一種新型SNCR脫硝技術(shù)工程應(yīng)用試驗(yàn)研究

王煒

摘要：為提高SNCR脫硝效率，我們嘗試采用新的SNCR噴槍投退控制方式，即將第一煙道沿豎直方向取3個(gè)標(biāo)高，每層標(biāo)高橫截面分成3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置若干支溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)量該區(qū)域溫度，然后取平均值作為該區(qū)域的溫度值，SNCR噴槍跟蹤該溫度值進(jìn)行投退。同時(shí)根據(jù)區(qū)域大小不同設(shè)置噴槍數(shù)量，便于噴射的還原劑盡快覆蓋整個(gè)煙道。同時(shí)，我們還對(duì)新的控制方式和傳統(tǒng)控制方式的脫硝效果進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：SNCR脫硝? 溫度均值? 分區(qū)控制? 脫硝效果比較

1.簡(jiǎn)介

國(guó)家從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，不斷嚴(yán)格限制排入大氣中的氮氧化物，“十二五”規(guī)劃要求十二五期間每年氮氧化物排放減少10%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）要求垃圾發(fā)電廠煙氣中的氮氧化物排放達(dá)到250 mg/Nm（日均值）以下，一線城市更是要求垃圾發(fā)電廠煙氣中的氮氧化物排放達(dá)到80 mg/Nm（日均值）以下。要達(dá)到以上要求，垃圾發(fā)電廠必須設(shè)置脫硝裝置。

目前垃圾發(fā)電廠常用的脫硝技術(shù)有選擇性非催化還原法（SNCR）和選擇性催化還原法（SCR）兩種。

與SCR相比，常規(guī)SNCR具有：不需要催化劑，舊設(shè)備改造少、占地面積小、建設(shè)周期短，投資運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，能使煙氣中NOx降低到200 mg/Nm（日均值）以下，滿足國(guó)標(biāo)和歐盟2010/75/EU標(biāo)準(zhǔn)要求。若要求更高，需要設(shè)置SCR脫硝裝置。

由于垃圾成分對(duì)催化劑影響的原因，垃圾焚燒廠SCR煙氣脫硝裝置不能像火電廠一樣將SCR設(shè)置在煙氣溫度350℃左右的煙氣區(qū)域，而需要設(shè)置在煙道尾部的低溫區(qū)（150℃左右），從150℃加熱至350℃經(jīng)濟(jì)成本代價(jià)太大，需要采用低溫催化劑。目前市場(chǎng)上成熟的低溫催化劑工作溫度區(qū)域位于180～230℃之間，而且低溫催化劑成本很高，垃圾焚燒廠采用SCR裝置由于需要將煙氣溫度提高以及采用成本很高的低溫催化劑，這會(huì)導(dǎo)致投資和運(yùn)行成本大幅增加，因此研究高效SNCR很有必要。

2.SNCR脫硝效率影響因素

研究表明，影響SNCR脫硝效率的影響因素有很多，主要有反應(yīng)溫度、NH/NOx摩爾比、還原劑種類、煙氣中含氧量等。

研究表明，NH還原NO的反應(yīng)只能在一定溫區(qū)內(nèi)才能以一個(gè)合適的速率進(jìn)行，我們稱這個(gè)溫度范圍為SNCR的反應(yīng)“溫度窗口”。雖然很多因素會(huì)影響溫度窗口的范圍和最佳反應(yīng)溫度，但一般認(rèn)為大致在871℃～1034℃。

3.高效SNCR脫硝技術(shù)特點(diǎn)

目前，垃圾焚燒行業(yè)SNCR工藝是根據(jù)某一工況余熱鍋爐沿第一煙道溫度場(chǎng)豎直分布情況，在適合脫硝反應(yīng)的“溫度窗口”標(biāo)高處設(shè)置固定的SNCR噴槍，通過此噴槍向煙氣中噴入還原劑，來脫除煙氣中的氮氧化物。但由于機(jī)組負(fù)荷發(fā)生變化，原噴槍設(shè)置處溫度與設(shè)計(jì)值會(huì)有較大偏差，SNCR的藥劑噴入高度不再是最佳反應(yīng)溫窗。此外，由于第一煙道寬度大，且爐排爐焚燒時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏燒現(xiàn)象，導(dǎo)致同一高度截面內(nèi)溫度不同。因此，現(xiàn)有的按照某一固定標(biāo)高投入整層噴槍的形式脫硝效率較低。

