脫硝工藝在垃圾焚燒煙氣凈化中的應用探討

劉振利

廣東榮昇環(huán)保科技有限公司 廣東 東莞 523050

在垃圾處理中，垃圾焚燒是一種常用的無害化的處理方法，能夠有效地滅殺病原體，防止疾病的迅速傳播。同時，在焚燒垃圾過程所產(chǎn)生的熱量，可用于發(fā)電，實現(xiàn)了能源的合理利用目標，推動我國社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。但是，在垃圾焚燒發(fā)電過程中，由將會產(chǎn)生大量重金屬、有害氣體，如果不能及時處理，將會導致環(huán)境產(chǎn)生二次污染。且這些污染物含有一些二氧化硫及氮氧化合物，這兩種物質(zhì)易于形成酸雨，直接影響到大氣環(huán)境。而在垃圾處理中，可采用脫硫脫硝工藝，以減輕環(huán)境污染，推動電力的可持續(xù)發(fā)展[1]。本文對某垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化工藝進行分析，論述了“SNCR+SCR”法結(jié)合應用于垃圾焚燒煙氣凈化的工藝流程。

1 工程概況

本項目生活垃圾采用焚燒煙氣凈化工藝，建立3條生產(chǎn)線，每一條生產(chǎn)線設置一套煙氣凈化系統(tǒng)，日處理量為750t/d，年處理量為82.125萬t，其處理能力2250t/d。每條生產(chǎn)線配置2臺汽輪發(fā)電機組，鍋爐蒸汽供汽輪發(fā)電機組發(fā)電；配套附屬生產(chǎn)、生活設施。

2 脫硝工藝概述

脫硝工藝采用“SNCR+SCR”法，SNCR為選擇性非催化還原法，其主要采用脫除NOx技術，將氨氣、氨水等還原劑噴入爐膛區(qū)域，還原溫度800℃-1100℃，并分解成NH3產(chǎn)物，并與NOx發(fā)生SNCR反應，進而生成N2。而SCR為選擇性催化還原法，是在有氧氣和低溫的情況下，通過采用法脫硝技術，選擇含有氨的還原劑將NOx還原為N2和水，以此來降低NOx排放量，整個反應過程存在一定的催化劑[2]。

2.1 SNCR系統(tǒng)

由于采用了煙氣再循環(huán)技術，本項目吸收劑采用濃度為20%～25%的氨水溶液，還原劑噴入的位置為余熱鍋爐第一通道溫度850～950℃的區(qū)域。

氨水主要由還原劑輸送泵單元儲罐泵送入混合分配單元，工廠脫鹽水由軟水輸送泵單元送入MDU，MDU所含有的軟水和還原劑就會結(jié)合NOx排放反饋值來達到定量混合，再進行定向分配；其中，所設置的噴射流量開關以預防氨水噴入距離過長以及噴射流量過小而影響到脫硝效果。

在MDU中，還原劑和軟水可實現(xiàn)定量混合，同時利用泵的壓頭將它送入噴射器。噴射器主要由內(nèi)槍管和外槍管組成，采用內(nèi)槍管噴入還原劑，并采用外槍管引入霧化壓縮空氣，在噴槍端部進行霧化；另外，及時調(diào)節(jié)噴槍噴射角度，結(jié)合噴射情況進行霧化長度調(diào)節(jié)；噴射器還設調(diào)節(jié)閥和手動球閥等，霧化空氣壓力為1～3barg。

表1 SNCR設計煙氣參數(shù)

表2 SNCR排放要求

（1）可通過SNCR氨水輸送泵單元，采用加壓的方式將氨水溶液輸送至混合分配單元。組成包括不銹鋼多級離心泵，有泵循環(huán)回路以保證閥門關閉狀態(tài)泵的正常運行。泵出口設置就地壓力表以及壓力變送器，每臺氨水輸送泵單元設有氨泄漏檢測儀。

