生活垃圾焚燒發電廠爐內脫硝技術的應用

章文鋒

（上海康恒環境股份有限公司，上海　200040）

生活垃圾焚燒發電廠爐內脫硝技術的應用

章文鋒

（上海康恒環境股份有限公司，上海200040）

介紹了垃圾焚燒發電廠氮氧化物的產生與控制，探討了選擇性非催化還原（SNCR）爐內脫硝技術的影響因素，主要包括溫度、還原劑與氮氧化物的混合程度、適當的停留時間、氨氮比NSR、煙氣成分等。通過生活垃圾焚燒發電廠爐內脫硝技術的應用，發現SNCR脫硝技術設備簡單，前期投資較低，且能滿足當前的排放指標。

脫硝技術；生活垃圾焚燒發電廠；尿素

1　垃圾焚燒發電廠氮氧化物（NO）x的產生與控制

根據氮氧化物生成機理的反應類型，NOx主要有燃料型、熱力型和快速型3種，其中熱力型和快速性NOx的生成需要環境溫度達到1500℃和1200℃［1］，而垃圾焚燒發電廠爐膛燃燒溫度一般約為1 000℃，因此垃圾焚燒發電廠產生的NOx以燃料型為主，即垃圾中含氮有機物的分解。

控制氮氧化物的方法有ACC燃燒管理法、選擇性非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR）等，ACC燃燒管理法利用焚燒產生的還原性氣體對氮氧化物進行還原。SNCR和SCR化學脫硝法是通過還原劑與氮氧化物在一定的條件下反應生成無害的N2和H2O。

2　爐內SNCR脫硝技術

2.1SNCR脫硝技術原理

SNCR脫硝技術是以爐膛為反應器，將還原劑以水溶液形式（NH3·H2O、尿素） 或氣態形式（NH3）噴射到焚燒爐內800～1 050℃的高溫區域，將氮氧化物還原為N2和H2O等。

化學反應式如下：

尿素（NH2）2CO+2NO+1/2O2=2N2+CO2+2H2O（1）

氨水4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O（2）

為了有效運行并提高反應效率，爐內SNCR脫硝需要滿足：①在還原劑噴入處無火焰；②還原劑與氮氧化物充分混合；③反應區域保持適當的溫度；④反應區域維持適當的停留時間。

2.2SNCR脫硝反應主要影響因素

2.2.1溫度

一般來說SNCR脫硝系統比較適宜的反應溫度區域為800～1 050℃。當反應溫度低于最佳反應溫度區域的下限時，反應進行不徹底，未參加反應的NH3占噴入NH3的比例升高，使得NH3逃逸率較高，會產生二次污染；當反應溫度高于最佳反應溫度的上限時，NH3的氧化反應占主導，生成的氮氧化物反而使煙氣中NOx升高。不同反應器的煙氣流場不同，最佳的反應溫度區域也會有所差別。一般垃圾焚燒爐可以通過對焚燒爐膛進行流場模擬，從而得到該焚燒爐爐內脫硝的最佳反應溫度區域。

2.2.2還原劑與NOx的混合程度

噴入的NH3與焚燒煙氣中NOx混合得越充分，脫硝效果越好。混合不充分時，部分NOx得不到充分反應；另外，局部的NH3過高，過量的NH3會與O2發生氧化反應，導致整體的脫硝效率降低。例如在現實案例中，流化床焚燒爐在最佳溫度區域時，脫硝效果較好，即由于流化床在焚燒爐爐膛中NH3與煙氣混合均勻度高。因此，垃圾焚燒爐中噴槍位置的布置需要滿足噴槍噴出的氨能將焚燒爐膛的界面布滿，以求NH3與NOx混合充分。

2.2.3適當的停留時間

在最佳的反應溫度區域內，NH3與NOx反應保證適當的停留時間，有利于提高脫硝效率，而且在最佳溫度區域的停留時間越長，脫硝效果越好。一般在垃圾焚燒電廠的爐膛內NH3與煙氣NOx在最佳溫度區域的反應停留時間要大于0.6 s。

2.2.4氨氮比（NSR）

按照反應方程式計算，NSR為1，但在實際運行中，NSR要大于1才能達到所要求的脫硝效率，而且隨著脫硝效率的增加，NSR也會逐步地增加，當脫硝效率要求達到50%甚至更高時，繼續增加NSR，脫硝效果增加不明顯，這時的NH3逃逸會增加很多，造成二次污染。根據實際的運行情況，在垃圾焚燒爐爐內脫硝的NSR一般在1.1～1.6較好。

