生活垃圾焚烧发电厂炉内脱硝技术的应用

章文锋

（上海康恒环境股份有限公司，上海　200040）

生活垃圾焚烧发电厂炉内脱硝技术的应用

章文锋

（上海康恒环境股份有限公司，上海200040）

介绍了垃圾焚烧发电厂氮氧化物的产生与控制，探讨了选择性非催化还原（SNCR）炉内脱硝技术的影响因素，主要包括温度、还原剂与氮氧化物的混合程度、适当的停留时间、氨氮比NSR、烟气成分等。通过生活垃圾焚烧发电厂炉内脱硝技术的应用，发现SNCR脱硝技术设备简单，前期投资较低，且能满足当前的排放指标。

脱硝技术；生活垃圾焚烧发电厂；尿素

1　垃圾焚烧发电厂氮氧化物（NO）x的产生与控制

根据氮氧化物生成机理的反应类型，NOx主要有燃料型、热力型和快速型3种，其中热力型和快速性NOx的生成需要环境温度达到1500℃和1200℃［1］，而垃圾焚烧发电厂炉膛燃烧温度一般约为1 000℃，因此垃圾焚烧发电厂产生的NOx以燃料型为主，即垃圾中含氮有机物的分解。

控制氮氧化物的方法有ACC燃烧管理法、选择性非催化还原法（SNCR）和选择性催化还原法（SCR）等，ACC燃烧管理法利用焚烧产生的还原性气体对氮氧化物进行还原。SNCR和SCR化学脱硝法是通过还原剂与氮氧化物在一定的条件下反应生成无害的N2和H2O。

2　炉内SNCR脱硝技术

2.1SNCR脱硝技术原理

SNCR脱硝技术是以炉膛为反应器，将还原剂以水溶液形式（NH3·H2O、尿素） 或气态形式（NH3）喷射到焚烧炉内800～1 050℃的高温区域，将氮氧化物还原为N2和H2O等。

化学反应式如下：

尿素（NH2）2CO+2NO+1/2O2=2N2+CO2+2H2O（1）

氨水4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O（2）

为了有效运行并提高反应效率，炉内SNCR脱硝需要满足：①在还原剂喷入处无火焰；②还原剂与氮氧化物充分混合；③反应区域保持适当的温度；④反应区域维持适当的停留时间。

2.2SNCR脱硝反应主要影响因素

2.2.1温度

一般来说SNCR脱硝系统比较适宜的反应温度区域为800～1 050℃。当反应温度低于最佳反应温度区域的下限时，反应进行不彻底，未参加反应的NH3占喷入NH3的比例升高，使得NH3逃逸率较高，会产生二次污染；当反应温度高于最佳反应温度的上限时，NH3的氧化反应占主导，生成的氮氧化物反而使烟气中NOx升高。不同反应器的烟气流场不同，最佳的反应温度区域也会有所差别。一般垃圾焚烧炉可以通过对焚烧炉膛进行流场模拟，从而得到该焚烧炉炉内脱硝的最佳反应温度区域。

2.2.2还原剂与NOx的混合程度

喷入的NH3与焚烧烟气中NOx混合得越充分，脱硝效果越好。混合不充分时，部分NOx得不到充分反应；另外，局部的NH3过高，过量的NH3会与O2发生氧化反应，导致整体的脱硝效率降低。例如在现实案例中，流化床焚烧炉在最佳温度区域时，脱硝效果较好，即由于流化床在焚烧炉炉膛中NH3与烟气混合均匀度高。因此，垃圾焚烧炉中喷枪位置的布置需要满足喷枪喷出的氨能将焚烧炉膛的界面布满，以求NH3与NOx混合充分。

2.2.3适当的停留时间

在最佳的反应温度区域内，NH3与NOx反应保证适当的停留时间，有利于提高脱硝效率，而且在最佳温度区域的停留时间越长，脱硝效果越好。一般在垃圾焚烧电厂的炉膛内NH3与烟气NOx在最佳温度区域的反应停留时间要大于0.6 s。

2.2.4氨氮比（NSR）

按照反应方程式计算，NSR为1，但在实际运行中，NSR要大于1才能达到所要求的脱硝效率，而且随着脱硝效率的增加，NSR也会逐步地增加，当脱硝效率要求达到50%甚至更高时，继续增加NSR，脱硝效果增加不明显，这时的NH3逃逸会增加很多，造成二次污染。根据实际的运行情况，在垃圾焚烧炉炉内脱硝的NSR一般在1.1～1.6较好。