（2）每臺爐SNCR設有1臺氨水混合分配單元（模塊化供貨，內(nèi)含：氣動調(diào)節(jié)閥、主管道上的流量計、主管道上的壓力表、氣動開關閥、支管上的壓力表、支管上的流量計）；管道混合器整合到工藝柜內(nèi)。每個柜體內(nèi)需配氨泄漏檢測儀，混合分配單元模塊控制還原劑和稀釋水的定量混合和定向分配；混合分配單元將還原劑和水混合至合適的濃度并滿足目前運行條件下消耗量的要求。

（3）每臺爐SNCR設有一個壓縮空氣分配單元（模塊化供貨，內(nèi)含：調(diào)壓閥、單向閥）；將壓縮空氣管道整合到工藝柜體內(nèi)；該單元對應混合分配單元單元。安裝在靠近噴槍布置位置附近，對壓縮空氣統(tǒng)一管理。

（4）SNCR系統(tǒng)內(nèi)每桿槍具體自動切斷功能，噴槍采用壓縮空氣霧化方式，具有良好霧化噴射效果。

（5）噴槍應采用耐高溫、耐腐蝕的金屬材料，耐煙氣沖刷，易于維修保養(yǎng)，有較長的使用壽命。噴槍應有措施保證在運行和停運時，不被燒壞。

（6）噴槍與管道之間應有快裝接頭和軟管以保證噴槍拆裝方便，便于維護。

（7）SNCR脫硝系統(tǒng)應有足夠的操作彈性，能自動調(diào)節(jié)噴槍噴射量及噴射位置以適合垃圾焚燒爐的燃料熱值變化及負荷變化。SNCR脫硝系統(tǒng)設計應能對可能出現(xiàn)的泄漏有足夠的安全防護措施（泄漏報警，連鎖等）。

2.2 SCR脫硝系統(tǒng)

（1）在濕式洗滌塔下游設置SCR脫硝系統(tǒng)以進一步去除煙氣中的NOx。

（2）從低溫煙氣出來的煙氣進入高溫煙氣，并與反應器的高溫煙氣進行換熱，再經(jīng)過加熱器進行加熱，加熱完畢后再進入SCR反應器。

（3）煙氣中的NOx經(jīng)過催化劑層時，在其表面與還原劑發(fā)生反應，進而達到煙氣中NOx脫除效果，同時還可以脫除二噁英。

（4）SCR脫硝系統(tǒng)主要有以下幾分組成：高溫煙氣/煙氣換熱器（GGH2）、蒸汽/煙氣加熱器SGH、SCR反應器、氨水制備及輸送設備、氨水蒸發(fā)混合器、稀釋風設備等。

（5）每條焚燒線設置1套SCR脫硝系統(tǒng)，SCR脫硝系統(tǒng)按額定工況下SCR入口位置煙氣量（≥220000Nm3/h）設計，入口NOx濃度為200mg/Nm3，出口NOx濃度性能保證值不大于50mg/Nm3。SCR脫硝系統(tǒng)在所有工況間具有良好的運行效果，在啟動鍋爐或者變動負荷等時，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定地運行，且可滿足啟停要求。

（6）采用CFD輔助設計，確保SCR反應器氨氮摩爾比的最大偏差小于平均值的±5%。SCR脫硝系統(tǒng)還原劑采用濃度為25%的氨水，與SNCR脫硝系統(tǒng)共用氨水儲罐，SNCR和SCR脫硝系統(tǒng)設置不同的氨水供應及計量系統(tǒng)。

（7）SCR工藝要求氨投加量精確度高以及與主煙氣混合的均勻度高，以保證高效的去除NOX，并使氨逃逸降到最低，煙囪位置氨逃逸不高于2.5mg/Nm3。

（8）SCR系統(tǒng)可實現(xiàn)現(xiàn)場控制和遠程自動控制；且可在現(xiàn)場設置遠程開關和啟停按鈕。控制柜門設置了設備的運行狀態(tài)指示。