2.2.5煙氣成分

垃圾焚燒產生的煙氣組分較復雜，主要有O2、CO、H2O、HF、SOx、NOx、HCl等。在爐內O2不足甚至缺乏的情況下，SNCR反應不完全，甚至不能進行。只有在含O2的環境中，SNCR脫硝反應才能順利進行，但是O2濃度太高，又會使得NOx升高，因此在實際運行中，要控制好其濃度，一般氧的體積比為6%～10%。煙氣中的CO等還原性氣體也可以與NOx發生還原反應，進而降低煙氣中NOx的濃度，例如日本JFE以及苒原的焚燒工藝中就運用了原煙氣中還原性氣體對NOx還原的作用，從而有效降低了出口煙氣NOx的濃度。

3　垃圾焚燒發電廠SNCR脫硝技術應用實踐

SNCR脫硝設備目前已實現了模塊化，例如上海康恒環境股份有限公司可以提供一整套自動化、模塊化SNCR脫硝裝置，并申請了國家實用新型專利（專利號ZL 201020219484.6）。筆者以山東某垃圾焚燒發電廠爐內SNCR脫硝項目為例展開介紹。

3.1項目概況

山東某垃圾焚燒發電廠每天入爐的垃圾處理量為700 t/d，焚燒爐在MCR點的理論煙氣量為62040m3/h，理論煙氣中NOx的含量約為350mg/m3，NOx的排放日均值要求控制在200 mg/m3以內。

3.2SNCR脫硝工藝流程

尿素作為還原劑，將其溶解于水，制成一定濃度的尿素水溶液，然后通過隔膜計量泵輸送到二流體噴槍，經工藝壓縮空氣霧化后噴射到焚燒爐內，除去焚燒爐內的NOx，系統流程見圖1。爐內SNCR脫硝系統主要由尿素溶液制備/儲存系統、輸送模塊、噴射模塊和控制單元4部分組成。

圖1系統流程

1）尿素溶液制備/儲存系統：主要用于制備和儲存尿素溶液，先向尿素溶液儲罐中注水并開啟加熱裝置，待制備水加熱到一定溫度后，用電葫蘆將袋裝尿素顆粒送入到尿素溶液儲罐，同時開啟攪拌器使尿素充分溶解，攪拌一段時間后即配制好了所需濃度的尿素溶液。

2） 輸送模塊：當系統投運時，尿素溶液通過尿素溶液隔膜計量泵以一定的流量輸送到在線混合器，在混合器中，尿素溶液與由水泵輸送過來的稀釋水充分地混合，將尿素溶液稀釋成所需要的濃度，并送至噴射模塊。

3） 噴射模塊：該模塊布置在焚燒爐爐膛燃燒區域附近的平臺上。經稀釋后的尿素溶液經計量后進入二流體噴嘴，在噴嘴內與壓縮空氣混合，霧化后噴入爐內。

4）控制單元：整個系統可以由PLC或DCS控制，MCC柜和PLC主控柜集中放置在尿素制備車間，PLC主控柜設置有觸摸屏作為人機界面，對脫硝系統進行控制。

3.3SNCR脫硝效果

垃圾焚燒發電廠焚燒爐爐膛進行溫度場、流場模擬后選取了一個脫硝反應適宜的溫度區域作為噴槍的布置點，布置了1層噴槍共6支槍。

每條焚燒線都安裝有煙氣在線檢測裝置，對排放煙氣參數進行24 h在線監測。脫硝系統投運后，NOx的排放在保證值200 mg/m3以下，指標優于GB 18485—2014甚至歐盟2000中規定有關NOx的排放限制。

山東某垃圾焚燒電廠1#焚燒爐2015年3月某1周的NOx監測數值如表1所示。

表1NOx監測數值

4　結論

1）SNCR脫硝技術設備簡單，前期投資較低，且能滿足當前的排放指標。

2） SNCR的脫硝效率受限，特別是脫硝效率要求高于60%時，SNCR脫硝技術已經不能達到所需的要求，此時需要考慮采用選擇性催化還原（SCR）脫硝技術才能滿足排放要求。

3）當要求較高的脫硝效率時，雖然最終可以使NOx達標排放，但因過量噴射了還原劑，會使逃逸出來的NH3增加，勢必會對環境造成二次污染。

［1］ 白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術［M］.北京：化學工業出版社，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

·規劃與管理·

X701.2

B

1005-8206（2016）04-0070-03

2016-04-12

章文鋒（1987—），碩士研究生，助理工程師，主要從事垃圾焚燒發電項目煙氣處理工藝設計工作。