垃圾发电厂脱硝新工艺概述

伍长青，肖 燕，李 军

（中国天楹股份有限公司，江苏 南通 226600）

垃圾发电厂脱硝新工艺概述

伍长青，肖 燕，李 军

（中国天楹股份有限公司，江苏 南通 226600）

通过分析生活垃圾焚烧厂NOx产生机理、烟气脱硝技术以及国内外垃圾焚烧发电厂脱硝现状，针对NOx处理要求的提高，提出一种“SNCR+低温SCR”脱硝工艺，通过海安县生活垃圾发电厂的案例，详细分析了该工艺流程，应用结果表明该工艺具有高效性和节能性。

生活垃圾焚烧；脱硝；选择性非催化还原技术；低温选择性催化还原技术

引言

随着城市化进程不断加快以及人民生活水平的不断提升，我国的生活垃圾日产生量与日俱增，一些城市甚至出现了“垃圾围城”现象。近些年来，我国新建的垃圾焚烧发电厂数量逐年增加，焚烧法在生活垃圾处理方式中所占的比例也在逐年上升[1]，有效缓解了城市生活垃圾堆放所需的场所问题。生活垃圾电厂在焚烧过程中会产生大量含有颗粒物、HCl、SO2、NOx、二英等大气污染物。目前，生活垃圾焚烧发电厂对于烟气的处理方式是“半干法/干法脱酸 + 布袋除尘器”，可有效控制烟尘、颗粒物和易溶性酸性气体。但烟气中的NOx不易溶于水，脱酸反应塔无法有效去除。国内已建成运营的生活垃圾焚烧厂烟气排放均执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014），NOx排放限值为250mg/Nm3，

因此生活垃圾焚烧发电厂必须实施切实可行的NOx控制措施。

在20世纪90年代，欧洲发达国家和日本就已经开始为生活垃圾焚烧发电厂配备脱硝装置或低氮燃烧装置，欧洲的生活垃圾焚烧发电厂普遍采用的是SNCR技术，而日本由于可使用的土地资源极其匮乏，则倾向于采用低氮燃烧器，甚至是SCR技术。

由于我国居民的生活习惯与国外有所差异，生活垃圾中通常水分高，餐厨垃圾含量较多，垃圾分类不到位，所以垃圾焚烧发电厂在运营方面有更大的挑战。目前国内生活垃圾焚烧发电厂主要的赢利方式分为垃圾发电和固废处理补贴价两种，因此相关企业对经济效益的考虑要多过社会效益。对于烟气净化脱硝处理方式，投资少的SNCR技术无疑是首选。

1 垃圾焚烧发电厂NOx产生机理

1.1 燃料型NOx（Fuel NOx）

生活垃圾焚烧发电厂燃料型NOx主要来源有两种：一种为生活垃圾固有的有机类含氮化合物；另一种为在垃圾焚烧厂运行过程中焚烧炉启动、停运或垃圾热值不够时所添加天然气或重油等辅助燃料含有的含氮化合物，这两种燃料所含有的含氮化合物在垃圾焚烧炉内高温燃烧生成NOx。

1.2 热力型NOx（Thermal NOx）

生活垃圾在焚烧处理时需要充足的空气，空气中的N2在高温条件下被氧化生成NOx即热力型NOx。

1.3 快速型NOx（Prompt NOx）

快速型NOx指的是生活垃圾在燃烧过程中，助燃空气中的N2和燃料中的碳氢化合物（CH）等反应而生成NOx。与燃煤锅炉类似，快速型NOx在垃圾焚烧炉中生成量亦很少，可忽略。

总体而言，生活垃圾焚烧过程中产生的NOx主要为NO和NO2，其中NO占据90%以上；NOx类型主要为燃料型NOx，热力型NOx含量较少。

2 垃圾焚烧发电厂NOx控制技术

生活垃圾焚烧发电厂的NOx主要分为燃料型和热力型，因此对应的NOx控制技术主要分两类：一类对生活垃圾燃烧过程进行控制，从而减少NOx的生成；另一类对烟气中的NOx进行脱除。但第一类控制技术在工程运用中较少，第二类控制技术运用较多，主要有选择性非催化还原技术（Selective Non-Catalytic Reduction，即SNCR技术）和选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，即SCR技术），可以实现废弃物的减量化、资源化和无害化。

2.1 SNCR技术

SNCR技术是在垃圾焚烧炉中适当位置喷入含有氨基的还原剂，在无催化剂作用下，氨基还原剂可选择性地将烟气中的NOx还原生成N2。可用作SNCR脱硝技术的还原剂主要有液氨、氨水和尿素。反应温度一般在850℃～1100℃，当反应温度过高时，由于氨的分解会使NOx还原率降低，另一方面，反应温度过低时，氨的逃逸增加，也会使NOx还原率降低。NH3是高挥发性和有毒物质，氨的逃逸会造成新的环境污染。SNCR法脱硝工艺如图1所示。

图1 垃圾焚烧发电厂SNCR法脱硝工艺流程

2.2 SCR技术

SCR技术的反应原理是在催化剂作用下，温度在300℃～450℃区间，含有氨基的还原剂将焚烧炉内烟气中的NOx选择性地还原为N2。SCR的布置方式通常分为高温高尘、高温低尘和低温低尘三种。采用高温高尘布置，SCR反应器布置在省煤器与空预器之间，燃煤电厂多为此种布置方式；高温低尘布置方式，SCR反应器布置在除尘器后，由于除尘器需采用高温除尘器，造价较高，因此工程上应用极少；低温低尘布置方式，SCR反应器布置在脱硫除尘装置之后。生活垃圾焚烧炉产生的烟气中重金属含量较高、灰尘较大，相对于火力发电厂更易引起催化剂中毒，大大削弱催化剂的活性，增加运营成本。生活垃圾焚烧发电厂工程上切实可行的多为低温低尘方式（如图2所示），但通常采用热源对烟气进行再加热的运行费用十分昂贵。