2.3 高溫煙氣換熱器GGH2及蒸汽/煙氣加熱器SGH

（1）概述。從GGH1出來的煙氣（約115℃）進入GGH2，與SCR反應器出口的高溫煙氣進行換熱后，再經(jīng)過SGH加熱至185℃進入SCR反應器。GGH2及其配套煙道需考慮該溫度段的腐蝕磨損情況，具有合理的防腐設計。

（2）每條焚燒線設1臺GGH2和SGH，GGH2按額定工況下的煙氣量設計，SGH按額定工況下的煙氣量設計，使用壽命應不低于30年。

（3）GGH2采用管殼式換熱器，按二折程設計，要求與來自濕式洗滌塔的低溫煙氣接觸的材料全部采用ND鋼制作。殼體厚度≥8mm，換熱管壁厚不小于3mm。

（4）SGH采用管殼式換熱器，殼體采用碳鋼制作，厚度≥8mm，換熱管材質(zhì)采用20G。

（5）SGH加熱蒸汽采用汽包飽和蒸汽為熱源。SGH設置必要的排氣、疏水接口，方便檢修的起吊裝置和門孔。

（6）GGH2及SGH上應設置必要的人孔和檢查孔，人孔、檢查口應有良好的密封性能，并采取防止露點腐蝕的措施。

（7）所有的人孔和檢查口應設置普通鋼樓梯、平臺和結(jié)構(gòu)支架，平臺與SCR反應器平臺相連。

2.4 SCR反應器

（1）反應器的煙氣設置為向下流動，其入口氣流采用平均分布方式，反應器出口應設置導流板，反應器內(nèi)部設置防磨措，以防止有些部位出現(xiàn)磨損。

（2）反應器結(jié)構(gòu)考慮運行中熱膨脹的影響，必須考慮熱膨脹的補償措施，確保進出口的密封性。在反應器內(nèi)部，應選用不易積灰支架。

（3）煙氣中NOX與氨的反應發(fā)生在裝有催化劑的SCR反應器里，SCR反應器須預留備用催化劑層空間。為便于安裝和檢修，催化劑支撐梁的層間高度不小于3.3m[3]。

（4）對于反應器，在噴氨格柵前，應在催化劑和反應器出口處設置煙氣取樣孔。

（5）SCR系統(tǒng)設置必要的檢修平臺、合理的連接通道。同時應利用反應器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)設備運行狀態(tài)觀察，且要設置檢查門，以便于及時清除殘留物料。

（6）反應器設計還應考慮內(nèi)部催化劑維修及更換所必須的起吊裝置。起吊設施包括電動葫蘆，安裝在工字軌道或橋式軌道上。電動葫蘆為永久安裝，提升能力滿足安裝及檢修最大的起吊重量要求。

（7）反應器設計應具備一定的防腐性和耐磨性，以防出現(xiàn)漏水和變形情況，以防運行故障的發(fā)生。

2.5 SCR催化劑

（1）SCR脫硝系統(tǒng)應采用蜂窩式低溫催化劑，要求催化劑工作溫度不高于185℃，催化劑的型式需能夠適應本工程煙氣成份。

（2）催化劑為SCR系統(tǒng)的關鍵材料，采用原產(chǎn)地進口品牌。投標方提供的催化劑其技術先進、成熟、可靠，便于運行維護，可利用率高。

（3）在所有工況間，催化劑運行時具有良好的適應性，確保鍋爐啟動、及負荷變動時，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行，以能夠滿足啟停次數(shù)要求。

（4）催化劑使用壽命不得小于24000運行小時，機械壽命不得小于10年。在催化劑維護時，應及時進行壽命曲線更換，選用優(yōu)化的管理方案。

（5）催化劑用量應達到性能要求，確保SCR出口氮氧化物濃度滿足相關要求。

（6）在催化劑模塊設計時，以設置密封裝置，保證其壽命高于催化劑的壽命，以防止煙氣出現(xiàn)短路。

（7）在催化劑模塊化設計過程中，各層模塊規(guī)格人一致，以減少催化劑的更換時間。

2.6 SCR脫硝系統(tǒng)流場設計

（1）為確保煙氣在進入催化劑時流場性，應在SCR反應器入口設置導流。

（2）應保證頂層催化劑入口煙氣的均勻性以及系統(tǒng)的阻力最小，以減少積灰情況的出現(xiàn)，同時要確保脫硝系統(tǒng)流場分布科學合理。并采用CFD數(shù)值模擬的方式進行反應器布置優(yōu)化，掌握好內(nèi)部導流結(jié)構(gòu)等[4]。

