脱硝工艺在垃圾焚烧烟气净化中的应用探讨

刘振利

广东荣昇环保科技有限公司 广东 东莞 523050

在垃圾处理中，垃圾焚烧是一种常用的无害化的处理方法，能够有效地灭杀病原体，防止疾病的迅速传播。同时，在焚烧垃圾过程所产生的热量，可用于发电，实现了能源的合理利用目标，推动我国社会经济的可持续发展。但是，在垃圾焚烧发电过程中，由将会产生大量重金属、有害气体，如果不能及时处理，将会导致环境产生二次污染。且这些污染物含有一些二氧化硫及氮氧化合物，这两种物质易于形成酸雨，直接影响到大气环境。而在垃圾处理中，可采用脱硫脱硝工艺，以减轻环境污染，推动电力的可持续发展[1]。本文对某垃圾焚烧发电烟气净化工艺进行分析，论述了“SNCR+SCR”法结合应用于垃圾焚烧烟气净化的工艺流程。

1 工程概况

本项目生活垃圾采用焚烧烟气净化工艺，建立3条生产线，每一条生产线设置一套烟气净化系统，日处理量为750t/d，年处理量为82.125万t，其处理能力2250t/d。每条生产线配置2台汽轮发电机组，锅炉蒸汽供汽轮发电机组发电；配套附属生产、生活设施。

2 脱硝工艺概述

脱硝工艺采用“SNCR+SCR”法，SNCR为选择性非催化还原法，其主要采用脱除NOx技术，将氨气、氨水等还原剂喷入炉膛区域，还原温度800℃-1100℃，并分解成NH3产物，并与NOx发生SNCR反应，进而生成N2。而SCR为选择性催化还原法，是在有氧气和低温的情况下，通过采用法脱硝技术，选择含有氨的还原剂将NOx还原为N2和水，以此来降低NOx排放量，整个反应过程存在一定的催化剂[2]。

2.1 SNCR系统

由于采用了烟气再循环技术，本项目吸收剂采用浓度为20%～25%的氨水溶液，还原剂喷入的位置为余热锅炉第一通道温度850～950℃的区域。

氨水主要由还原剂输送泵单元储罐泵送入混合分配单元，工厂脱盐水由软水输送泵单元送入MDU，MDU所含有的软水和还原剂就会结合NOx排放反馈值来达到定量混合，再进行定向分配；其中，所设置的喷射流量开关以预防氨水喷入距离过长以及喷射流量过小而影响到脱硝效果。

在MDU中，还原剂和软水可实现定量混合，同时利用泵的压头将它送入喷射器。喷射器主要由内枪管和外枪管组成，采用内枪管喷入还原剂，并采用外枪管引入雾化压缩空气，在喷枪端部进行雾化；另外，及时调节喷枪喷射角度，结合喷射情况进行雾化长度调节；喷射器还设调节阀和手动球阀等，雾化空气压力为1～3barg。

表1 SNCR设计烟气参数

表2 SNCR排放要求

（1）可通过SNCR氨水输送泵单元，采用加压的方式将氨水溶液输送至混合分配单元。组成包括不锈钢多级离心泵，有泵循环回路以保证阀门关闭状态泵的正常运行。泵出口设置就地压力表以及压力变送器，每台氨水输送泵单元设有氨泄漏检测仪。

（2）每台炉SNCR设有1台氨水混合分配单元（模块化供货，内含：气动调节阀、主管道上的流量计、主管道上的压力表、气动开关阀、支管上的压力表、支管上的流量计）；管道混合器整合到工艺柜内。每个柜体内需配氨泄漏检测仪，混合分配单元模块控制还原剂和稀释水的定量混合和定向分配；混合分配单元将还原剂和水混合至合适的浓度并满足目前运行条件下消耗量的要求。

（3）每台炉SNCR设有一个压缩空气分配单元（模块化供货，内含：调压阀、单向阀）；将压缩空气管道整合到工艺柜体内；该单元对应混合分配单元单元。安装在靠近喷枪布置位置附近，对压缩空气统一管理。

（4）SNCR系统内每杆枪具体自动切断功能，喷枪采用压缩空气雾化方式，具有良好雾化喷射效果。

（5）喷枪应采用耐高温、耐腐蚀的金属材料，耐烟气冲刷，易于维修保养，有较长的使用寿命。喷枪应有措施保证在运行和停运时，不被烧坏。

（6）喷枪与管道之间应有快装接头和软管以保证喷枪拆装方便，便于维护。

（7）SNCR脱硝系统应有足够的操作弹性，能自动调节喷枪喷射量及喷射位置以适合垃圾焚烧炉的燃料热值变化及负荷变化。SNCR脱硝系统设计应能对可能出现的泄漏有足够的安全防护措施（泄漏报警，连锁等）。

