垃圾焚燒發電廠脫硝技術及應用

賀 毅

（廣州環投技術設備有限公司，廣州 511447）

近年來，垃圾焚燒處理由于占地面積小、減量化明顯、穩定化無害化程度高、可回收余熱利用等優點而得到迅速發展。過去，對于已建的垃圾焚燒電廠NOx排放，由于規范要求相對寬松，沒有專門設置脫硝裝置，因此僅通過控制燃燒也能使NOx排放值不超標。但隨著技術的進步和人們環保意識的增強，對垃圾焚燒發電廠的排放要求也日趨嚴格。為了使項目順利進行和實現當地大氣污染物排放總量控制目標，很多新建項目及改造項目都已將NOx排放限值參照歐盟（EN2000/76/EC）標準200mg/Nm3執行。

1 垃圾焚燒煙氣脫硝控制技術

1.1 燃燒控制技術

垃圾焚燒煙氣中氮氧化物的去除，首先是要遵循燃燒控制的3T + E（Temperature， Time， Turbulence，Excess air）基本原則，主要有：合理的垃圾焚燒鍋爐幾何尺寸設計；有效控制一次空氣與優化二次空氣供給；高溫條件下較長的煙氣停留時間；保持煙氣中低氧含量等。通過這些措施，在減少NOx生成的同時，可減少CO的生成并阻止二英類等有機污染物的合成。

1.2 選擇性催化還原法（SCR）

選擇性催化還原法是利用含有氨基的還原劑與催化劑在溫度窗口為200℃～450℃的區間，快速、高效地將焚燒爐內煙氣中的氮氧化物選擇性地還原為N2。

脫氮反應器是SCR工藝的關鍵，布置方式主要有：高溫高塵、高溫低塵和低溫低塵。

采用高溫高塵布置，反應器布置在省煤器與空預器間。工程上多為此種布置方式。優點是煙氣不必加熱就能滿足反應溫度，但此處煙氣未經除塵，飛灰顆粒對催化劑的沖蝕比較厲害，造成催化劑壽命縮短，另外，未反應完的NH3和煙氣中的SO3生成的硫酸銨、硫酸氫銨可能對空氣預熱器和煙氣脫硫等設備產生損害。若是對已建成的機組進行加裝SCR系統的改造，可能會因可利用場地的限制而帶來建造費用高、停機時間長等問題。高溫低塵布置方式，反應器布置在除塵器后，此時除塵器需采用高溫除塵器， 投資費用和運行要求要相應提高。工程上應用極少。

低溫低塵布置方式，反應器布置在整個煙氣系統末端。這種布置的優點是經過除塵和脫硫之后的煙氣可使催化劑既不受高濃度煙塵的影響，也不受SO3等氣態毒物的影響，但缺點是煙氣溫度過低，需重新加熱煙氣，因此大量的能量消耗所帶來的高額運行成本是這種方式推廣的最大障礙。目前，國外垃圾焚燒電廠SCR布置多采用此方式。

垃圾焚燒產生的煙氣中重金屬含量比大型火電廠要高，更易引起催化劑中毒，大大削弱催化劑的活性。在垃圾處理規模為33t/h的意大利Brescia垃圾焚燒廠采用高溫高塵布置進行試驗，運行2年后，催化劑腐蝕、堵塞嚴重，目前尚未有大規模的工程應用[2]。

1.3 選擇性非催化還原法（SNCR）

選擇性非催化還原法是在煙氣溫度 850℃～1100℃、在O2共存的條件下，向爐膛中直接加入氨液或是尿素等脫硝劑，將氮氧化物還原成為氮氣與水。由于此法不需催化劑的作用，從而可避免催化劑堵塞或毒化問題發生。其去除效率受到脫硝劑與氮氧化物接觸條件（如爐膛溫度隨垃圾特性的變化及反應時間的影響）而有很大的變化，因此噴嘴吹入口的位置必須根據爐體形式、構造及煙道形狀予以確定。溶液依不同設計要求，以8%～25%的濃度通過0.3～0.7MPa的壓力加入爐膛內。由于垃圾焚燒爐的溫度曲線是在一定范圍內變化的，需要設置 2～3層噴嘴以適應不同的溫度工況。不同標高的噴嘴切換是基于燃燒室的溫度測量值。

采用SNCR法的脫硝率在30%～75%。若為了提高脫硝率而增加藥劑噴入時，氨的泄漏量也會相應增加，剩余的氨和氯化氫及三氧化硫化合成氯化銨及硫酸氫銨而沉淀在鍋爐尾部的受熱面，導致余熱鍋爐尾部受熱面結垢和堵塞。同時使煙囪排氣形成白煙。但由于其投資及操作維護成本較低且無廢水處理的問題，因而有很多的應用實例。

