生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝選擇分析

王琦禎

（廈門佰瑞福環保科技有限公司上海分公司，上海 200092）

0 引言

生活垃圾焚燒煙氣脫硝環節常常被專家學者認定為具有復雜性和系統性兩個鮮明的特征，生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝的廣泛應用能夠促使人居環境得以優化，確保居民的生產生活不會受到生活垃圾以及生活垃圾焚燒煙氣所影響。當前國內生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝主要有SNCR（選擇性非催化還原）和SCR（選擇性催化還原）兩種，這兩種生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝隨著我國垃圾焚燒行業的快速發展，不斷被廣泛應用，為國內生活垃圾凈化處理提供了保障。隨著國內生活垃圾焚燒相關行業的發展，生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝技術也逐步從青澀走向成熟，被越來越多的生活垃圾焚燒企業所廣泛應用，尤其是聯合工藝的應用，通過將兩個生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝分段使用或聯合應用，使得生活垃圾焚燒煙氣脫硝效率大幅提升，規避了單個脫硝工藝應用過程中存在的顯著弊端，使得生活垃圾凈化處理工作更上一層樓。但生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝的應用應充分結合實際，合理進行工藝選擇，以確保生活垃圾焚燒煙氣脫硝工作的開展能夠發揮實效，并使成本得到有效控制。

1 生活垃圾焚燒常見的脫硝工藝

生活垃圾焚燒煙氣中的氮氧化物處理通常在燃燒中或燃燒后兩個階段進行處理，燃燒中選擇向高溫爐膛內噴入氨基還原劑在無催化劑條件下反應，去除氮氧化物，也就是SNCR 脫銷工藝；燃燒后的脫硝處理一般也稱為煙氣脫銷技術，通過中低溫反應溫度，在催化劑的作用下，使用氨基還原氮氧化物，以達到去除氮氧化物的目的，兩種方式在工程上均有較為成熟的應用。

1.1 SNCR 脫硝工藝

SNCR 脫硝工藝即選擇性非催化還原技術，顧名思義，SNCR 脫硝工藝的應用原理是在不使用任何催化劑的前提下，在生活垃圾焚燒爐爐膛內部或者在旋風分離筒入口處選擇合適的位置，進行氨基還原劑的噴入，使得氨基還原劑能夠在生活垃圾焚燒煙氣產生或排放前，發生反應，轉化為氮氣和水，從而實現降低生活垃圾焚燒煙氣排放的作用。從原理上講，在SNCR 系統運行正常的情況下，SNCR 脫硝工藝能夠在噴氨量符合條件要求的前提下，實現90%以上的脫硝效率，然而，在SNCR 系統實際運行過程中，卻往往受到生活垃圾焚燒爐爐膛內溫度分布、負荷波動以及還原劑與煙氣混合情況等諸多外部因素的影響，如生活垃圾焚燒爐爐膛內存在溫度分布不均或者所選用的還原劑無法與生活垃圾焚燒煙氣充分混合等問題，使得SNCR 脫硝系統的運行效率遠遠達不到預期的90%以上，SNCR 脫硝系統在運行當中，當氨逃逸控制在8 mg/m3以內時，SNCR 脫硝系統的實際脫硝率僅有40%～60%，與預期的90%以上相差甚遠。

1.2 SCR 脫硝工藝

SCR 脫硝工藝即選擇性催化還原脫硝技術，是當前生活垃圾焚燒煙氣脫硝處理工藝中較為常見的一種，在國內生活垃圾焚燒行業被廣泛應用。SCR 煙氣脫硝工藝是一種爐后脫硝處理方法，在當前國內發展已經相對成熟。SCR 煙氣脫硝的工作原理是對溫度進行控制，使SCR 系統溫度保持在170～350 ℃之間，并利用催化劑影響作用，結合還原劑NH3的使用，將生活垃圾焚燒煙氣中的氮氧化合物轉化為氮氣和水，需要注意的是，還原劑NH3的使用應進行濃度控制，使其符合SCR 脫硝工藝的應用條件。此外，由于垃圾焚燒廠區空氣環境惡劣，焚燒的生活垃圾種類繁多，使得生活垃圾焚燒廠區內煙氣的成分相對復雜，粉塵、酸性氣體濃度、水含量、重金屬、二噁英等均會對催化器的活性產生影響；如果不及時對空氣中以及廠區內部的污染物進行處理，將會在很大程度上降低催化劑的使用壽命，甚至會影響SCR 脫硝系統的正常使用，因此，生活垃圾焚燒企業往往會慎重選擇SCR 系統的布置位置，通常情況下為保證其不受到復雜煙氣以及灰塵的影響，會選擇布置在袋式除塵器后端。