2.2.5烟气成分

垃圾焚烧产生的烟气组分较复杂，主要有O2、CO、H2O、HF、SOx、NOx、HCl等。在炉内O2不足甚至缺乏的情况下，SNCR反应不完全，甚至不能进行。只有在含O2的环境中，SNCR脱硝反应才能顺利进行，但是O2浓度太高，又会使得NOx升高，因此在实际运行中，要控制好其浓度，一般氧的体积比为6%～10%。烟气中的CO等还原性气体也可以与NOx发生还原反应，进而降低烟气中NOx的浓度，例如日本JFE以及苒原的焚烧工艺中就运用了原烟气中还原性气体对NOx还原的作用，从而有效降低了出口烟气NOx的浓度。

3　垃圾焚烧发电厂SNCR脱硝技术应用实践

SNCR脱硝设备目前已实现了模块化，例如上海康恒环境股份有限公司可以提供一整套自动化、模块化SNCR脱硝装置，并申请了国家实用新型专利（专利号ZL 201020219484.6）。笔者以山东某垃圾焚烧发电厂炉内SNCR脱硝项目为例展开介绍。

3.1项目概况

山东某垃圾焚烧发电厂每天入炉的垃圾处理量为700 t/d，焚烧炉在MCR点的理论烟气量为62040m3/h，理论烟气中NOx的含量约为350mg/m3，NOx的排放日均值要求控制在200 mg/m3以内。

3.2SNCR脱硝工艺流程

尿素作为还原剂，将其溶解于水，制成一定浓度的尿素水溶液，然后通过隔膜计量泵输送到二流体喷枪，经工艺压缩空气雾化后喷射到焚烧炉内，除去焚烧炉内的NOx，系统流程见图1。炉内SNCR脱硝系统主要由尿素溶液制备/储存系统、输送模块、喷射模块和控制单元4部分组成。

图1系统流程

1）尿素溶液制备/储存系统：主要用于制备和储存尿素溶液，先向尿素溶液储罐中注水并开启加热装置，待制备水加热到一定温度后，用电葫芦将袋装尿素颗粒送入到尿素溶液储罐，同时开启搅拌器使尿素充分溶解，搅拌一段时间后即配制好了所需浓度的尿素溶液。

2） 输送模块：当系统投运时，尿素溶液通过尿素溶液隔膜计量泵以一定的流量输送到在线混合器，在混合器中，尿素溶液与由水泵输送过来的稀释水充分地混合，将尿素溶液稀释成所需要的浓度，并送至喷射模块。

3） 喷射模块：该模块布置在焚烧炉炉膛燃烧区域附近的平台上。经稀释后的尿素溶液经计量后进入二流体喷嘴，在喷嘴内与压缩空气混合，雾化后喷入炉内。

4）控制单元：整个系统可以由PLC或DCS控制，MCC柜和PLC主控柜集中放置在尿素制备车间，PLC主控柜设置有触摸屏作为人机界面，对脱硝系统进行控制。

3.3SNCR脱硝效果

垃圾焚烧发电厂焚烧炉炉膛进行温度场、流场模拟后选取了一个脱硝反应适宜的温度区域作为喷枪的布置点，布置了1层喷枪共6支枪。

每条焚烧线都安装有烟气在线检测装置，对排放烟气参数进行24 h在线监测。脱硝系统投运后，NOx的排放在保证值200 mg/m3以下，指标优于GB 18485—2014甚至欧盟2000中规定有关NOx的排放限制。

山东某垃圾焚烧电厂1#焚烧炉2015年3月某1周的NOx监测数值如表1所示。

表1NOx监测数值

4　结论

1）SNCR脱硝技术设备简单，前期投资较低，且能满足当前的排放指标。

2） SNCR的脱硝效率受限，特别是脱硝效率要求高于60%时，SNCR脱硝技术已经不能达到所需的要求，此时需要考虑采用选择性催化还原（SCR）脱硝技术才能满足排放要求。

3）当要求较高的脱硝效率时，虽然最终可以使NOx达标排放，但因过量喷射了还原剂，会使逃逸出来的NH3增加，势必会对环境造成二次污染。

［1］ 白良成.生活垃圾焚烧处理工程技术［M］.北京：化学工业出版社，2009.

Denitration Technology Application in Incinerators of Municipal Solid Waste Incineration Power Plant

Zhang Wenfeng
（Shanghai SUS Environment Co.Ltd.，Shanghai200040）

The generatingand controllingofnitrogen oxides（NOx）from municipalsolid waste incineration power plant were introduced.The influence factorsofthe selective non-catalytic reduction（SNCR）technology were discussed，mainly including temperature，mixed degree of reductant and nitrogen oxides，proper retention time，normalized stoichiometric ratio（NSR），flue gascomposition，etc.Through the application ofdenitration technology on municipalsolid waste incineration power plant it showed that the equipment ofSNCR wassimple，the initial investment waslow，and can meet the emission standards.

denitration technology；municipal solid waste incineration power plant；urea

·规划与管理·

X701.2

B

1005-8206（2016）04-0070-03

2016-04-12

章文锋（1987—），硕士研究生，助理工程师，主要从事垃圾焚烧发电项目烟气处理工艺设计工作。