2 應用實例

世界范圍內對于垃圾焚燒發電廠的脫硝技術，根據各國法律、法規及經濟情況有所不同。為了滿足日趨嚴格的排放標準，部分發達國家采用SCR來協同處理NOx、CO、二英類大氣污染物。對于我國來說，由于垃圾多數未進行分類，垃圾成分相對不確定，焚燒后產生的煙氣中的重金屬、HCl、HF含量較高，給催化劑的安全可靠運行帶來極大風險，另外SCR的投資及運行費用較高，而我國的排放限值相對比較寬松，因此原有項目基本都沒有設置脫硝系統。近年來新建及改造項目基本采用的都是國外技術的SNCR系統。現以國內某新建垃圾焚燒發電廠SNCR的建設、運行情況為例進行簡要介紹。

2.1 項目設計參數

某垃圾焚燒發電廠的總設計垃圾處理能力為2000d/t，共配套3條焚燒處理線，采用機械爐排爐焚燒技術，余熱鍋爐采用中溫中壓蒸汽參數（400℃，4.0MPa），汽輪發電機機組配置1×25MW+1×15MW，煙氣處理系統采用“SNCR+旋轉噴霧吸收塔 + 活性炭噴射 + 布袋除塵器”的組合煙氣凈化工藝。SNCR煙氣脫硝系統采用國外技術，設計參數見表1。

表1 SNCR系統設計參數

2.2 系統組成及功能

整個SNCR脫硝系統設備較少，采用模塊設計，主要由以下幾大模塊組成：

（1）氨水的儲存及加注

儲罐由罐車直接加注。儲罐的灌裝線和排氣管通過撓性軟管與罐車連接。灌裝線用于將氨水加注儲罐，排氣管將灌裝過程中的多余壓力通過返回罐車釋放。儲罐配有安全閥用于釋放高壓，當罐內壓力過高時自動開啟，防止儲罐內產生過高壓力。氨水儲罐配有高、低液位計，氣體監測儀，熱探測儀，罐外排系統，氣報警裝置。防溢流裝置能將多余氨水回流到運輸卡車。

（2）氨水及軟水的輸送

分別通過循環泵在一定壓力下向系統提供氨水及軟水，泵均配有壓力計，實時監測泵壓，實現本地及遠程控制。磁耦合泵保證沒有氨水泄露。

（3）氨水及軟水的稀釋混合

在線稀釋混合將濃度25%的氨水與軟水混合稀釋到濃度10%左右，用來保證在運行工況變化時，噴嘴中流體的壓力不變；通過各自水量調節閥分別與軟水投加泵和氨水投加泵進行定量調節，并通過流量的設定和調節進行定量配比混合投加。

（4）氨水的噴射

混合后的氨水通過雙流體不銹鋼噴槍噴入爐膛內。噴射點的位置設計要根據CFD分析進行，以保證在適當的溫度窗范圍內使煙氣和還原劑充分混合及反應。根據鍋爐負荷或爐膛出口的NOx濃度變化時，送入爐膛的氨水量也隨之變化，從而導致噴槍內流量的變化，若變化太大，將會影響噴射霧化的效果，從而影響脫硝率和氨殘余，同時可通過混合水流量調節閥來調節最終的氨水濃度，以滿足鍋爐不同負荷的要求。

（5）控制系統

整個SNCR系統通過控制系統自動運行。所有SNCR系統的信號均可在廠區DCS上進行顯示。控制系統配有PLC西門子S7-300，通過Profibus分布及I/O通信。控制系統與工藝方式的協作與監測形成了全自動控制系統。其可直接與電廠的DCS進行通信，接收電廠的信號。

2.3 系統運行情況

SNCR系統于2013年與主設備同期調試運行，相關運行指標見表2。

表2 SNCR系統技術指標

由表2可見，SNCR系統的各運行參數全部能達到設計要求，氮氧化物排放值可長期穩定在150mg/Nm3以下。

3 結語

由于SNCR工藝較之SCR具有占地小、投資省、建設周期短、脫硝效率能滿足環保要求等優勢，美國環保署EPA和歐盟EU Directive 96/91從政府層面推薦SNCR技術為垃圾焚燒廠脫硝的最佳可行技術（BAT）。而我國在《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》（CJJ90-2009）中也將SNCR作為推薦技術。

我國垃圾焚燒發電廠脫硝技術正處于發展階段，目前，國內新建及改造的垃圾焚燒發電廠已安裝的煙氣脫硝裝置均采用SNCR技術，能滿足現階段排放要求。但從長遠來看，為了達到更好的處理效果及協同處理二英等難處理有機物，SNCR+SCR技術會成主流。

[1]中國環境保護產業協會城市生活垃圾處理委員會.我國城市生活垃圾處理行業2009年發展綜述[J].中國環保產業，2010.

[2]Paolo Rossignoli， Mario Nevnci， Lorenzo Zaniboni. High dust selective catalytic NOx reduction at WTE plant in Brescia[R]. Second International Conference on Biomass and Waste Combustion 2010.

[3]聶永豐.國內生活垃圾焚燒的現狀及發展趨勢[J].城市管理與科技，2009（3）：18-21.

[4]汪玉林.垃圾發電技術及工程實例[M].北京：化學工業出版社，2003：151-160.

[5]楊國清.固體廢物處理工程[M].北京：科學出版社，2000：191-216.