。還原劑由廠外通過(guò)密封罐車運(yùn)來(lái)，通過(guò)還原劑儲(chǔ)罐附近的加注泵模塊將還原劑從罐車泵送入儲(chǔ)罐。出于安全考慮，在儲(chǔ)罐附近裝有緊急噴淋系統(tǒng)，在緊急情況下用于沖洗。

圖1　SNCR脫硝系統(tǒng)流程

(2)還原劑輸送泵單元和軟水輸送泵單元。還原劑氨水輸送泵單元的目的是將儲(chǔ)罐內(nèi)的還原劑加壓輸送至混合單元，由不銹鋼泵及附件組成。軟水輸送泵單元的目的是將軟水加壓輸送至混合單元，由不銹鋼泵及附件組成，對(duì)還原劑適當(dāng)稀釋。

(3)混合及分配單元。還原劑、軟水的混合和分配工作由混合及分配單元統(tǒng)一完成，在此單元，2種流體根據(jù)給定的配方進(jìn)行配比混合，達(dá)到合適的質(zhì)量濃度和流量以滿足運(yùn)行條件的要求，并向各個(gè)噴射器提供混合至合適質(zhì)量濃度的還原劑溶液。

(4)噴射器單元。每套噴射器單元控制1個(gè)噴射器，噴射器安裝于焚燒爐膛出口第1煙道，根據(jù)爐膛結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)分布幾層，目的是在一定溫度范圍均勻混合還原劑與爐膛煙氣，以達(dá)到高效脫硝的目的。

(5)控制和管理單元?？刂坪凸芾韱卧脕?lái)調(diào)整、管理、監(jiān)測(cè)整個(gè)工藝的完成，使整個(gè)SNCR脫硝系統(tǒng)自動(dòng)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

4　SNCR脫硝系統(tǒng)在某垃圾焚燒發(fā)電廠應(yīng)用

以深圳某已運(yùn)營(yíng)的垃圾焚燒發(fā)電廠為例，其主要燃料為生活垃圾，焚燒爐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，以NH4OH作為還原劑的SNCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2，SNCR脫硝系統(tǒng)排放及消耗量見(jiàn)表3。

由于SNCR反應(yīng)發(fā)生在爐膛內(nèi)，無(wú)法直觀對(duì)比，故在試驗(yàn)過(guò)程中先中止SNCR系統(tǒng)運(yùn)行，使焚燒爐在沒(méi)有SNCR參與下穩(wěn)定運(yùn)行24 h并記錄NOx的排放情況，然后投入運(yùn)行SNCR系統(tǒng)并記錄24 h內(nèi)焚燒爐NOx的排放情況。SNCR系統(tǒng)投入與未投入時(shí)NOx排放質(zhì)量濃度曲線對(duì)比如圖2所示。

表1　焚燒爐基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表2　SNCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

表3　SNCR脫硝系統(tǒng)排放及消耗量

5　選擇SNCR工藝需注意的問(wèn)題

(1)根據(jù)爐膛溫度場(chǎng)分布來(lái)布置SNCR噴槍，保證噴氨區(qū)域溫度為850～1100℃，噴槍與水平面保持小角度傾角且槍頭向下，以避免SNCR系統(tǒng)停止工作時(shí)噴槍內(nèi)殘留的氨溶液間斷滴落，對(duì)水冷壁造成腐蝕。

圖2　NOx排放質(zhì)量濃度對(duì)比

(2) SNCR系統(tǒng)壓縮空氣需要考慮用氣的富余量，尤其在噴槍停噴過(guò)程中，壓縮空氣作為噴槍的主要冷卻介質(zhì)應(yīng)增大噴射量。

(3)基于垃圾焚燒爐的工作特性，在SNCR系統(tǒng)工作過(guò)程中應(yīng)使氨噴入量跟隨鍋爐工況變化，防止因工況變化造成的溫度波動(dòng)對(duì)SNCR系統(tǒng)造成影響。

6　總結(jié)和建議

垃圾焚燒爐應(yīng)用SNCR脫硝系統(tǒng)，在氨逃逸量不大于10 g/mL時(shí)，脫硝效率可以保證在35％～45％。SNCR脫硝技術(shù)改造工程占地面積小、對(duì)鍋爐改造的工作量少、施工安裝周期短、節(jié)省投資，尤其適用于已運(yùn)行電廠的技改項(xiàng)目。以25％的氨水作為還原劑，既保證了還原劑的運(yùn)輸、存儲(chǔ)安全性，同時(shí)還避免了因使用尿素而造成的工作強(qiáng)度增大及工作場(chǎng)地受限問(wèn)題。SNCR系統(tǒng)對(duì)爐膛溫度比較敏感，因此，應(yīng)保證鍋爐運(yùn)行工況盡量穩(wěn)定，以期獲得高效的脫硝效率。

參考文獻(xiàn):

［1］段傳和.選擇性非催化還原法(SNCR)煙氣脫硝［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2012.

(本文責(zé)編:弋洋)

張輝(1978—)，男，吉林長(zhǎng)春人，工程師，工學(xué)博士，從事煙氣凈化方面的工作(E-mail: bolat_zhang@163.com)。

作者簡(jiǎn)介:

收稿日期:2015－07－22;修回日期:2015－11－20

中圖分類號(hào):X 701

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

文章編號(hào):1674－1951(2016)01－0062－02