生活垃圾焚燒發電廠煙氣再循環改造技術淺析

林思裕

【摘?要】隨著全國越來越多生活垃圾焚燒發電廠建成投產，國家對污染物排放指標的要求日趨嚴格，特別是對NOx的排放指標提出了新的要求，如何降低NOx的排放指標是值得各企業技術人員深入研究的課題，把尾部煙氣引至焚燒爐爐膛進行助燃，降低燃燒溫度，降低助燃空氣的氧含量進一步抑制NOx的產生，減少NOx的排放，效果明顯，是經過實踐證明確實可行、行之有效的技術。

【關鍵詞】氮氧化物;煙氣再循環;氧量;排放;焚燒爐

生活垃圾焚燒產生的煙氣中含有一定量氮氧化物（下稱NOx），主要是由于垃圾中的含氮無機物及有機物在焚燒過程中形成，其中大量為NO約占90%左右，少量為N0約占5-10%左右，其總量稱為NOx。目前NOx排放標準日趨嚴格，部分省市地方標準已提出了比歐盟2010/75/EU更高的要求，生活垃圾焚燒行業低排放已是大勢所趨。煙氣再循環技術基本原理是為減低NOx生成而使用的低空氣比燃燒技術，屬于脫硝技術的一種，目前正在被廣泛的應用。

1 項目概述

廈門海滄生活垃圾焚燒發電廠建設2臺x300噸/臺焚燒爐，煙氣凈化系統原設計采用SNCR+半干法+干法+活性炭+布袋除塵器的處理工藝，在正常運行中NOx排放指標一般控制在190～200mg/m，若僅采用SNCR技術降低NOx，還原劑尿素消耗量會大大增加，氨逃逸率明顯提高，由于SNCR脫氮效率的限制，難以實現更低NOx排放指標。2019年11月因廈門地標氮氧化物排放指標提標需要，已經完成2臺焚燒爐爐內添加高分子脫硝劑設備改造，但是考慮到投入高分子脫硝劑費用成本的增加，有必要進一步對NOx處理系統進行改造，以降低NOx排放指標。

2 常用NOx去除方法

采用添加各種化學藥劑去除NOx方法有干式法和濕式法二種，采用干式法有選擇性非催化還原（SNCR）法、選擇性催化還原（SCR）法、活性炭或分子篩吸附、電子束照射技術等，目前最常用的是SNCR、SCR以及SNCR+SCR法等，近幾年也出現了采用煙氣再循環以及添加高分子脫硝劑脫硝等方法。

2.1選擇性非催化還原（SNCR）法在生活垃圾焚燒發電廠的煙氣處理中應用最廣，采用還原劑有尿素或者氨水，系統設備操作維護成本費用相對低廉，且無廢水處理問題，對NOx去除效率大約在50%以下，但是還原劑消耗量增加時氨逃逸率明顯提高，難以實現更低NOx排放指標。

2.2 選擇性催化還原（SCR）高效脫硝技術特點是反應溫度低，反應效率高，且氨逃逸率低。但SCR系統催化劑存在①對入口煙氣粉塵、SO濃度等條件要求較高，不然易造成催化劑堵塞及“中毒”導致催化劑失活而需再生或更換;②SCR通常置于袋式除塵器之后，煙氣溫度低，進入SCR前需通過SGH將煙氣加熱，從而需消耗蒸汽，減少了發電量;③增加的SCR反應塔設備、催化劑、SGH等費用，投資及運維成本高等問題。

2.3 煙氣再循環具有特點：①控制氧量，煙氣回流結合低空氣比燃燒，減少燃燒空氣供給，降低煙氣氧濃度，減少NOx生成;②控制溫度，煙氣回流降低煙氣氧濃度，控制可燃氣體燃燒速率，避免局部高溫，減少NOx生成。③強化混合，煙氣回流強化爐膛前后拱下方煙氣混合，實現低空氣比工況下高效燃燒，減少鍋爐排煙量。同時加強NH等還原性氣體與NOx的混合反應，降低NOx。

相比于SNCR、SCR燃燒后處理工藝，煙氣再循環是一種燃燒過程中控制NOx的工藝，需配合低空燃比燃燒達到抑制NOx生成的目的。

3 改造方案概述

本項目改造采用煙氣再循環技術，經過現場勘查以及設備布置論證，利用原來的二次風管作為再循環風管，煙氣經過凈化后由除塵器出口引出鍋爐原來的二次風母管，再進入二次風噴嘴噴入爐膛，原二次風噴口及其配合部件進行上移1米左右布置。

