尿素法脫硝技術在垃圾焚燒發電廠的應用

閆志海，柴彬，魏少華，韓學杰

(1. 天津渤海環保工程有限公司 天津300304；2. 溧陽市萬遠電力建設工程有限公司 江蘇溧陽213300；3. 天津和信通自動化技術有限公司 天津300384)

尿素法脫硝技術在垃圾焚燒發電廠的應用

閆志海1，柴彬1，魏少華2，韓學杰3

(1. 天津渤海環保工程有限公司 天津300304；2. 溧陽市萬遠電力建設工程有限公司 江蘇溧陽213300；3. 天津和信通自動化技術有限公司 天津300384)

闡述了煙氣脫硝技術的基本原理，并綜述了以尿素為還原劑的脫硝技術以及工藝流程、詳細配置。以揚州市生活垃圾發電廠脫硝項目的實際工程為例，分別描述了各單元設備的配置及參數，主要包括軟水存儲及輸送單元、尿素溶液制備單元、尿素溶液存儲及輸送單元、計量混合與噴射單元、設備保溫、清洗單元以及控制單元。通過實際工程應用對尿素法脫硝技術進行了總結。經驗證，煙氣中氮氧化物排放達標，具有良好的推廣前景。

脫硝 氮氧化物 尿素 軟水 蒸汽

0 引 言

選擇性非催化還原是指無催化劑的作用下，在適合脫硝反應的“溫度窗口”內噴入還原劑將煙氣中的氮氧化物還原為無害的氮氣和水。該技術一般采用爐內噴氨、尿素或氫氨酸作為還原劑還原NOx。還原劑僅與煙氣中的NOx反應，一般不與氧反應，該技術不采用催化劑，所以這種方法被稱為選擇性非催化還原法(SNCR)。由于該工藝不使用催化劑，因此必須在850～1,100,℃的溫度區域注入還原劑并迅速熱分解成NH3與煙氣中的NOx反應生成氮氣和水。

本文以尿素為還原劑的脫硝技術在揚州市垃圾焚燒發電廠的應用為例，對成套設備及工藝技術進行綜述與分析。

1 項目概況

揚州市生活垃圾焚燒發電廠廠址位于揚州市邗江區楊廟鎮趙莊村旁的靜脈產業園內，分成一期、二期建設。初期建設規模為日焚燒處理生活垃圾1,000,t，為2條500,t/d爐排爐型。二期擴建1條610,t/d爐排爐型，余熱鍋爐和汽輪發電余熱鍋爐配置為中溫中壓，余熱鍋爐1臺(額定蒸發量56.4,t/h)，汽輪發電機組為1臺12,MW凝汽式汽輪發電機(最大15,MW)。其中，煙氣中氮氧化物的排放限制將按照《生活垃圾焚燒污染控制標準GB,18485—2014》的相關內容執行，故新增1套SNCR脫硝系統以滿足排放指標，通過工藝分析與比較最終選取了尿素法煙氣脫硝技術并進行了建設。

2 煙氣脫硝技術的基本原理

選擇性非催化還原(SNCR)脫除NOx技術是把含有氨基的還原劑(如氨氣、氨水或者尿素等)噴入爐膛溫度為850～1,100,℃的區域，該還原劑迅速熱分解成NH3和其他副產物，隨后NH3與煙氣中的NOx進行SNCR反應而生成N2。

采用NH3作為還原劑時，還原NOx的化學反應方程式主要為：

而采用尿素作為還原劑還原NOx的主要化學反應方程式為：

脫硝效率主要依賴于反應溫度，另外，還原劑注入爐膛時布置的位置也很關鍵。如果還原劑液滴能均勻地分布在反應區域的截面上，那么不但能提高氮氧化物的去除率，而且能降低氨逃逸從而降低還原劑耗材的用量成本。

3 以尿素為還原劑的脫硝技術

尿素法脫硝技術的成套設備主要包括軟水存儲及輸送單元、尿素溶液制備單元、尿素溶液存儲及輸送單元、蒸汽加熱單元、計量混合與噴射單元、設備保溫、清洗單元以及控制單元等。以下內容將對揚州脫硝項目建設時的各單元及設備進行詳細闡述，工藝流程示意圖如圖1所示：

圖1 工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram

3.1 軟水存儲及輸送單元

該單元主要由軟水存儲罐(揚州項目設計為總容積約11,m3，材質為5,mm厚的SUS304不銹鋼，具體容積應根據項目情況而定)、軟水設備(1用1備，可分別或同時將軟水輸送至軟水存儲罐與制備罐，水源要求濁度≤3度，硬度≤12,mmol/L，壓力大于0.2,MPa，處理能力5,t/h/臺)、軟水輸送泵撬等組成。當廠區自備軟水設備或自行制備除鹽水時，可不增設軟水設備。