高效SNCR技術(shù)是將第一煙道沿豎直方向取3個(gè)標(biāo)高，每層標(biāo)高橫截面分成3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置若干支溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)量該區(qū)域溫度，然后取平均值作為該區(qū)域的溫度值，SNCR噴槍跟蹤該溫度值進(jìn)行投退。同時(shí)根據(jù)區(qū)域大小不同設(shè)置噴槍數(shù)量，便于噴射的還原劑盡快覆蓋整個(gè)煙道。

4.系統(tǒng)介紹

4.1 系統(tǒng)設(shè)置

本項(xiàng)目在某2×600t/d垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的2號(hào)線上進(jìn)行，在2號(hào)余熱鍋爐第一煙道25.6m、28.8m、31.85m布置三層噴槍，并在22.4m預(yù)留孔位。每層左右兩側(cè)各布置1支噴槍，前墻布置5支噴槍，左右兩側(cè)各布置2個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，前墻布置4個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。具體如下圖所示：

每層中間區(qū)域噴槍3.2a、3.2b、3.2c跟蹤溫度測(cè)量裝置2.2a、2.2b、2.2c、2.2d測(cè)得溫度的平均值，當(dāng)某層中間區(qū)域溫度均值與其他層中間區(qū)域溫度均值相比更接近最佳反應(yīng)溫度，則該層噴槍3.2a、3.2b、3.2c投入使用，其他層噴槍3.2a、3.2b、3.2c退出。

每層左側(cè)區(qū)域噴槍3.1a、3.1b跟蹤溫度測(cè)量裝置2.1a、2.1b測(cè)得溫度的平均值，當(dāng)某層左側(cè)區(qū)域溫度均值與其他層左側(cè)區(qū)域溫度均值相比更接近最佳反應(yīng)溫度，則該層噴槍3.1a和3.1b投入使用，其他層噴槍3.1a和3.1b退出。

每層右側(cè)區(qū)域噴槍3.3a、3.3b跟蹤溫度測(cè)量裝置2.3a、2.3b測(cè)得溫度的平均值，當(dāng)某層右側(cè)區(qū)域溫度均值與其他層右側(cè)區(qū)域溫度均值相比更接近最佳反應(yīng)溫度，則該層噴槍3.3a和3.3b投入使用，其他層噴槍3.3a和3.3b退出。

4.2 系統(tǒng)設(shè)備

系統(tǒng)包括氨水溶液和軟水混合分配單元、還原劑噴射系統(tǒng)、壓縮空氣分配單元、其他配件及備品備件，并將系統(tǒng)控制接入DCS，可實(shí)現(xiàn)對(duì)SNCR系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控及監(jiān)控。

5.試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析

5.1 固定2號(hào)爐噴槍試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

為減少變量，我們第一次對(duì)比在2號(hào)爐上進(jìn)行，對(duì)比工況分別為SNCR噴槍投自動(dòng)、SNCR噴槍退自動(dòng)固定投噴，并選取1號(hào)線單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充對(duì)比。

由于流量計(jì)顯示值波動(dòng)太大，故選取氨水儲(chǔ)罐液位作為氨水耗量的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，每次數(shù)據(jù)采集都在只有一條線單獨(dú)運(yùn)行的時(shí)候進(jìn)行。

通過上表可知：

（1）1號(hào)線的煙氣量均值小于2號(hào)線，理論上氨水耗量與煙氣量是成線性關(guān)系的。所以我們以1號(hào)線為基準(zhǔn)，對(duì)2號(hào)線的兩種試驗(yàn)工況氨水耗量進(jìn)行了折算，具體結(jié)果如下：

2號(hào)爐固定噴槍氨水折算量與實(shí)際統(tǒng)計(jì)量相差不大（僅為4.6%），但噴槍投自動(dòng)的氨水折算量與實(shí)際統(tǒng)計(jì)量相差較大（高達(dá)39.4%），因此2號(hào)爐噴槍投自動(dòng)工況下實(shí)際統(tǒng)計(jì)的氨水耗量可靠性較差。

（2）假設(shè)同體積煙氣中的氮氧化物含量相同，忽略其他影響因素，我們以1號(hào)線為基準(zhǔn)，利用煙氣量對(duì)2號(hào)線的兩種試驗(yàn)工況氮氧化物排放濃度進(jìn)行了折算，具體結(jié)果如下：

在上述假設(shè)條件下，三個(gè)試驗(yàn)的NOx排放濃度均相差不大，噴槍投自動(dòng)的SNCR脫硝方式效率未體現(xiàn)出優(yōu)越性。此外，單純對(duì)比2號(hào)爐噴槍投自動(dòng)和不投自動(dòng)兩種情況下的NOx排放濃度也相差不大（分別為165.47mg/Nm和164.23mg/Nm），噴槍投自動(dòng)的SNCR脫硝方式效率也未體現(xiàn)出優(yōu)越性。