3.1改造技術要求

（1）改造后NOx指標小時平均值比改造前降低20%以上。

（2）整個煙氣再循環系統的總原則，是在運行過程二次風的體積流量（標況）和煙氣再循環的體積流量（標況）不能超過總風量的20%。

（3）煙氣再循環系統的負荷響應能力應滿足鍋爐負荷變化要求。

（4）煙氣再循環系統不對鍋爐運行產生干擾，也不增加煙氣阻力。

（5）配合SNCR系統，NOx排放濃度應滿足廈門市煙氣排放指標要求。

（6）煙氣再循環系統設備全部進入全廠DCS控制系統操作、控制。

3.2 設備選型

整個改造方案增加的設備主要為：再循環風機、煙分管、關斷及調節閥、流量計、壓力表等，同時將信號上傳中控室DCS系統鍋爐專業主畫面進行監控、操作調整。具體主要設備選型情況如下：

（1）再循環風機：離心式風機2臺套，流量16000m3/h，功率75Kw，全壓9250Pa，轉速1450r/min，設計溫度200℃。

（2）流量計：形式為翼型流量計;DN500，數量2套，主要材質為316不銹鋼。

（3）電動關斷門：DN700，數量2套，主要材質為316不銹鋼。

（4）電動調節門：DN700，數量2套，主要材質為316不銹鋼。

3.3 再循環風噴入點如圖1所示

4 改造后效果

再循環系統安裝改造并投入運行后，NOx指標降低明顯，與改造前同等工況相比較，NOx指標折算值在停止高分子脫硝劑的添加后可保持在150mg/m以下，指標降低大約60～70mg/m，運行比較穩定，取得了很好的改造效果。隨著加大再循環風量NOx逐漸下降，但再循環風量超過12000Nm/h時，NOx有少量增加，再往上增加再循環風量后將會惡化鍋爐的燃燒工況。

4.1 再循環風對尿素添加量的影響

投入再循環風機運行后，尿素的添加量呈下降趨勢，在同樣的工況下，尿素的添加量最大減少30%。

4.2 再循環風對送引風機的影響

投入再循環風機運行后，在保持一定的爐膛內負壓時，送風機運行功率相對于改造前下降了10～20kW，引風機運行功率相對于改造前下降了15kW，

4.3 再循環風對半干法脫酸的影響

石灰漿流量基本保持在正常波動范圍內。

4.4 再循環風對CO的影響

隨著再循環煙氣量的增加，CO平均排放濃度基本維持不變。

5 影響煙氣再循環主要因素

5.1 爐內含氧量：在保證燃燒情況下，含氧量越低抑制NOx生成的效果越明顯。因此，一定范圍內提高煙氣再循環量、降低二次風量有利于形成低氧燃燒，從而減少NOx生成。煙氣循環量過大，則可能大幅增加焚燒爐出口煙氣量，導致爐內含氧量過低，對燃燒造成負面影響。

5.2 垃圾熱值：在垃圾熱值高時，焚燒爐內煙溫高，煙氣再循環可降低爐內溫度，抑制NOx生成的同時不影響垃圾充分燃燒。

5.3 噴嘴煙氣流速：再循環煙氣在爐內起到充分攪拌及降低爐溫的作用，不同爐型、不同處理規模的焚燒爐對應的最低風速要求均不相同，需結合運行情況進行優化。

5.4 防腐措施：再循環煙氣從袋式除塵器出口煙道回流至爐膛距離長，煙氣溫度可能降至酸露點，造成風機、煙道等腐蝕，需充分考慮保溫及防腐措施，保證系統穩定運行。

6 結束語

煙氣再循環工藝作為一種燃燒過程中控制NOx產生的脫硝工藝，具有脫硝效果明顯且投資運行成本低的優點，且適用于高熱值垃圾焚燒，與目前國內生活垃圾熱值不斷提高的現狀相匹配。煙氣再循環可協同SNCR、高分子脫硝劑等燃燒后處理脫硝工藝進一步降低NOx污染物排放，同時可增加蒸發量。目前“高效SNCR”技術研究和應用也是國內外熱點問題，“煙氣再循環+高效SNCR”組合工藝成熟應用在未來有望取締SCR脫硝系統，達到NOx低排放的同時降低能耗，實現環境保護和經濟效益的雙贏。

參考文獻：

[1]白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術（第1 版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.7（1）：342-349.

（作者單位：廈門市環境能源投資發展有限公司）