SNCR系統(tǒng)對垃圾焚燒廠NOx排放濃度影響研究

文_戴曉云 上海環(huán)境衛(wèi)生工程設計院有限公司

垃圾焚燒技術在西方發(fā)達國家已有很長的發(fā)展歷史，是世界上許多先進國家和地區(qū)最常采用的垃圾處理方法之一，與其他垃圾處理方法相比，具有三方面優(yōu)點：①運行穩(wěn)定、衛(wèi)生、可靠，全封閉工業(yè)化的生產(chǎn)模式可以基本上不受自然條件的影響，焚燒廠能全天候連續(xù)運行，且使用年限可達20年以上；②占地小、污染低的特點，使得焚燒廠可以建造在市區(qū)，從而大大減少垃圾的運輸費用；③可以回收垃圾中的能源，變廢為寶，加以利用。

垃圾焚燒發(fā)電作為當前最符合實際需求的垃圾處理方式，將在未來進一步得到快速推廣。國家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設部印發(fā)的《“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》(發(fā)改環(huán)資[2016]2851號)明確提出：經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)和土地資源短缺、人口基數(shù)大的城市，優(yōu)先采用焚燒處理技術，減少原生垃圾填埋量，到2020年末全國垃圾焚燒處理目標達到59.1萬t/d，同比增長151%，全國城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理設施能力占無害化處理總能力50%以上，其中東部地區(qū)占60%以上。

國家能源局印發(fā)《關于可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃實施的指導意見》(國能發(fā)新能[2017]31號)，規(guī)劃新增城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目529個，新增裝機規(guī)模1022萬kW，項目個數(shù)和新增裝機較“十二五”期間分別增長4.6倍和2.1倍。“十三五”期間垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的大好發(fā)展形勢可期。

針對這一趨勢，以某垃圾焚燒廠為例，以實際數(shù)據(jù)為基礎，研究SNCR系統(tǒng)對垃圾焚燒廠氮氧化物排放的影響，為相關垃圾焚燒廠的新建和技術改造提供參考。

1 研究對象及改造思路

1.1 研究對象

以某生活垃圾焚燒廠為研究對象，該廠擁有3條設計處理規(guī)模為500t/d的機械爐排爐，總處理規(guī)模為1500t/d。該廠于2000年前開工建設，當時國家相應的垃圾焚燒污染物排放標準及規(guī)范尚未出臺，煙氣排放標準按照歐盟92標準設計，原煙氣處理工藝中不包含SNCR脫氮技術，焚燒爐沒有采用煙氣再循環(huán)技術。

1.2 改造思路

本次技改選用的脫硝藥劑為濃度為3%～10%的尿素溶液，擬在余熱鍋爐一通道噴入煙氣中進行混合還原反應。

1.2.1 確定噴口高度

根據(jù)相關研究結論，SNCR技術在溫度為870～1020℃的區(qū)域脫硝效率較高，通過調取運行數(shù)據(jù)，余熱鍋爐第一通道在870～1020℃的區(qū)域有3層平臺便于操作，水冷壁間距滿足噴嘴安裝空間，因此將SNCR噴口的標高確定為3層。

1.2.2 確定噴口數(shù)量和位置

根據(jù)實際設備尺寸，焚燒爐在第一通道的長度約為9m，寬度約為4m。如果只是在側墻（4m寬）設置SNCR噴口，脫硝藥劑很難穿透爐膛，噴射出4.5m遠達到中心區(qū)域。如果只是在前墻（9m寬）設置SNCR噴口，需要設置6個以上噴口。綜合考慮下來，技改方案在前墻靠近中心線位置設置了2個噴口，在左右墻各設置了2個噴口，每層共6個噴口，一共18個噴口。

1.2.3 確定運行模式

考慮實際工況在80%～110%負荷之間變化，余熱鍋爐第一通道中溫度梯度也在發(fā)生變化。為監(jiān)測爐內煙氣溫度分布狀況，在最合適的溫度噴入脫硝藥劑，在每層尿素溶液噴嘴高度均增加了溫度測點，以便根據(jù)溫度場變化調整尿素溶液噴入層。

當煙囪出口煙氣中的NOx濃度大于某一定值時，SNCR系統(tǒng)自動啟動，將尿素溶液通過噴嘴噴入余熱鍋爐煙道內，尿素溶液的噴入量根據(jù)煙氣內的NOx濃度自動調節(jié)。當煙氣中的NOx濃度長時間低于某一定值時，則自動停用SNCR系統(tǒng)并將SNCR噴嘴退出，以避免噴嘴被燒壞。

2 增設SNCR系統(tǒng)對NOx排放的影響

2.1 該焚燒廠改造前的NOx排放情況

增設SNCR系統(tǒng)前，本廠要求的NOx排放標準為400mg/m3（O211%）。改造前，該廠1#、2#、3#2015年11月份每日NOx排放數(shù)據(jù)為圖1所示，20008年1月到2009年11月的每月NOx排放數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖1 2015年11月1#、2#、3#每日NOx排放數(shù)據(jù)