1.3 PNCR 脫硝系統

PNCR 脫硝系統即高分子選擇性脫硝，是我國當前生活垃圾焚燒行業中應用最為廣泛，也最符合生活垃圾焚燒行業現代化發展趨勢的工藝，其應用為國內實現生活垃圾焚燒煙氣脫硝提標，以及為實現生活垃圾焚燒煙氣脫硝效率提升提供了新的解決方向。脫硝劑是PNCR 脫硝技術工藝的核心，高分子選擇性脫硝技術工藝的原理是氣力輸送原理，PNCR 系統所采用的脫硝劑多是以粉末狀為主，PNCR 在下料的過程中采用負壓進行，而輸送過程中則采用正壓進行，通過這種方式，以及風機的作用，實現脫硝劑從儲料倉到生活垃圾焚燒爐爐膛內的輸送，并確保脫硝劑抵達最佳反應溫區，且粉末材質的脫硝劑噴入生活垃圾焚燒爐爐膛內的溫度窗口應控制在800～900 ℃，使氨基和高分子連接的化學鏈在高溫的條件下發生斷裂，進而使得較多的含氨自由基被釋放出來，促使氨基與生活垃圾焚燒煙氣中的氮氧混合氣體發生反映，達到生活垃圾焚燒煙氣脫硝的目的。通常情況下，PNCR 脫硝系統的脫硝效率能夠達到80%左右。

PNCR 是一種高效的脫銷技術，但存在堵系統容易堵塞、關鍵部位，例如管道、噴槍等容易故障，所以在PNCR 系統的設計中，系統的穩定運行最為重要。

1.4 聯合脫硝技術

SNCR 脫硝工藝與SCR 脫硝工藝相結合的聯合脫硝技術，是當前國內氮氧混合氣體超低排放項目中被運用的相對較多的工藝之一，其主要原理是先利用SNCR 系統將生活垃圾焚燒爐爐內的部分氮氧混合氣體脫除，然后再利用SCR 系統進行進一步的脫硝，SNCR 脫硝工藝和SCR 脫硝工藝的結合，具有系統運行穩定的優勢特征，使得其在生活垃圾焚燒行業內得以廣泛應用。SNCR 脫硝工藝與PNCR 脫硝工藝相結合的聯合脫硝技術，也是當前國內生活垃圾焚燒煙氣脫硝的一種工藝，已經在國內有所應用，其應用原理是使SNCR 脫硝工藝與PNCR 脫硝工藝在生活垃圾焚燒爐爐內完成兩級脫硝，從當前SNCR 脫硝與PNCR 脫硝兩種工藝聯合脫硝技術的應用情況來看，這對組合在生活垃圾焚燒煙氣脫硝過程中具有工藝穩定性差的特征。

2 常見脫硝工藝的比較

常見的生活垃圾焚燒煙氣脫硝技術有SNCR（選擇性非催化還原技術）、SCR（選擇性催化還原脫硝技術）、PNCR（高分子選擇性脫硝）、SNCR（選擇性非催化還原技術）+SCR（選擇性催化還原脫硝技術）以及SNCR（選擇性非催化還原技術）+PNCR（高分子選擇性脫硝），各項脫硝工藝均具有其優勢和劣勢，生活垃圾焚燒企業在進行脫硝工藝選擇時應充分考慮實際情況，根據需求選擇合適的脫硝工藝。

1）SNCR 脫硝工藝。SNCR 脫硝工藝相較于其他脫硝工藝具有投資建設成本以及整體運行成本低的優勢特征，SNCR 系統不需要催化器可直接通過鍋爐噴槍直接注入含氨基還原劑且系統運行穩定性較強。但由于SNCR 工藝受外部環境及外部條件的影響較強，使得SNCR 工藝的脫硝效率通常呈現出偏低的狀態，且氨逃逸較高，運用SNCR 工藝進行生活垃圾焚燒氣體脫硝工作，往往會導致氮氧混合氣體排放無法達到相關標準的要求[1]。在控制較低的氮氧化物排放濃度的狀況下，經濟效益并不高，但由于工藝成熟、系統穩定，仍然在絕大部分項目中均有應用。

