新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造應(yīng)用及分析

摘要：詳細(xì)描述了新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案，并以兩個典型750 t/d生活垃圾焚燒爐煙氣再循環(huán)改造實例為依托，分析新型煙氣再循環(huán)方案在應(yīng)用中的具體表現(xiàn)。新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案與常規(guī)方案相比，具有避免管道腐蝕、延長設(shè)備使用壽命以及降低一氧化碳波動的優(yōu)點。分析數(shù)據(jù)得出：河南省某項目氨水耗量節(jié)省14%～31%；江蘇省某項目最多可以降低尿素單耗41%。通過核算額定負(fù)荷運行成本，新型再循環(huán)最多可節(jié)省年運行成本78.1萬元。

關(guān)鍵詞：煙氣再循環(huán)；技術(shù)改造；CO；NOx；經(jīng)濟(jì)性

中圖分類號：X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）03-00-04

Application and Analysis of New-Type Flue Gas

Recirculation Technology

XU Gang， WANG Jin， WANG Peili， ZHU Zhenzhen， XU Yuhao

（Everbright Environtech （China） Co.， Ltd.， Nanjing 211100， China）

Abstract： A detailed description of the new flue gas recirculation technology renovation plan was provided， and based on two typical 750 t/d municipal solid waste incinerator flue gas recirculation renovation examples， the specific performance of the new flue gas recirculation plan in application was analyzed. Compared with conventional solutions， the new flue gas recirculation technology renovation plan has the advantages of avoiding pipeline corrosion， extending equipment service life， and reducing carbon monoxide fluctuations. Analysis of data shows that a project in Henan province has saved 14% to 31% in ammonia water consumption; a project in Jiangsu province can reduce urea consumption by up to 41%. By calculating the operating cost at rated load， the new recycling system can save up to 781 000 yuan in annual operating costs.

Keywords： flue gas recirculation; technological transformation; CO; NOx; economy

近年來，垃圾焚燒行業(yè)污染物排放問題受到社會的普遍關(guān)注，各地區(qū)相應(yīng)出臺了更嚴(yán)格的垃圾焚燒行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[1]。污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的提高削減了垃圾焚燒企業(yè)的利潤，因此如何在排放要求日趨嚴(yán)格的行業(yè)趨勢下降低運行成本，是現(xiàn)有垃圾焚燒電廠需要急需解決的難題。

煙氣再循環(huán)技術(shù)具有系統(tǒng)簡單、運行成本低、脫硝效果顯著等特點，運用得當(dāng)不僅可以帶來環(huán)境效益，還可以節(jié)省投資、降低運行成本、提高爐膛燃燒效率[2-3]。陸燕寧等[4]的計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）數(shù)值模擬結(jié)果顯示，采用煙氣再循環(huán)技術(shù)時NOx排放濃度可以比無煙氣再循環(huán)減少32.1%。劉洪福等[5]設(shè)計了一種選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）-煙氣再循環(huán)混合應(yīng)用技術(shù)，結(jié)果顯示新型預(yù)混技術(shù)的脫硝效率為52.2%，優(yōu)于獨立運行工況。本研究基于垃圾焚燒發(fā)電廠新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造實際案例，討論煙氣再循環(huán)改造方案及其應(yīng)用效果。

1 煙氣再循環(huán)改造

1.1 改造項目概況

以兩個750 t/d生活垃圾電廠改造運行項目為例，分析新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案對煙氣污染物排放、鍋爐運行及其經(jīng)濟(jì)性的影響。一個項目位于江蘇省，主蒸汽參數(shù)為4 MPa/400 ℃，額定蒸發(fā)量為73 t/h，焚燒爐入爐垃圾熱值為8 786 kJ/kg；另一個項目位于河南省，主蒸汽參數(shù)為6.4 MPa/450 ℃，額定蒸發(fā)量為64 t/h，焚燒爐入爐垃圾熱值為7 950 kJ/kg。

1.2 煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案

現(xiàn)有的改造方案如下：垃圾焚燒再循環(huán)方案多將引風(fēng)機(jī)之后的煙氣作為再循環(huán)煙氣抽取，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)將再循環(huán)煙氣完全取代二次風(fēng)送入爐膛，為鍋爐供風(fēng)燃燒。該方案實現(xiàn)了將尾部的低氧煙氣返回鍋爐的目的。但實際運行中發(fā)現(xiàn)，該方案存在燃燒過程缺乏氧氣（O2）量控制手段的問題，鍋爐燃燒長期維持低氧工況易造成一氧化碳（CO）波動。針對現(xiàn)有方案出現(xiàn)的O2量控制手段不足問題，江蘇省某生活垃圾焚燒項目和河南省某生活垃圾焚燒項目采用新方案設(shè)計，在原煙氣凈化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加新型煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。