軟水存儲罐內部設置蒸汽加熱盤管(SUS316不銹鋼材質的無縫管，總蒸汽來源是廠區二抽，溫度為219,℃，壓力為0.6,MPa，總消耗量約2,t/h，管道接口為DN80)，加熱溫度控制在50～60,℃(由溫度傳感器與PLC自動調節蒸汽閥完成，并在罐體側壁設置了指針式溫度表)，罐體外部設置保溫層。液位的檢測由帶遠傳信號的磁翻板液位計完成，同時能物理顯示液位高度。軟水輸送泵撬的出口設置沖洗旁路。

3.2 尿素溶液制備單元

尿素溶液制備時，采用真空上料機(或電動葫蘆)將農業用顆粒狀尿素[總氮(以干基計)≥46.3%,，50,kg/袋。由人工拆袋并搬運至真空上料機的投料口，揚州脫硝項目投運后每次制備需要19袋左右，可根據尿素溶液的調制濃度而改變尿素的投料量]輸送至制備罐(總容積約6,m3)，并由蒸汽盤管將軟水加熱至50～60,℃，溫度的控制由溫度傳感器檢測并由PLC自動控制蒸汽閥的啟閉。尿素溶液通過攪拌器攪拌均勻，再由濃度計檢測達到約20%,～40%,的濃度(不建議配置濃度超過40%,，濃度低不易結晶)，制備罐體、溶液輸送管道與蒸汽管道均設置保溫。

本單元系統是間歇運行，根據尿素溶液存儲罐的液位高度進行制備，制備完畢后的尿素溶液通過制備罐出口的輸送泵撬送入存儲罐(總容積約25,m3，有效容積小于總容積，可根據生產需要設計液位計的安裝位置)。

3.3 尿素溶液存儲及輸送單元

存儲罐內部設置蒸汽加熱盤管，溫度控制在50～60,℃(由溫度傳感器與PLC自動調節蒸汽閥完成)，罐體外部設置保溫層，為了防止SNCR系統停運過長時尿素結晶，則在存儲罐頂部設置攪拌器(安裝3層SUS304材質的螺旋槳樣式葉輪)。罐體頂部設置檢修入孔，內壁設置檢修爬梯。液位的檢測由帶遠傳信號的磁翻板液位計完成，同時也能物理顯示液位高度。存儲溶液的用量可滿足3臺爐滿負荷運行約5,d(使用天數由煙氣中NOx含量與存儲罐體的容積決定)。

3.4 疏水單元

疏水單元由疏水罐與凝結水輸送泵撬組成。疏水罐選用SUS304材質的6,mm鋼板焊接而成，工作壓力＜0.3,MPa，并安裝有相應的蒸汽進口、出口法蘭以及帶遠傳信號的磁翻板液位計、壓力表、泄壓閥等。尿素溶液制備罐、軟水存儲罐以及尿素溶液存儲罐的蒸汽加熱盤管出口通過管道連接至疏水罐進口，而疏水罐的出口與廠區疏水箱相連接。罐體外部設置保溫層，冷凝水則通過泵撬輸送至軟水罐以及制備罐。

3.5 計量混合與噴射單元

儲罐內的尿素溶液通過輸送泵送至計量混合模塊，與軟水存儲罐通過輸送泵撬的軟水經過靜態混合器混合后送至安裝在焚燒線余熱鍋爐上的專用噴槍噴入爐膛。

計量混合模塊主要由氣動調節閥組與流量計、閥組、熱控儀表、管件等組成，并能實現尿素溶液與軟化水的自動配比、計量(由PLC程序控制氣動調節閥完成)。噴射模塊設置轉子流量計、儀表氣源、廠用氣源以及壓力調節閥組、儀表、管件等。其中，廠用壓縮空氣用于混合溶液的霧化以及噴槍的冷卻(可選用離心風機送風冷卻每根噴槍)。

該SNCR脫硝技術項目共在3臺焚燒的爐膛高溫區前墻、側墻分為兩層共布置26根噴槍，選取的噴槍形式為雙流體(扇形)，噴頭型號為1/4,KSAMM 0666，額定流量為50,L/h，可調范圍為20～90,L/h(可通過調整霧化空氣流量與壓力)，噴射角為60,°，整根噴槍包括噴頭、噴桿、保護管、鋼絲軟管，材質均為SUS316L。霧化空氣的消耗量額定值為7.5,m3/h，氣壓要求0.28,MPa。

