#5垃圾焚燒鍋爐煙氣再循環風機改造經濟性分析

鄭州東興環保能源有限公司 景玉博 姚喜恩 劉紅松 李向東

某能源公司選用6×700t/d 的垃圾焚燒爐，配備3×30MW 汽輪發電機組，日處理生活垃圾量4200t/d。#1～#6爐自2019年10月投產以來，#5爐NOx偏高。引風機出口煙氣量為125000Nm3/h，溫度為180～190℃左右，排煙溫度較高，大量熱煙氣通過煙囪排入大氣，不僅降低鍋爐運行效率，而且造成大量排煙損失。鍋爐二次風吸風口原設計取自推料小車后側，經過機側一抽蒸汽預熱，噴入焚燒爐前后拱位置，二次風作為助燃風，區域內易形成富氧燃燒，爐內局部溫度相對較高，超過垃圾灰熔點，結焦加劇，同時富氧環境造成熱力型NOx 生成增加，尿素耗量增加，脫硝成本提高。

查詢文獻煙氣再循環技術在國內垃圾焚燒電廠已有成功運營案例。學者張衛[1]研究認為在實際運行中采用煙氣再循環能改善爐膛煙氣混合，加強了煙氣湍流，爐膛燃燒溫度分布均勻，同時控制了火焰溫度。有效控制爐膛溫度水平，抑制或防止爐膛結焦。學者劉露[2]研究認為煙氣再循環可協同SNCR 等燃燒后，處理脫硝工藝進一步降低NOx 污染物的排放，同時可增加鍋爐蒸發量。

1 #5爐煙氣再循環風機系統改造概況

原設計沒有煙氣再循環系統，2022年2月至2022年8月先對#5爐進行技改，技改部分如圖1標注紅顏色部分，技改中增加#5爐煙氣再循環風機從引風機出口取出一根DN600管子抽取煙氣，如圖2所示位置。沿SCR 底部鋼架至煙氣再循環風機入口，采用等徑三通接入煙氣再循環風機入口管路，在除塵器入口門位置的預熱管路上采用等徑三通引出一根DN600管子，沿脫酸塔鋼架繞行至余熱爐省煤器下部鋼架，再沿鋼架向爐前至二次風機和入口門之間位置，采用三通接入管道，送至二次風機入口，如圖3所示位置。

圖1 煙氣再循環風機改造示意圖

圖2 煙氣再循環風機入口管道從引風機出口引管位置

圖3 煙氣再循環出口管道接入二次風機入口位置

圖4 煙氣再循環風機就地設備

圖5 煙氣再循環風機改造后DCS 控制畫面

沿途設置膨脹節六處，用于抵消管路系統熱膨脹；在煙氣取出管上設置手動關斷閥1臺，氣動關斷閥1臺，電動調節閥1臺，用于調節抽取煙氣量；在煙氣再循環風機位置設置旁路，手動關斷蝶閥3臺，用于切換煙氣再循環風機投退。

2 二種典型運行工況經濟性分析

學者龍吉生等[3]研究認為入爐垃圾低位熱值（Lower Heat Value，LHV）高于7953kJ/kg 時運用煙氣再循環，為滿足爐膛溫度達850℃以上要求，再循環煙氣比例控制在15%～20%最佳。

2023年4月12日，某公司取樣濕基入爐垃圾低位熱值LHV 為11720kJ/kg。#5爐2023年3月開始投入煙氣再循環，再循環煙氣比例控制在15%～20%，均滿足試運行理論條件。

工況一退出稀釋風加熱器和SCR 尿素噴槍，僅靠SNCR 和煙氣再循環控制NOx 排放參數。4月開始在工況二下運行，保持稀釋風加熱器，通過調整稀釋風加熱器溫度和稀釋風量，提高加熱器出口溫度至470℃，加大SCR 尿素噴入量，逐步減少SNCR 尿素噴入量。二次風加熱抽汽來自#1～#3汽輪機一抽抽汽母管，兩種工況均推出二次風抽汽加熱系統。兩種工況統計經濟參數整理數據后見表1。

表1 兩種典型工況經濟參數對比

由表1可知，工況一退出SCR 稀釋風加熱器折算節約日用電量2712.48kWh，引風機折算節約日用電量632.60kWh，二次風機折算增加日用電量474.88kWh，廠用電量折算日節約電量：2712.48+632.60-474.88=2870.20kWh，按照鄭州當地上網電價0.3779元/kWh 折算提高日營收1084.65元。尿素消耗量日均減少量265.02kg，按照采購價2825元/t 折算提高日營收748.68元。加熱用一抽抽汽日節約蒸汽量14.40t，一抽蒸汽設計壓力1.0MPa，一抽抽汽設計溫度270℃，焓值2987kJ/kg，排汽焓值2269kJ/kg，焓降2987-2269=718kJ/kg。汽輪機進汽壓力3.9MPa，進汽溫度390℃，焓值3203kJ/kg，焓降3203-2269=934kJ/kg。

按照某發電廠汽耗率4.6kg/kWh 計算，一抽蒸汽折算發電量：14.4×1000×718÷934÷4.6=2406kWh，按照鄭州當地上網電價0.3779元/kWh 折算提高日營收：2406×0.3779=909元。工況一從廠用電量、尿素使用量、一抽抽汽用量三項主要經濟參數分析折算提高日營收2742.33元，投資回收周期164天，年收益按照設備年運行8000h 折算年增加營收913195.89元。