2.2 SCR脱硝系统

（1）在湿式洗涤塔下游设置SCR脱硝系统以进一步去除烟气中的NOx。

（2）从低温烟气出来的烟气进入高温烟气，并与反应器的高温烟气进行换热，再经过加热器进行加热，加热完毕后再进入SCR反应器。

（3）烟气中的NOx经过催化剂层时，在其表面与还原剂发生反应，进而达到烟气中NOx脱除效果，同时还可以脱除二噁英。

（4）SCR脱硝系统主要有以下几分组成：高温烟气/烟气换热器（GGH2）、蒸汽/烟气加热器SGH、SCR反应器、氨水制备及输送设备、氨水蒸发混合器、稀释风设备等。

（5）每条焚烧线设置1套SCR脱硝系统，SCR脱硝系统按额定工况下SCR入口位置烟气量（≥220000Nm3/h）设计，入口NOx浓度为200mg/Nm3，出口NOx浓度性能保证值不大于50mg/Nm3。SCR脱硝系统在所有工况间具有良好的运行效果，在启动锅炉或者变动负荷等时，能够确保系统稳定地运行，且可满足启停要求。

（6）采用CFD辅助设计，确保SCR反应器氨氮摩尔比的最大偏差小于平均值的±5%。SCR脱硝系统还原剂采用浓度为25%的氨水，与SNCR脱硝系统共用氨水储罐，SNCR和SCR脱硝系统设置不同的氨水供应及计量系统。

（7）SCR工艺要求氨投加量精确度高以及与主烟气混合的均匀度高，以保证高效的去除NOX，并使氨逃逸降到最低，烟囱位置氨逃逸不高于2.5mg/Nm3。

（8）SCR系统可实现现场控制和远程自动控制；且可在现场设置远程开关和启停按钮。控制柜门设置了设备的运行状态指示。

2.3 高温烟气换热器GGH2及蒸汽/烟气加热器SGH

（1）概述。从GGH1出来的烟气（约115℃）进入GGH2，与SCR反应器出口的高温烟气进行换热后，再经过SGH加热至185℃进入SCR反应器。GGH2及其配套烟道需考虑该温度段的腐蚀磨损情况，具有合理的防腐设计。

（2）每条焚烧线设1台GGH2和SGH，GGH2按额定工况下的烟气量设计，SGH按额定工况下的烟气量设计，使用寿命应不低于30年。

（3）GGH2采用管壳式换热器，按二折程设计，要求与来自湿式洗涤塔的低温烟气接触的材料全部采用ND钢制作。壳体厚度≥8mm，换热管壁厚不小于3mm。

（4）SGH采用管壳式换热器，壳体采用碳钢制作，厚度≥8mm，换热管材质采用20G。

（5）SGH加热蒸汽采用汽包饱和蒸汽为热源。SGH设置必要的排气、疏水接口，方便检修的起吊装置和门孔。

（6）GGH2及SGH上应设置必要的人孔和检查孔，人孔、检查口应有良好的密封性能，并采取防止露点腐蚀的措施。

（7）所有的人孔和检查口应设置普通钢楼梯、平台和结构支架，平台与SCR反应器平台相连。

2.4 SCR反应器

（1）反应器的烟气设置为向下流动，其入口气流采用平均分布方式，反应器出口应设置导流板，反应器内部设置防磨措，以防止有些部位出现磨损。

（2）反应器结构考虑运行中热膨胀的影响，必须考虑热膨胀的补偿措施，确保进出口的密封性。在反应器内部，应选用不易积灰支架。

（3）烟气中NOX与氨的反应发生在装有催化剂的SCR反应器里，SCR反应器须预留备用催化剂层空间。为便于安装和检修，催化剂支撑梁的层间高度不小于3.3m[3]。

（4）对于反应器，在喷氨格栅前，应在催化剂和反应器出口处设置烟气取样孔。

（5）SCR系统设置必要的检修平台、合理的连接通道。同时应利用反应器结构实现设备运行状态观察，且要设置检查门，以便于及时清除残留物料。

（6）反应器设计还应考虑内部催化剂维修及更换所必须的起吊装置。起吊设施包括电动葫芦，安装在工字轨道或桥式轨道上。电动葫芦为永久安装，提升能力满足安装及检修最大的起吊重量要求。