（3）CFD數(shù)值模擬的范圍包括從SGH煙氣出口到SCR反應器煙氣出口之間的整個SCR系統(tǒng)流場設計，在考慮SGH出口煙氣參數(shù)分布一定偏差的基礎上，投標方必須提供一個SCR系統(tǒng)的CFD數(shù)值模擬報告，模擬內(nèi)容包括60%、100%及110% 額定工況下的煙氣速度場、溫度場、NOx/NH3分布等。

2.7 氨水輸送、蒸發(fā)混合系統(tǒng)及噴氨格柵

（1）結(jié)合SCR脫硝反應器NOx、NH3等濃度要求，結(jié)合煙氣溫度進行氨的注入量計算，及時調(diào)節(jié)噴氨流量閥。另外，應以NOx濃度作為反應器出口的反饋參數(shù)，及時調(diào)整噴氨量，加強噴氨量閉環(huán)控制。

（2）結(jié)合煙道的截面及SCR反應器的結(jié)構(gòu)，脫硝反應器應設置氨計量、氨蒸發(fā)混合器及噴氨格柵，確保氨與NOx能充分混合。氨混合器需設置濾網(wǎng)，方便檢修清洗。

（3）熱煙氣夾帶著氨氣進入裝有催化劑的SCR反應器之前，應與主煙氣流進行混合。在反應器前，為確保混合的均勻，應合理設置噴氨格柵，以保證風道中氨氣與煙氣混合的均勻性。

（4）氨水輸送。1）SCR系統(tǒng)還原劑采用濃度為25%的氨水，與SNCR系統(tǒng)共用氨水儲罐，SNCR和SCR系統(tǒng)設置不同的氨水輸送及計量系統(tǒng)。2）SCR系統(tǒng)每3條焚燒線設置1套氨水輸送系統(tǒng)，氨水流量應能自動調(diào)節(jié)。氨水輸送泵1用1備配置，每臺泵容量按100%負荷考慮，全廠共2臺。3）氨水輸送系統(tǒng)應設置過濾器，以防止設備和管道堵塞[5]。

（5）氨蒸發(fā)混合系統(tǒng)。每條線設置1套氨蒸發(fā)混合系統(tǒng)，包括：氨蒸發(fā)混合器（含霧化噴槍）、稀釋風機稀釋風機必須配備流量計量儀表，并傳輸?shù)紻CS、并有自動切換的功能，稀釋風蒸汽加熱器等。氨蒸發(fā)混合器具有足夠的抗熱膨脹及變形能力。

（6）噴氨格柵。1）噴氨格柵能實現(xiàn)NOx與NH3的最佳湍流混合，且能最大限度地適應負荷變化所引起的煙氣參數(shù)分布變化。2）噴氨格柵的每根支管都設手動調(diào)節(jié)閥，并配置差壓流量計、壓力表等儀表。3）氨噴射應采用格柵式，分布管上設置壓縮空氣管道，如果發(fā)現(xiàn)存在噴頭堵塞情況，應及時進行吹掃。

3 結(jié)語

綜上所述，本文就脫硝工藝在垃圾焚燒煙氣凈化中的應用進行了探討，通過采用脫硝工藝進行垃圾焚燒煙氣處理工作的優(yōu)化，能夠有效減少垃圾焚燒化合物的排放量。但目前在垃圾焚燒煙氣處理過程中，仍然存在一些問題，故通過將對脫硝工藝進行進一步研究，為脫硫脫硝效率的提升提供有利的條件。