工況二SCR 稀釋風加熱器正常運行，不節約用電量。引風機折算節約日用電量632.60kWh，二次風機折算增加日用電量474.88kWh，廠用電量折算日節約電量：632.60-474.88=157.72kWh，按照鄭州當地上網電價0.3779元/kWh 折算提高日營收59.60元。尿素消耗量日均減少量382.84kg，按照采購價2825元/t 折算提高日營收1081.52元。一抽蒸汽同上。工況二從廠用電量、尿素使用量、一抽抽汽用量三項主要經濟參數分析折算提高日營收2050.12元，投資回收周期219天，年收益按照設備年運行8000h 折算年增加營收682689.96元。

3 投運前后主要煙氣污染物變化分析

3.1 投運前后兩種典型運行工況下主要煙氣污染物濃度變化趨勢分析

煙氣再循環風機系統投運后，主要對#5爐NOx排放、氨逃逸、氧含量和一氧化碳影響較大。通過某公司重點排污單位自動監控與基礎數據庫系統（以下簡稱“企業端”），統計2022年12月投運前#5爐NOx 排放、氨逃逸、氧含量和一氧化碳月數據的日均值。統計2023年3月工況一月數據的日均值，2023年4月工況二月數據的日均值，整理出趨勢圖6。

圖6 #5爐環保參數日均值變化趨勢圖

由圖6環保參數日均值變化趨勢圖可知，#5爐煙氣再循環風機系統投運后與工況一相比NOx日均值下降了0.97mg/m3；氨逃逸下降了1.66mg/m3；氧量下降了0.89%，一氧化碳上升了1.57mg/m3；與工況二相比NOx日均值下降了4.56mg/m3；氨逃逸下降了0.97mg/m3；氧量下降了2%，一氧化碳上升了3.27mg/m。#5爐煙氣再循環風機改造后，一氧化碳工況一和工況二均顯示上升趨勢，運行人員調整煙氣再循環時，嚴密監視氧量和一氧化碳變化情況，及時采取有效措施，預防一氧化碳小時均值超限。

3.2 投運前后主要煙氣污染物排放量變化

一是主要煙氣污染物排放量按照CEMS 上傳企業端數據折算值上報生態環境局，主要包含顆粒物、二氧化硫、氮氧化物三項污染物折算后排放量之和。二是統計企業端#5爐煙氣再循環風機改造前2022年4～5月#5爐煙氣污染物日均總排放量236.6kg，改造投運后2023年4～5月#5爐煙氣污染物日均總排放量221.84kg，日均排放總量減少14.76kg，環比減少6.23%。三是按照#5爐煙氣再循環風機年運行8000h折算，設備全年運行333天，#5爐年污染物減排量4.92t。

4 #5爐改造前后爐膛溫度變化影響分析

一是統計企業端#5爐煙氣再循環風機改造前，2022年4～5月上傳企業端爐膛溫度5min 均值的平均值為985.8℃；改造投運后2023年4～5月上傳爐膛溫度企業端5min 均值的平均值為967.6℃。文獻[4]研究表明垃圾焚燒過程中NOx 生成主要分為熱力型、瞬時型和燃料型NOx 三種類型，1300℃以下熱力型NOx 生成量影響可以忽略。改造前后爐膛溫度5min平均值都在1300℃以下，熱力型NOx 生成量影響可以忽略。瞬時型NOx 分解需要的溫度高于常規的爐膛溫度，所以改造后瞬時型NOx 生成量影響較小。

二是改造后主要受到燃料型NOx 影響最大。由#5爐煙氣再循環風機改造后氧量變化趨勢從圖7可知，工況一氧量下降了0.89%，工況二氧量下降了2%，氧量的減少，減低了爐膛中燃料燃燒的劇烈程度，降低了燃料型NOx 的生成。

5 結論

一是#5爐煙氣再循環風機系統改造后，降低燃料型NOx 生成量，減少尿素使用量，提高營收，從經濟性分析，工況一年增加營收913195.89元，投資回收周期164天；工況二年增加營收682689.96元，投資回收周期219天；工況一優于工況二。

二是#5爐煙氣再循環風機系統改造后，NOx 排放變化趨勢分析，工況二NOx日均值64mg/m3優于工況一日均值67.59mg/m3；從氨逃逸變化趨勢分析，工況一氨逃逸日均值0.21mg/m3優于工況二日均值0.9mg/m3；工況二氧量7.79%優于工況一氧量8.9%；工況一一氧化碳日均值1.9mg/m3優于工況二日均值3.6mg/m3。

三是#5爐煙氣再循環風機系統改造后，NOx、一氧化碳、氨逃逸日均值均滿足國標[4]和鄭州本地環保限值。

四是#5爐煙氣再循環風機系統改造三項污染物排放量日均排放總量減少14.76kg，環比減少6.23%，#5爐年污染物減排量4.92t。

五是#5爐煙氣再循環風機系統改造后爐膛5min均值同比減少18.2℃，有助于控制爐膛煙溫，避免溫度過高，減緩爐內結焦，有利于鍋爐受熱面安全穩定運行。

六是綜合經濟性和環保要求，#5爐煙氣再循環風機系統改造后工況一優于工況二。