（7）反应器设计应具备一定的防腐性和耐磨性，以防出现漏水和变形情况，以防运行故障的发生。

2.5 SCR催化剂

（1）SCR脱硝系统应采用蜂窝式低温催化剂，要求催化剂工作温度不高于185℃，催化剂的型式需能够适应本工程烟气成份。

（2）催化剂为SCR系统的关键材料，采用原产地进口品牌。投标方提供的催化剂其技术先进、成熟、可靠，便于运行维护，可利用率高。

（3）在所有工况间，催化剂运行时具有良好的适应性，确保锅炉启动、及负荷变动时，能够确保系统稳定运行，以能够满足启停次数要求。

（4）催化剂使用寿命不得小于24000运行小时，机械寿命不得小于10年。在催化剂维护时，应及时进行寿命曲线更换，选用优化的管理方案。

（5）催化剂用量应达到性能要求，确保SCR出口氮氧化物浓度满足相关要求。

（6）在催化剂模块设计时，以设置密封装置，保证其寿命高于催化剂的寿命，以防止烟气出现短路。

（7）在催化剂模块化设计过程中，各层模块规格人一致，以减少催化剂的更换时间。

2.6 SCR脱硝系统流场设计

（1）为确保烟气在进入催化剂时流场性，应在SCR反应器入口设置导流。

（2）应保证顶层催化剂入口烟气的均匀性以及系统的阻力最小，以减少积灰情况的出现，同时要确保脱硝系统流场分布科学合理。并采用CFD数值模拟的方式进行反应器布置优化，掌握好内部导流结构等[4]。

（3）CFD数值模拟的范围包括从SGH烟气出口到SCR反应器烟气出口之间的整个SCR系统流场设计，在考虑SGH出口烟气参数分布一定偏差的基础上，投标方必须提供一个SCR系统的CFD数值模拟报告，模拟内容包括60%、100%及110% 额定工况下的烟气速度场、温度场、NOx/NH3分布等。

2.7 氨水输送、蒸发混合系统及喷氨格栅

（1）结合SCR脱硝反应器NOx、NH3等浓度要求，结合烟气温度进行氨的注入量计算，及时调节喷氨流量阀。另外，应以NOx浓度作为反应器出口的反馈参数，及时调整喷氨量，加强喷氨量闭环控制。

（2）结合烟道的截面及SCR反应器的结构，脱硝反应器应设置氨计量、氨蒸发混合器及喷氨格栅，确保氨与NOx能充分混合。氨混合器需设置滤网，方便检修清洗。

（3）热烟气夹带着氨气进入装有催化剂的SCR反应器之前，应与主烟气流进行混合。在反应器前，为确保混合的均匀，应合理设置喷氨格栅，以保证风道中氨气与烟气混合的均匀性。

（4）氨水输送。1）SCR系统还原剂采用浓度为25%的氨水，与SNCR系统共用氨水储罐，SNCR和SCR系统设置不同的氨水输送及计量系统。2）SCR系统每3条焚烧线设置1套氨水输送系统，氨水流量应能自动调节。氨水输送泵1用1备配置，每台泵容量按100%负荷考虑，全厂共2台。3）氨水输送系统应设置过滤器，以防止设备和管道堵塞[5]。

（5）氨蒸发混合系统。每条线设置1套氨蒸发混合系统，包括：氨蒸发混合器（含雾化喷枪）、稀释风机稀释风机必须配备流量计量仪表，并传输到DCS、并有自动切换的功能，稀释风蒸汽加热器等。氨蒸发混合器具有足够的抗热膨胀及变形能力。

（6）喷氨格栅。1）喷氨格栅能实现NOx与NH3的最佳湍流混合，且能最大限度地适应负荷变化所引起的烟气参数分布变化。2）喷氨格栅的每根支管都设手动调节阀，并配置差压流量计、压力表等仪表。3）氨喷射应采用格栅式，分布管上设置压缩空气管道，如果发现存在喷头堵塞情况，应及时进行吹扫。

3 结语

综上所述，本文就脱硝工艺在垃圾焚烧烟气净化中的应用进行了探讨，通过采用脱硝工艺进行垃圾焚烧烟气处理工作的优化，能够有效减少垃圾焚烧化合物的排放量。但目前在垃圾焚烧烟气处理过程中，仍然存在一些问题，故通过将对脱硝工艺进行进一步研究，为脱硫脱硝效率的提升提供有利的条件。