危廢焚燒裝置煙氣SNCR脫氮方案

崔保命

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200)

引 言

山西潞安高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項目環保配套工程危險廢物處置裝置，工程范圍主要包括危險廢物的污泥干化處理、焚燒處理、飛灰固化處理的生產設施，以及與其相配套的公用設施、輔助設施及生活管理設施等。焚燒處理設備包括：焚燒系統、余熱利用系統、煙氣處理系統及附屬設施。焚燒系統包括焚燒爐及其附屬的上料、助燃、出灰等設施，焚燒技術的關鍵是焚燒爐。

經在二燃室充分燃燒的高溫煙氣由煙道進入余熱鍋爐進行熱量回收，余熱鍋爐將煙氣中的部分熱能回收，產生的蒸汽供內部使用。此外還需配備鍋爐軟化水處理系統以及自動給水系統。煙氣經過余熱鍋爐后，溫度由原來的950 ℃～1 100 ℃以上降至500 ℃左右進入急冷塔。余熱鍋爐第一爐膛設置非催化還原(SNCR)脫氮系統。

1 SNCR脫氮技術介紹

山西潞安高硫煤清潔利用油化電熱一體化示范項目危險廢棄物處置裝置(焚燒裝置)脫氮設施按照環評報告要求選用SNCR脫氮工藝。選擇性非催化還原法(SNCR)是指無催化劑的作用下，在適合脫氮反應的“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。還原劑只和煙氣中的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，因此必須在高溫區加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850 ℃～1 100 ℃，迅速熱分解成NH3，與煙氣中的NOx反應生成N2和水。

本項目采用尿素作為還原劑還原NOx的主要化學反應式見式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

SNCR工藝流程，如圖1所示。

圖1 SNCR工藝流程圖

2 脫氮工藝技術

SNCR脫氮系統采用尿素作為脫氮劑。本項目采用高溫焚燒法處理危險廢物。危險廢物在回轉窯內焚燒后，高溫煙氣進入二燃室，并在二燃室停留時間超過2 s，二燃室出口處的煙氣溫度為1 100 ℃以上，之后煙氣進入余熱鍋爐，使煙氣溫度降低至500 ℃～550 ℃，在余熱鍋爐上設有SNCR脫氮系統。經余熱鍋爐降溫后煙氣進入煙氣處理系統。SNCR脫氮系統能夠適應額定煙氣量50%～120%，煙氣溫度(950±50)℃的變化，脫氮系統能夠根據煙氣量及煙氣成分波動調節尿素溶液投加量，保證脫氮后煙氣NOx指標始終低于排放限值。根據其他裝置實際運行數據情況，采用SNCR系統脫氮的效率為30%～60%，脫氮效率主要受溫度、停留時間及噴入霧化效果影響，但主要影響因素為溫度影響。溫度對脫氮效率的影響曲線，如圖2所示。

圖2 SNCR系統反應溫度與脫氮的效率曲線

從圖2可以看出脫氮效率最高為溫度在900 ℃～950 ℃。

根據本項目基礎設計階段提供進料組成，核算二燃室出口進入到余熱鍋爐的煙囪成分數據，如表1所示。

表1 余熱鍋爐的煙囪成分數據表①

2.1 SNCR系統主要設備(見表2)。

表2 SNCR系統主要設備一覽表

3 經濟計算基礎

根據SNCR配置情況，主要消耗為電、水、尿素。各品種消耗及費用如下：

電：消耗4 kW·h，電費0.63元/kW·h；

工業水：消耗0.029 t/h，水費3.5元/t；

尿素：消耗0.006 t/h(100%)，價格2 200元/t。

根據以上數據核算年運行費用，如表3所示。

表3 運行經濟分析表

根據核算，年運行費用約為12.65萬元，主要費用為采購尿素費用。

4 結語

危廢焚燒裝置煙氣經過脫氮后排放，煙氣排放標準《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB18484-2001)中NOx限值500 mg/m3，進一步減少整個項目的氮氧化物污染排放總量。采用尿素作為還原劑相對于氨更加安全可靠經濟。