SCR脫硝系統在生活垃圾焚燒發電項目的應用

強栓平

（北京環衛集團房山有限公司，北京 102488）

1 生活垃圾焚燒煙氣處理系統

生活垃圾焚燒技術跟垃圾填埋及垃圾發酵堆肥相比有很多優點，是實現垃圾無害化、減容化、資源化處理最為有效的方法。垃圾焚燒技術在發達國家已經十分成熟，近些年，隨著我國環境保護工作日益發展，垃圾焚燒技術在國內已經開始了應用。

生活垃圾焚燒煙氣中的污染物可分為顆粒物（粉塵）、酸性氣體（HCL，HF，SOX和 NOX）重金屬（HG，PB 和 CR 等）和有機劇毒性污染物（二噁英、呋喃等）等4大類。為了防止垃圾焚燒過程中對環境產生二次污染，必須采取嚴格的措施，利用煙氣處理系統控制垃圾焚燒煙氣污染物的排放。目前生活垃圾焚燒煙氣處理系統一般由一個主體凈化工藝，如：半干法、干法、濕法、再輔以NOX凈化系統（脫硝）及活性碳噴射吸附組成。

2 垃圾焚燒煙氣處理SCR脫硝系統工藝

生活垃圾焚燒煙氣中NOX的凈化系統，一般采用還原法即利用催化劑或高溫等條件來提高、加速煙氣中NOX物與還原劑（NH3、尿素）的還原反應，還原成無污染的氮氣和水，從而達到凈化NOX污染物。還原法又根據是否采用催化劑分為SNCR（Selected Non-Catalytic Reduction，選擇性非催化還原法）及SCR（Selected Catalytic Reduction，選擇性催化還原法）。

SNCR還原法是不采用催化劑的情況下，用還原劑（NH3、尿素）直接與煙氣中的NOX物在高溫下進行還原反應。特點：不使用催化劑，但還原反應所需的溫度高，以還原劑為氨為例，最佳反應溫度為（900～1100）℃，直接向焚燒爐內噴氨，也可以直接使用尿素溶液。該方法缺點：①脫硝效率低（30%～50%）；②由于垃圾焚燒爐內溫度控制不穩定會直接影響到SNCR運行的可靠性和穩定性。

SCR還原法與SNCR還原法不同，是還原劑（NH3、尿素）在催化劑作用下，選擇性的與煙氣中的NOX物進行還原反應，生成N2和H2O，而不是被O2所氧化，故稱為“選擇性”，最佳反應溫度由所采用的催化劑活性溫度范圍所確定。SCR法與SNCR法比較有一定的優點。

SCR脫硝還原法的主要化學反應方程式：①4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O；②4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O。在SCR脫硝系統中，主要發生的是方程式1反應，因此噴氨量的多少由方程1來確定。從方程1可以得出：NH3與NOx摩爾比為1，煙氣排放連續監測系統 CEMS（Continuous Emission Monitoring System，煙氣排放連續監測系統）所實測的只是NO濃度，因為焚燒煙氣NOX中，NO占95%，NO2占5%，依據NO的濃度，經過計算可以得出NOX的濃度，一般情況下，為了確保噴入足夠的氨量與NOX進行反應，同時又為了確保多余逃逸的氨量不超過排放指標，依據相關設計經驗，在計算噴氨量時，NH3與NOX摩爾比一般取值為1.03，即1.03個NH3分子與1個NOX分子發生反應。

某垃圾焚燒發電項目中SCR脫硝工藝系統如圖1所示，項目采用日本某公司的中低溫催化劑，活性溫度范圍230℃±10℃，SCR脫硝系統的還原劑采用25%的氨水。氨水自SCR脫硝系統進口煙道經過專用噴槍噴入煙道中，與煙氣充分均勻混合。焚燒爐省煤器出口的煙氣經過半干法脫酸及布袋除塵器后，經過煙氣—煙氣換熱（Gas Gas Heater，GGH）及蒸汽—煙氣換熱（Steam Gas Heater，SGH）將進入SCR催化劑層的煙氣加熱到催化劑活性溫度范圍，煙氣中的NOX與噴入的氨水中的NH3在催化劑表面發生催化還原反應，生成N2和H2O以達到脫除煙氣中NOX。本項目SCR脫硝系統主要設備技術參數見表1～表4。

圖1 某垃圾焚燒煙氣處理SCR脫硝系統工藝

表1 煙氣—煙氣換熱器（GGH）設計參數

3 垃圾焚燒煙氣處理SCR脫硝系統噴氨自動控制

垃圾焚燒煙氣處理SCR脫硝系統的自動控制主要有進口煙氣溫度控制及噴氨自動控制等。進口煙氣溫度控制主要通過控制SGH（蒸汽—煙氣管式換熱器）蒸汽流量，使SCR進口煙氣溫度達到催化劑活性溫度范圍230℃±10℃，SGH的換熱后疏水回至全廠中壓疏水擴容器。噴氨自動控制是SCR脫硝系統自動控制系統的關鍵，也是SCR脫硝系統投運穩定運行，確保煙氣處理系統出口煙氣NOX達標排放的重要手段。

某垃圾焚燒煙氣處理SCR脫硝系統噴氨自動控制系統如圖2所示。噴氨自動控制實質上是2個PID（Proportional Integral Derivative，比例積分微分）串級氨水調節閥：主PID利用鍋爐負荷及省煤器出口NOX及煙囪出口NOX的設定值，通過相關數學公式計算得出需噴入的氨量值，并與系統實測的噴氨量比較，調節噴氨調節閥，使實際噴氨量與所需量一致，控制噴入SCR脫硝系統的還原劑氨量；副PID是通過煙囪出口NOX的設定值及煙囪出口實測的NOX的比較，經PID運算計算輸出（輸出控制在0.7～1.3），這個輸出值用來對主PID中的理論計算需噴入的氨量值進行修正。通過兩個串級PID的自動調節，可以確保垃圾焚燒煙氣處理SCR脫硝系統噴氨量隨鍋爐負荷、省煤器出口NOX、煙囪出口NOX及DCS（Distributed Control System，集散式控制系統）畫面設定的NOX排放值等各種因素的變換而自動調節，以完成依據排放標準而控制NOX的目的，同時可以兼顧SCR脫硝系統的氨逃逸指標。

表2 蒸汽—煙氣換熱器（SGH）設計參數

表3 催化劑

圖2 某垃圾焚燒煙氣處理SCR脫硝噴氨自動SAMA

表4 氨水噴槍

4 結束語

伴隨著我國環境治理工作的不斷加強，相信在不久的將來，做為本身就是環保項目的生活垃圾焚燒項目，焚燒煙氣的排放指標會得到不斷的提高，SCR脫硝系統會很快的在垃圾焚燒項目中得到推廣應用，希望本文的相關技術的探討能對本領域的參與者提供參考。