3.6 設備保溫

該項目的成套設備以及管道均進行保溫，減小溶液熱量流失并防止人體接觸燙傷。其中，制備罐、軟水罐、存儲罐采取50,mm厚離心玻璃面以及鋁箔，而蒸汽管道支路以及輸送管道采用石棉繩纏繞的方式。施工質量按照《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》GB,50242—2002執行。

3.7 清洗單元

當某臺或全部垃圾焚燒爐停爐檢修時則自動或手動啟動清洗單元，以防止尿素溶液冷卻后在管道里結晶、堵塞噴槍。多臺鍋爐可共用一整套清洗單元，而每一層清洗組件對應一套計量混合單元。清洗單元主要由氣動閥組、檢修旁路等組成，相對而言設備較少，但能起到防堵塞的作用。清洗單元的進口與軟水存儲罐的輸送泵撬出口相連接，清洗單元的出口分為兩條支路，其中一條連接到計量混合單元，而另一條連接至尿素溶液輸送支路(存儲罐輸送泵撬的出口位置)。

3.8 控制單元

成套控制系統主要由PLC柜、動力柜等組成，通過程序的編制以及線路的連接能滿足脫硝系統的自動/手動(以及就地/遠程)控制要求，確保NOx排放值達到國標要求。尿素溶液噴射量可根據NOx監測值進行自動控制(調整氣動調節閥的開度)，在煙氣出口達標的情況下，實現全自動溫度追蹤以及噴射量調節，以達到較低的還原劑消耗。

控制系統可在無需現場人員配合的條件下，在PLC柜面板的觸摸屏、就地操作箱或在集中控制室(遠程DCS系統)完成對脫硝系統內尿素溶液或軟水的輸送、加熱、計量以及各種泵、氣動閥門、攪拌機等設備的啟停控制。就地控制箱設有必要的操作開關和按鈕以完成對運行的控制及故障報警等。

控制單元能夠完成脫硝系統內的液位(溫度)測量、狀態參數監視、啟停操作、全自動控制、故障報警及聯鎖保護等功能。脫硝系統內部設備之間的信號、指令傳輸方式與發電廠自有控制系統之間，如煙氣監測系統(CEMS)等重要信號采用與主控DCS匹配的通信協議，脫硝系統控制單元中留有相應的通訊接口。

4 總 結

國內用于減少生活垃圾焚燒發電廠煙氣中氮氧化物排放的處理工藝有多種，普遍采用的SNCR脫硝技術為氨水法，但氨水屬于危險化學品，在運輸(濃度不應超過20%,)以及使用時需要采取較高的安全措施才能保證正常運行。本文綜述的尿素法脫硝技術已在國內多個垃圾焚燒發電廠應用并取得成功，達到了國標排放限值，且農用尿素不屬于危險化學品，方便購買與運輸，滿足了用戶的使用安全要求，以尿素為還原劑的SNCR脫硝技術將有良好的推廣前景。■

［1］ 蔣文舉. 煙氣脫硫脫硝技術手冊[M]. 北京：化學工業出版社，2006：399-400.

［2］ 閆志海，趙昕哲，董珂，等. 垃圾焚燒發電廠煙氣凈化技術方案的選擇[J]. 節能與環保，2008(5)：24-26.

［3］ 潘光，李恒慶，由希華，等. 煙氣脫硝技術及在我國的應用[A]. 2010中國環境科學學會學術年會論文集(第四卷)[C]，2010.

［4］ 王方群，杜云貴，劉藝，等. 國內燃煤電廠煙氣脫硝發展現狀及建議[J]. 電力環境保護，2007(3)：20-23.

Application of Urea Denitration Technology in Waste Incineration Power Plants

YAN Zhihai1，CHAI Bin1，WEI Shaohua2，HAN Xuejie3
(1．Tianjin Bohai Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300304，China；2．Liyang Wanyuan Power Construction Engineering Co.，Ltd.，Liyang 213300，Jiangsu Province，China；3．Tianjin Hexintong Automation Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300384，China)

This paper expounds the basic principle of flue gas denitration technology，and summarizes the denitration technology of urea as reductant and its technological process and detailed configuration．Taking Yangzhou city living garbage power plant of denitration project as an example，it describes the configuration and parameters of each unit equipment，mainly including soft water storage and transportation unit，urea solution preparation of storage and transportation unit，measurement unit，urea solution mixing and injection unit，insulation equipment，cleaning unit and control unit．Through the practical engineering application of urea denitration technology which applied the technology of nitrogen oxide in flue gas emission standard authentication，it shows that the technology has a good prospect of popularization.

denitration；NOx；urea；soft water；steam

TM619

A

1006-8945(2016)08-0083-03

2016-07-04