图2 垃圾焚烧发电厂SCR法脱硝工艺流程

3 低温SCR技术

近年来低温SCR催化剂得到了广泛研究，低温SCR技术是在O2和催化剂存在条件下，反应温度为在120℃～200℃，还原剂NH3与烟气中的NOx发生反应生成N2和H2O。催化剂是低温SCR脱硝工艺的核心，催化剂一般由载体和活性组分两部分构成。Zhongbiao Wu等[2]研究发现，以TiO2为载体的低温SCR催化剂，当Mn负载量为10%时，在150℃条件下，NOx的去除率可达90%。

传统SCR技术反应器的布置方式是，在采用低温低尘段布置时，将SCR反应器布置于脱酸塔和布袋除尘器之后，从而可使催化剂在低尘、低SO2的无害烟气环境中工作，减轻了催化剂的堵塞和腐蚀问题，同时也可避免催化剂的中毒问题，大大延长催化剂的使用寿命。但低温低尘布置方式的主要问题是，布袋除尘器出口的烟气温度一般在120℃～180℃，因此，在烟气进入SCR反应器之前需加热至300℃～450℃，大幅度地增加了能源消耗。

本文提出一种低温SCR技术处理垃圾焚烧NOx的方法，结合生活垃圾焚烧发电厂现有的SNCR脱硝处理技术组合成“SNCR + 低温SCR”技术。该技术既可发挥SNCR与SCR工艺的优点又可避免各自的缺点，三种工艺的对比见下表。

处理工艺技术比较表

4 案例分析

海安县位于江苏省东部的苏中地区，下辖10个区镇。海安县建有生活垃圾焚烧发电厂一座，日处理垃圾规模达750吨，采用3台250t/d的炉排炉工艺。该生活垃圾焚烧发电厂为满足烟气脱硝处理现状需求，并兼顾未来排放标准更加严格的需要，采用“SNCR + 低温SCR”技术，具体工艺流程为：SNCR + 烟气脱硫 + 布袋除尘 +低温SCR（如图3所示）。电厂烟气处理过程中NOx浓度的变化如图4所示。

图3 生活垃圾焚烧发电厂脱硝工艺流程

如图3所示，生活垃圾进行炉排炉焚烧产生的烟气，在焚烧炉上方温度1100℃的条件下进行SNCR脱硝处理，此处的脱硝效率为50%～75%。经过处理后的烟气进入脱硫装置和布袋除尘器进行脱硫和除尘处理，除去烟气中的SO2和灰尘，避免对后续SCR催化剂的损害，延长了催化剂的使用寿命。从布袋除尘器出来的烟气温度在140℃～160℃，NOx的浓度为200～300mg/m3，进入到低温SCR反应器。此时，SCR反应器中的氨水经蒸发器转化为NH3，经氨缓冲罐，在氨/空气混合器内稀释，再经喷氨格栅喷入烟道，与烟气均匀混合，并在低温SCR反应器内发生还原反应将NOx去除，最终NOx的排放浓度小于100mg/m3（如图4所示）。烟气经SCR反应器后段的引风机送入烟囱达标排放。

图4 烟气处理过程中NOx浓度变化

海安县生活垃圾焚烧发电厂单条处理线的规模是250t/d，焚烧时产生烟气量为44,717Nm3/h，经过布袋除尘器后的烟气温度为150℃。若采用常规SCR脱硝技术，则需要对烟气进行加热至300℃。经过计算可知，这一过程每小时需要9.24×106kJ的热量，若使用电厂汽轮机中抽饱和蒸汽对烟气进行加热，则每小时需要蒸汽1.98×103kg。因此，生活垃圾焚烧发电厂使用低温SCR脱硝技术，提高了脱硝效率，也降低了能耗。

5 结语

考虑到烟气排放要求的不断提升，生活垃圾焚烧发电厂需要高效的脱硝措施。结合垃圾焚烧发电厂中现有的SNCR脱硝装置，增加低温SCR技术，其中大量设备可以共用，组合成“SNCR + 低温SCR”脱硝技术，将SCR反应器布置于脱酸和布袋除尘器之后，烟气不需要加热，在150℃左右，脱硝效率可达到90%以上。避免了SNCR技术可能存在的脱硝效率低、锅炉结垢、水冷壁腐蚀等问题，同时与常规SCR相比，可节省大量能源。“SNCR + 低温SCR”脱硝技术为垃圾焚烧发电提供了行之有效、节约能源、高效的脱硝方法。

[1]中国环境保护产业协会城市生活垃圾处理委员会.我国城市生活垃圾处理行业2012年发展综述[J].中国环保产业，2013（3）： 20-26．

[2]Z.B.Wu，B.Q. Jiang，Y. Liu.Experimental study on a low－temperature SCR catalyst based on MNOx/TiO2prepared by sol－gel method[J].Hazard. mater.2007,（145）： 488-494.

New Technology for Denitration in Refuse Power Generating Plant

WU Chang-qing, XIAO Yan, LI Jun

X705

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：1006-5377（2016）04-0025-03