5.2 1～9月歷史數(shù)據(jù)對(duì)比

由于上一組對(duì)比試驗(yàn)中出現(xiàn)了氨水耗量統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確的可能性，我們調(diào)取了進(jìn)行試驗(yàn)的生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目?jī)蓷l焚燒線1～8月的歷史數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見下表：

根據(jù)理論計(jì)算和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們判斷上表中2號(hào)爐4月、5月、6月氨水耗量臺(tái)賬記錄數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，故不對(duì)以上幾個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

通過上表可知，1～8月期間，雖然每月各條線的氨水耗量不同，但同一個(gè)月度中2號(hào)爐噸垃圾氨水耗量均略高于1號(hào)爐，其中1月份和3月份2號(hào)爐噸垃圾氨水耗量比1號(hào)爐耗量分別高25.26%和17.54%，7月份和8月份兩臺(tái)爐噸垃圾氨水耗量偏差較小，均在3%以內(nèi)。同時(shí)，在有數(shù)據(jù)可查的7月和8月中，2號(hào)爐的氮氧化物排放濃度略低于1號(hào)爐，但偏差較小，均在3%以內(nèi)。

由此可見，通過長(zhǎng)時(shí)間對(duì)比1號(hào)爐和2號(hào)爐SNCR投自動(dòng)工況下的數(shù)據(jù)，2號(hào)爐的SNCR自動(dòng)控制運(yùn)行方式并未體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

通過以上對(duì)比，我們初步認(rèn)定在現(xiàn)有試驗(yàn)條件下，根據(jù)目前采集到的數(shù)據(jù)，2號(hào)爐SNCR采用新的控制方式并未體現(xiàn)出優(yōu)越性?？赡艿脑蛴幸韵聨c(diǎn)：

（1）2號(hào)爐SNCR系統(tǒng)新的自動(dòng)控制方式的核心控制參數(shù)為對(duì)應(yīng)區(qū)域的平均溫度值，自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的溫度數(shù)據(jù)可能與該區(qū)域溫度的真實(shí)值仍有一定的偏差。

（2）由于不同層高、同一層高的不同區(qū)域沒有物理隔斷，所以還原劑噴入爐膛后，可能擴(kuò)散至其他區(qū)域，導(dǎo)致部分還原劑未全部在設(shè)計(jì)反應(yīng)區(qū)域內(nèi)反應(yīng)。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)介紹的SNCR反應(yīng)原理，部分還原劑進(jìn)入其他區(qū)域，可能發(fā)生氮氧化物的生成反應(yīng)。

（3）SNCR脫硝反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，影響因素眾多，與反應(yīng)溫度、NH3/NOx摩爾比、還原劑種類、煙氣中含氧量等都有關(guān)系。雖然溫度是其中重要的影響因素，但在新的控制方式下，由于還原劑噴入不同層、不同區(qū)域，可能導(dǎo)致某種程度上削弱了溫度對(duì)反應(yīng)效果的影響力。

6.結(jié)論

我們認(rèn)為如果新建項(xiàng)目投產(chǎn)后的實(shí)際垃圾熱值與設(shè)計(jì)垃圾熱值基本一致，且項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行過程中垃圾熱值穩(wěn)定，運(yùn)行工況無大幅波動(dòng)，那么根據(jù)余熱鍋爐第一煙道溫度分布情況，固定投噴在最佳反應(yīng)溫窗布置的SNCR噴槍，它的脫硝效率是最高的，其他任何形式的SNCR投噴方式的脫硝效果都不會(huì)超過它。

本次試驗(yàn)的新型SNCR運(yùn)行方式，暫未體現(xiàn)出其相較于傳統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)越性，但考慮到新型SNCR運(yùn)行方式中諸多控制變量的測(cè)定值與實(shí)際值一致性存在不確定性，建議修改噴槍切換溫度等設(shè)定值，進(jìn)行長(zhǎng)期觀察試驗(yàn)，以獲得更多且更準(zhǔn)確的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃霞，劉輝，吳少華.選擇性催化還原（SNCR）技術(shù)及其應(yīng)用前景[J].電站系統(tǒng)工程，2008，24（1）：12～14.

[2]盧志民.SNCR反應(yīng)機(jī)理及混合特性研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[3]梁麗麗.垃圾焚燒發(fā)電煙氣中NOx污染控制技術(shù)綜述[J].環(huán)境工程，2017，35（2）：64～66.

[4]胡利華，楊姝.SNCR脫硝技術(shù)在垃圾焚燒發(fā)電廠應(yīng)用效率分析[J].科技通報(bào)，2015，31（2）：61～63.