新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案如下：將引風(fēng)機(jī)后的煙氣通過原有二次風(fēng)機(jī)抽回，即利用原二次風(fēng)機(jī)作為再循環(huán)風(fēng)機(jī)使用，再循環(huán)煙氣從鍋爐前后墻噴入焚燒爐代替二次風(fēng)，通過電動閥門保證再循環(huán)管道獨立。從引風(fēng)機(jī)出口煙道開孔，增加再循環(huán)煙道，并在煙道上安裝電動調(diào)節(jié)閥。再循環(huán)煙氣量通過變頻調(diào)節(jié)，根據(jù)爐內(nèi)燃燒工況調(diào)節(jié)風(fēng)量。另外，為滿足爐內(nèi)CO調(diào)節(jié)需要，增加一套補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，從焚燒間抽取新鮮空氣，經(jīng)獨立風(fēng)機(jī)送入焚燒爐，入爐噴嘴位于再循環(huán)噴嘴略下方。補(bǔ)風(fēng)風(fēng)量根據(jù)鍋爐內(nèi)CO數(shù)值和O2量高低變頻調(diào)節(jié)，即只在爐內(nèi)需要新鮮空氣時才補(bǔ)風(fēng)，多數(shù)情況下，補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)處于低速運行狀態(tài)。

2 新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案對于CO的控制與調(diào)整

2.1 新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案的控制與調(diào)整

新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案運行中，再循環(huán)煙氣與補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)相互獨立運行，均具備獨立調(diào)節(jié)風(fēng)量的功能。控制通過分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System，DCS）接入中控室，實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線操控。該方案常規(guī)運行以再循環(huán)煙氣為主、補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)為輔，再循環(huán)風(fēng)機(jī)開度根據(jù)鍋爐氧量調(diào)節(jié)，但是維持一定開度，補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)開度根據(jù)鍋爐O2量與CO波動值雙重調(diào)節(jié)，但是常規(guī)保持在較低的開度。新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案的運行有以下幾個特點。

第一，維持鍋爐穩(wěn)定運行，再循環(huán)煙氣量一般在推薦的范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，以此保證再循環(huán)率達(dá)標(biāo)，確保低氮燃燒的效果。

第二，當(dāng)爐內(nèi)CO和O2量正常時，補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)低流量怠速運行，當(dāng)CO和O2量判定異常，則風(fēng)機(jī)開度動態(tài)調(diào)節(jié)。該方案保證再循環(huán)煙氣能長期投入使用，當(dāng)鍋爐燃燒不穩(wěn)定導(dǎo)致CO波動時，可以通過提高補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率，增加補(bǔ)風(fēng)風(fēng)量，保證鍋爐內(nèi)O2量充足，防止CO排放值超標(biāo)。而鍋爐O2量過大時，也可以通過降低補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)頻率，減少補(bǔ)風(fēng)風(fēng)量，從而降低鍋爐內(nèi)空氣的投入，降低O2含量，由此維持煙氣排放指標(biāo)在煙氣再循環(huán)工況下長期穩(wěn)定運行。

2.2 改造前后方案對CO的控制效果對比

在江蘇省某項目完成改造運行后，設(shè)計兩種工況，分別為投運再循環(huán)煙氣無補(bǔ)風(fēng)工況（記為A1）和既有再循環(huán)煙氣又有補(bǔ)風(fēng)工況（記為A2），將無煙氣再循環(huán)改造前運行數(shù)據(jù)作為參照組記為A0，每種工況運行時長均超過8 h，取試驗工況中數(shù)據(jù)的計算平均值。運行數(shù)據(jù)顯示，O2濃度均值從4.9%降至4.6%，CO濃度均值從2.5 mg/Nm3升至14.1 mg/Nm3，但是部分工況后來明顯從14.1 mg/Nm3降至5.3 mg/Nm3。

由此表明，再循環(huán)煙氣的增加，降低了鍋爐內(nèi)的O2含量，使得CO均值比無煙氣再循環(huán)工況有所增加，但是補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)增加以后CO均值能控制在較低范圍，且峰值強(qiáng)度與無補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的再循環(huán)相比，明顯減弱，說明補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)的加入使得鍋爐燃燒更穩(wěn)定。

3 煙氣再循環(huán)排放指標(biāo)及脫硝劑耗量對比

在河南省某項目進(jìn)行運行試驗，試驗期間維持鍋爐蒸發(fā)量穩(wěn)定，脫硝劑（氨水）投入量不變，對比不同再循環(huán)率條件下對氮氧化物排放、氨逃逸等指標(biāo)的影響。試驗5個工況再循環(huán)風(fēng)機(jī)開度為0%、25%、30%、40%、50%，換算為再循環(huán)率分別為0.00%、6.87%、8.25%、11.00%、13.75%，分別記為工況B0、工況B1、工況B2、工況B3、工況B4。綜合分析鍋爐燃燒及煙氣指標(biāo)，每個工況均維持在2 h以上，試驗在工況持續(xù)時間內(nèi)每隔一定時間統(tǒng)計一次各項參數(shù)，最后進(jìn)行算術(shù)平均作為此工況參數(shù)，統(tǒng)計參數(shù)包括煙氣排放指標(biāo)、氨水用量、氨逃逸數(shù)值等。