2）SCR 脫硝工藝。SCR 脫硝工藝相較SNCR 脫硝工藝而言，其脫硝效率較高，且氨逃逸少，運用SCR脫硝工藝進行生活垃圾焚燒煙氣脫硝處理，能夠遠超于相關排放標準的要求[2]。同時，還具有SNCR 脫硝工藝穩定性強的優勢特征，但SCR 脫硝工藝的缺點也相對明顯，主要表現為兩個方面：一方面，SCR 脫硝系統的投資成本以及投入使用后的運行成本相對較高，使得生活垃圾的銷毀成本大幅提升；另一方面，SCR 脫硝系統在進行生活垃圾焚燒過程中，所產生的粉塵中往往會含有較多的堿金屬，會對SCR 催化劑造成負面影響，甚至造成其使用壽命的降低，為改善這一問題，生活垃圾焚燒企業在進行系統布置時，會選擇袋式除塵器后面，這也對低溫催化劑以及煙氣加熱設備提出了要求，導致SCR 脫硝系統整體投資及運行成本大大增加[3]。綜合考慮經濟型，一般垃圾焚燒的煙氣處理通常選用中低溫（180～230 ℃）的SCR催化劑，在這個溫度段的SCR 催化劑多用V2O5作為活性成分，在應用上會在前段工藝進行脫除酸性氣體、粉塵以及其他污染物的措施。SCR 脫銷系統單獨運行時，也可以達到較高的脫銷效率，但是需要更多的催化劑用量，所以工程上一般不會選擇單獨的SCR作為脫銷路線，常會將SCR 脫銷工藝與SNCR 工藝或PNCR 工藝進行結合使用。

3）PNCR 脫硝工藝。PNCR 脫硝工藝相較于SNCR脫硝工藝具有投資費用低，不存在增加系統壓力損失、氨逃逸率低等優勢，且PNCR 系統設備并不會占用較大土地面積，所采用的脫硝劑為固體顆粒，易儲存、安全性較高。在系統工藝路線上也相對簡單，易于自動化控制，并具有脫硝效率高的優點，經濟性較好。同時，PNCR 脫硝工藝還克服了SCR 脫硝工藝煙氣中含有堿金屬的問題。所以在越來越多的項目上逐步開始工程應用。

SCR 與SNCR 聯合脫硝工藝，在生活垃圾焚燒煙氣脫硝效率方面具有較強的優勢，但是相對SNCR 脫硝工藝由于增設的SCR 工藝會增加項目建設成本和運行成本，所以在《GB18485—2014 排放標準》要求下，通常選用SNCR 脫硝工藝即可滿足要求，在更低的地方標準或者環評批復更低排放要求的條件下，SNCR+SCR 工藝既兼顧了氮氧化物超低達標排放的要求，又在經濟性上節約了項目總投資及運行成本，而使得此種工藝在超低排放的項目應用中備受青睞。

SNCR 與PNCR 聯合脫硝工藝，均在在爐膛內噴入氨基還原劑進行脫銷，兩種方法選取的溫度區間基本一致，雖然脫硝效率較高，但其投資和運行成本并不占主要優勢，且具有較強的不穩定性，因此，SNCR與PNCR 聯合脫硝工藝在諸多脫硝工藝逐步走向技術成熟的背景下，在生活垃圾焚燒行業市場中很難占據優勢地位，需要不斷進行技術優化，以提升其穩定性。

3 結語

本文對當前國內應用相對較多，技術相對成熟的生活垃圾焚燒煙氣脫硝技術工藝進行闡述，并對比各項工藝技術的優勢以及存在的不足，認為對生活垃圾焚燒煙氣脫硝技術的選擇應該從自身實際出發，從氮氧化物原始濃度、工藝溫度、排放要求等多方面綜合考慮。

在應用上目前多采用SNCR 或者PNCR 脫硝工藝，但如煙氣排放標準要求較高且生產規模加大，營業利潤較高的企業，特別是沿海地區以及海南地區由于逐年排放標準的不斷提高，在新建項目上多選擇脫硝效率較高的SCR 與SNCR 聯合脫硝工藝。總之，對生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝的選擇應充分結合生產實際，考慮經濟、技術以及環保要求等諸多外部因素，選擇符合自身實際脫硝技術的同時，也應對成本進行控制。