圖2 2008年1月到2009年11月1#、2#、3#的每月NOx排放數(shù)據(jù)

綜合來看，改造前該廠的NOx排放情況有以下特點：

①在2009年之前，1#爐的排放值高于2#爐，2#爐的排放值高于3#爐。2009年，3條線的數(shù)據(jù)逐漸趨于統(tǒng)一，并且在最近穩(wěn)定在300mg/m3附近。

②從2015年11月1#、2#、3#的90個日均值的數(shù)值來看，NOx的濃度最大值為331.83mg/m3，在該廠執(zhí)行標準400mg/m3以下。

③2009年11月，1#、2#、3#焚燒線的NOx平均濃度分別為 280.59mg/m3、300.89mg/m3、298.75mg/m3。隨著該廠的運營逐漸趨于穩(wěn)定化，這3個數(shù)值可以客觀地反應出該廠的整體工藝所能達到的排放水平。

④從2009年11月的數(shù)據(jù)來看， 1#線的燃燒工況最好，NOx最大不超過316.46mg/m3，但是NOx濃度在300mg/m3以下連續(xù)運行的工況比較少。當時執(zhí)行的標準（國標GB18485-2001）的限值為400mg/m3，該廠排放煙氣中的NOx濃度值達到了標準要求。

2.2 該焚燒廠增設SNCR系統(tǒng)后的NOx排放情況

SNCR改造后，該廠要求的NOx排放標準為200mg/m3（O211%）。選取改造后NOx排放數(shù)據(jù)進行分析，2016年至2019年每年9月1#、2#、3#的NOx每日排放情況分別如圖3、圖4、圖5、圖6所示，改造前后NOx排放情況對比如表1所示。

圖3 2016年9月1#、2#、3#NOX每日排放數(shù)據(jù)

圖4 2017年9月1#、2#、3#NOX每日排放數(shù)據(jù)

圖5 2018年9月1#、2#、3#NOX每日排放數(shù)據(jù)

圖6 2019年9月1#、2#、3#NOX每日排放數(shù)據(jù)

表1 改造前后NOX排放情況對比表 /（mg/m3）

說明：“月均值”來源于本月的“日均值”的平均值。

結合圖3～圖6及表1可以看出，該廠改造后的NOx排放有以下特點：

①從改造后的數(shù)值來看，NOx的濃度最大值為199.41mg/m3，滿足該廠的執(zhí)行標準。

②2019年9月，1#、2#、3#爐的NOx平均濃度分別為182.88mg/m3、171.48mg/m3、183.99mg/m3。NOx平均濃度對比2016年至2018年較為明顯的提升。2#爐的燃燒工況最好，NOx的最大值、最小值和平均值均為最小。

③以表1中的NOx排放平均值為參考，1#爐改造后NOx去除率為35%～47%，2#爐改造后NOx去除率為43%～53%，3#爐改造后NOx去除率為38%～50%。

④從2016年至2019年每年9月1#、2#、3#NOx每日排放數(shù)據(jù)來看， NOx的排放濃度均在200mg/m3之下，且運行情況穩(wěn)定，其中，2019年較前三年NOx排放濃度有明顯的提升。可能導致該情況的原因為：當?shù)赜?019年實行垃圾分類，垃圾成分有了明顯的變化，進而導致煙氣成分變化以及第一通道煙氣溫度場變化，具體原因可進行進一步研究。

3 結語

在SNCR技術改造之前，該廠通過調整運行工況等方法使NOx濃度控制在331.83mg/m3以下，滿足國標GB18485-2001的限值。新的地方標準于2015年發(fā)布并于正式實施，該廠在2015年完成SNCR脫氮技術改造，并將NOx濃度控制在200mg/m3以下。從之后4年的NOx濃度數(shù)據(jù)來看，SNCR技術的NOx去除率在35%以上，且運行工況較為穩(wěn)定。

《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）從2016年1月1日正式實施以來，要求垃圾焚燒電廠氮氧化物排放限值達到250mg/m3(日均值)、300mg/m3(小時均值)，到現(xiàn)在各地方環(huán)保部門提出更為嚴格的標準，福建省的征求意見稿要求日均值100mg/m3，小時均值120mg/m3；武漢、東莞要求控制在100mg/m3以下；南京、深圳要求控制在80mg/m3以下；浙江寧波、杭州、臺州要求控制在75mg/m3以下等，氮氧化物排放限值越來越低是主流趨勢。

進一步降低NOx排放濃度是必然趨勢，建議該廠在將來再次技術改造時，綜合考慮垃圾分類政策實施與調整對垃圾成分可能造成的影響，結合最新的PNCR及SCR技術，提出綜合決策改造方案，以滿足焚燒廠氮氧化物排放值達標。