选择性非催化还原烟气脱硝技术在垃圾焚烧发电厂的应用

张辉

(深圳市能源环保有限公司，广东深圳　518052)



选择性非催化还原烟气脱硝技术在垃圾焚烧发电厂的应用

张辉

(深圳市能源环保有限公司，广东深圳518052)

摘要:选择性非催化还原(SNCR)技术是一种建设周期短、投资少、脱硝效率中等的烟气脱硝技术，适合于对中小型电厂特别是垃圾焚烧发电厂的改造。结合实例介绍了SNCR技术的工作原理，并提出应注意的问题，SNCR技术和其他脱硝技术的联合应用可在较低投资成本下进一步降低NOx排放质量浓度。

关键词:垃圾焚烧;烟气脱硝;选择性非催化还原技术;喷氨

0　引言

随着我国社会经济的发展和城市人口迅速增加，城市的垃圾量也在迅速增加，而通过城市生活垃圾焚烧发电是最清洁、高效、环保，也是目前国际上最流行的垃圾处理方法之一。但随着环保要求的日益提高，对焚烧过程中烟气排放现值的要求也越来越严格。对于烟气中SOx的排放目前已有比较成熟的控制措施，对NOx的排放而言，选择性非催化还原(SNCR)烟气脱硝技术以其成本较低、改造方便［1］、易与其他脱硝技术协同应用等特点被垃圾焚烧发电厂广泛应用，尤其是已运营的垃圾焚烧发电厂在进行脱硝技术改造时，大多采用SNCR技术。

1　NOx的生成原理

燃烧过程中NOx的生成原理比较复杂，NOx的生产量与燃烧方式、特别是燃烧温度、过量空气系数及烟气在锅炉内的停留时间等因素密切相关，研究燃烧过程中NOx的生成原理对有效抑制它的产生具有重要意义。

目前，常规燃烧方式产生的NOx主要包括NO，NO2及少量N2O等，其中NO占90％以上，NO2占5％～10％，因此，NOx的生成量主要取决于NO。在焚烧过程中NOx的生成主要来源于以下3个方面:由焚烧垃圾中含氮化物的物质热分解而产生NOx;由空气中的N2与焚烧垃圾中的碳氢离子团反应而生成NOx;空气中的N2在高温下氧化生成NOx。其中，焚烧垃圾中含氮量越高，NOx的排放量越大;锅炉燃烧时过量空气系数越高，NOx生成量越大。降低过量空气系数虽然可以抑制NOx的生成，但会导致CO排放量增加。锅炉燃烧温度越高，NOx排放量越大，并且在通常状况下，锅炉负荷的增加对NOx排放也有促进作用。

2　SNCR技术的脱硝原理

SNCR技术是以尿素((NH2)2CO)或氨水(NH3)等作为还原剂，通过设备将还原剂制成低质量浓度的含氨溶液，在炉膛适当的温度范围内(850～1100℃)喷入含氨溶液，使烟气中的NOx与溶液中的NH3发生反应，最终生成N2和H2O。在整个反应过程中不需要催化剂。

若以NH3为还原剂，主要反应为

副反应为

若采用(NH2)2CO作为还原剂，反应为

副反应同式(2)。

该反应对温度的要求很高，只有在850～1 100℃才能有效进行，温度高时还会出现如式(2)的副反应，增加烟气中NOx的质量浓度。

3　SNCR脱硝系统流程

SNCR脱硝系统(以NH3作为还原剂为例)如图1所示，主要由以下几部分组成。

(1)还原剂储存。还原剂储存单元目的为接受外来的还原剂，包括还原剂储罐、加注泵模块及紧急喷淋系统。还原剂由厂外通过密封罐车运来，通过还原剂储罐附近的加注泵模块将还原剂从罐车泵送入储罐。出于安全考虑，在储罐附近装有紧急喷淋系统，在紧急情况下用于冲洗。

图1　SNCR脱硝系统流程

(2)还原剂输送泵单元和软水输送泵单元。还原剂氨水输送泵单元的目的是将储罐内的还原剂加压输送至混合单元，由不锈钢泵及附件组成。软水输送泵单元的目的是将软水加压输送至混合单元，由不锈钢泵及附件组成，对还原剂适当稀释。

(3)混合及分配单元。还原剂、软水的混合和分配工作由混合及分配单元统一完成，在此单元，2种流体根据给定的配方进行配比混合，达到合适的质量浓度和流量以满足运行条件的要求，并向各个喷射器提供混合至合适质量浓度的还原剂溶液。

(4)喷射器单元。每套喷射器单元控制1个喷射器，喷射器安装于焚烧炉膛出口第1烟道，根据炉膛结构和运行参数分布几层，目的是在一定温度范围均匀混合还原剂与炉膛烟气，以达到高效脱硝的目的。

(5)控制和管理单元。控制和管理单元用来调整、管理、监测整个工艺的完成，使整个SNCR脱硝系统自动、安全、稳定运行。

4　SNCR脱硝系统在某垃圾焚烧发电厂应用

以深圳某已运营的垃圾焚烧发电厂为例，其主要燃料为生活垃圾，焚烧炉基础数据见表1，以NH4OH作为还原剂的SNCR脱硝系统设计参数见表2，SNCR脱硝系统排放及消耗量见表3。

由于SNCR反应发生在炉膛内，无法直观对比，故在试验过程中先中止SNCR系统运行，使焚烧炉在没有SNCR参与下稳定运行24 h并记录NOx的排放情况，然后投入运行SNCR系统并记录24 h内焚烧炉NOx的排放情况。SNCR系统投入与未投入时NOx排放质量浓度曲线对比如图2所示。

表1　焚烧炉基础数据

表2　SNCR脱硝系统设计参数

表3　SNCR脱硝系统排放及消耗量

5　选择SNCR工艺需注意的问题

(1)根据炉膛温度场分布来布置SNCR喷枪，保证喷氨区域温度为850～1100℃，喷枪与水平面保持小角度倾角且枪头向下，以避免SNCR系统停止工作时喷枪内残留的氨溶液间断滴落，对水冷壁造成腐蚀。

图2　NOx排放质量浓度对比

(2) SNCR系统压缩空气需要考虑用气的富余量，尤其在喷枪停喷过程中，压缩空气作为喷枪的主要冷却介质应增大喷射量。

(3)基于垃圾焚烧炉的工作特性，在SNCR系统工作过程中应使氨喷入量跟随锅炉工况变化，防止因工况变化造成的温度波动对SNCR系统造成影响。

6　总结和建议

垃圾焚烧炉应用SNCR脱硝系统，在氨逃逸量不大于10 g/mL时，脱硝效率可以保证在35％～45％。SNCR脱硝技术改造工程占地面积小、对锅炉改造的工作量少、施工安装周期短、节省投资，尤其适用于已运行电厂的技改项目。以25％的氨水作为还原剂，既保证了还原剂的运输、存储安全性，同时还避免了因使用尿素而造成的工作强度增大及工作场地受限问题。SNCR系统对炉膛温度比较敏感，因此，应保证锅炉运行工况尽量稳定，以期获得高效的脱硝效率。

参考文献:

［1］段传和.选择性非催化还原法(SNCR)烟气脱硝［M］.北京:中国电力出版社，2012.

(本文责编:弋洋)

张辉(1978—)，男，吉林长春人，工程师，工学博士，从事烟气净化方面的工作(E-mail: bolat_zhang@163.com)。

作者简介:

收稿日期:2015－07－22;修回日期:2015－11－20

中图分类号:X 701

文献标志码:B

文章编号:1674－1951(2016)01－0062－02