不同再循環(huán)工況下試驗運行的NOx值，在維持氮氧化物排放數(shù)值基本相同的情況下，5個工況對應(yīng)氨水耗量為158.9、130.0、136.3、121.7、110.1 L/h，氨水耗量明顯降低，再循環(huán)率為6.87%、8.25%、11.00%、13.75%時對應(yīng)氨水耗量分別節(jié)省18%、14%、23%和31%，明顯再循環(huán)率大于10%以后，不僅更易控制氮氧化物，而且更加節(jié)省氨水耗量。再循環(huán)率對再循環(huán)效果有重要影響，B1工況計算再循環(huán)率僅有6.87%，對比其他工況，再循環(huán)率較低時對控制氮氧化物的效果反而變差，因此再循環(huán)技術(shù)運行的再循環(huán)率需要維持在8%以上，這樣能有較好的控制氮氧化物的效果。

在江蘇省某項目完成改造的實施案例中，新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案連續(xù)運行3個月，運行期間再循環(huán)風(fēng)機(jī)開度維持在15%～25%，統(tǒng)計對比未投運再循環(huán)期間的平均數(shù)據(jù)，脫硝劑（尿素）消耗從122 kg/h降至71 kg/h，再循環(huán)的投入有效控制了氮氧化物的排放量，且尿素耗量節(jié)省41%。

4 煙氣再循環(huán)投入經(jīng)濟(jì)性對比

依據(jù)河南省某項目的運行工況，分析再循環(huán)投入的經(jīng)濟(jì)性。由于不同工況平均蒸發(fā)量不同，為便于對比，將年運行成本換算為額定負(fù)荷下年運行成本，計算公式為

（1）

式中：C為額定年運行成本，萬元/a；r為年風(fēng)機(jī)電耗，萬元/a；s為SNCR年運行成本，萬元/a；Q為平均主蒸汽流量，t/h；QR為額定主蒸汽流量，t/h。

江蘇省某項目改造前后額定負(fù)荷年運行成本變化如表1所示，河南某項目不同工況下額定負(fù)荷年運行成本變化如表2所示，由于新方案中再循環(huán)風(fēng)機(jī)使用原二次風(fēng)機(jī)代替，文中A0工況顯示功率為原二次風(fēng)機(jī)功率工況，年風(fēng)機(jī)電耗僅計算再循環(huán)風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)電耗。

改造后，風(fēng)機(jī)功率有所增加，提高了廠用電量，用電成本增加，但是通過補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)投入使用，保證焚燒過程氧量的穩(wěn)定，同時再循環(huán)改造節(jié)省了脫硝劑的使用量，最終帶來了經(jīng)濟(jì)效益。不同項目帶來的收益根據(jù)運行經(jīng)驗和運行能力有所不同，但采用尿素作為脫硝劑的項目額定年運行成本最多節(jié)約78.1萬元，采用氨水作為脫硝劑的項目額定年運行成本最多節(jié)約15.6萬元。

5 結(jié)論

現(xiàn)有生活垃圾焚燒電廠煙氣再循環(huán)設(shè)計大多僅考慮低氧燃燒帶來的降低氮氧化物效果，實際應(yīng)用來看，使用過程易造成鍋爐運行O2量過低，帶來CO瞬時值波動問題，需要通過空氣入爐的方式來調(diào)節(jié)。新型煙氣再循環(huán)技術(shù)改造方案可以解決上述問題，結(jié)論如下：第一，煙氣再循環(huán)技術(shù)利用完全獨立的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)為燃燒過程提供O2和CO調(diào)節(jié)功能，避免管道和設(shè)備腐蝕，節(jié)省運行成本，從而保證煙氣再循環(huán)系統(tǒng)長期運行，同時通過流量控制將補(bǔ)風(fēng)對低氮燃燒的影響降至最低；第二，新型煙氣再循環(huán)系統(tǒng)改造完成后，CO控制更穩(wěn)定，CO均值與無補(bǔ)風(fēng)設(shè)計前相比大大降低，該方案在控制鍋爐燃燒穩(wěn)定和防止CO均值波動方面更有優(yōu)勢；第三，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)投入使用，節(jié)省了SNCR的脫硝劑使用量，依據(jù)工程實例，河南省某項目氨水耗量節(jié)省14%～31%；江蘇省某項目尿素耗量最多可以降低尿素單耗41%；第四，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)的使用雖然會提高風(fēng)機(jī)功率，但是能大大減少SNCR藥劑耗材的用量，從而降低運行成本。綜合計算，江蘇省某項目額定年運行成本節(jié)省78.1萬元；而在河南省某項目中，對比無煙氣再循環(huán)工況，其額定負(fù)荷下年運行成本最多可節(jié)省15.65萬元。

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