垃圾發(fā)電廠脫硝新工藝概述

伍長青，肖 燕，李 軍

（中國天楹股份有限公司，江蘇 南通 226600）

垃圾發(fā)電廠脫硝新工藝概述

伍長青，肖 燕，李 軍

（中國天楹股份有限公司，江蘇 南通 226600）

通過分析生活垃圾焚燒廠NOx產(chǎn)生機(jī)理、煙氣脫硝技術(shù)以及國內(nèi)外垃圾焚燒發(fā)電廠脫硝現(xiàn)狀，針對(duì)NOx處理要求的提高，提出一種“SNCR+低溫SCR”脫硝工藝，通過海安縣生活垃圾發(fā)電廠的案例，詳細(xì)分析了該工藝流程，應(yīng)用結(jié)果表明該工藝具有高效性和節(jié)能性。

生活垃圾焚燒；脫硝；選擇性非催化還原技術(shù)；低溫選擇性催化還原技術(shù)

引言

隨著城市化進(jìn)程不斷加快以及人民生活水平的不斷提升，我國的生活垃圾日產(chǎn)生量與日俱增，一些城市甚至出現(xiàn)了“垃圾圍城”現(xiàn)象。近些年來，我國新建的垃圾焚燒發(fā)電廠數(shù)量逐年增加，焚燒法在生活垃圾處理方式中所占的比例也在逐年上升[1]，有效緩解了城市生活垃圾堆放所需的場(chǎng)所問題。生活垃圾電廠在焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量含有顆粒物、HCl、SO2、NOx、二英等大氣污染物。目前，生活垃圾焚燒發(fā)電廠對(duì)于煙氣的處理方式是“半干法/干法脫酸 + 布袋除塵器”，可有效控制煙塵、顆粒物和易溶性酸性氣體。但煙氣中的NOx不易溶于水，脫酸反應(yīng)塔無法有效去除。國內(nèi)已建成運(yùn)營的生活垃圾焚燒廠煙氣排放均執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014），NOx排放限值為250mg/Nm3，

因此生活垃圾焚燒發(fā)電廠必須實(shí)施切實(shí)可行的NOx控制措施。

在20世紀(jì)90年代，歐洲發(fā)達(dá)國家和日本就已經(jīng)開始為生活垃圾焚燒發(fā)電廠配備脫硝裝置或低氮燃燒裝置，歐洲的生活垃圾焚燒發(fā)電廠普遍采用的是SNCR技術(shù)，而日本由于可使用的土地資源極其匱乏，則傾向于采用低氮燃燒器，甚至是SCR技術(shù)。

由于我國居民的生活習(xí)慣與國外有所差異，生活垃圾中通常水分高，餐廚垃圾含量較多，垃圾分類不到位，所以垃圾焚燒發(fā)電廠在運(yùn)營方面有更大的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電廠主要的贏利方式分為垃圾發(fā)電和固廢處理補(bǔ)貼價(jià)兩種，因此相關(guān)企業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的考慮要多過社會(huì)效益。對(duì)于煙氣凈化脫硝處理方式，投資少的SNCR技術(shù)無疑是首選。

1 垃圾焚燒發(fā)電廠NOx產(chǎn)生機(jī)理

1.1 燃料型NOx（Fuel NOx）

生活垃圾焚燒發(fā)電廠燃料型NOx主要來源有兩種：一種為生活垃圾固有的有機(jī)類含氮化合物；另一種為在垃圾焚燒廠運(yùn)行過程中焚燒爐啟動(dòng)、停運(yùn)或垃圾熱值不夠時(shí)所添加天然氣或重油等輔助燃料含有的含氮化合物，這兩種燃料所含有的含氮化合物在垃圾焚燒爐內(nèi)高溫燃燒生成NOx。

1.2 熱力型NOx（Thermal NOx）

生活垃圾在焚燒處理時(shí)需要充足的空氣，空氣中的N2在高溫條件下被氧化生成NOx即熱力型NOx。

1.3 快速型NOx（Prompt NOx）

快速型NOx指的是生活垃圾在燃燒過程中，助燃空氣中的N2和燃料中的碳?xì)浠衔铮–H）等反應(yīng)而生成NOx。與燃煤鍋爐類似，快速型NOx在垃圾焚燒爐中生成量亦很少，可忽略。

總體而言，生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的NOx主要為NO和NO2，其中NO占據(jù)90%以上；NOx類型主要為燃料型NOx，熱力型NOx含量較少。

2 垃圾焚燒發(fā)電廠NOx控制技術(shù)

生活垃圾焚燒發(fā)電廠的NOx主要分為燃料型和熱力型，因此對(duì)應(yīng)的NOx控制技術(shù)主要分兩類：一類對(duì)生活垃圾燃燒過程進(jìn)行控制，從而減少NOx的生成；另一類對(duì)煙氣中的NOx進(jìn)行脫除。但第一類控制技術(shù)在工程運(yùn)用中較少，第二類控制技術(shù)運(yùn)用較多，主要有選擇性非催化還原技術(shù)（Selective Non-Catalytic Reduction，即SNCR技術(shù)）和選擇性催化還原技術(shù)（Selective Catalytic Reduction，即SCR技術(shù)），可以實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、資源化和無害化。

2.1 SNCR技術(shù)

SNCR技術(shù)是在垃圾焚燒爐中適當(dāng)位置噴入含有氨基的還原劑，在無催化劑作用下，氨基還原劑可選擇性地將煙氣中的NOx還原生成N2。可用作SNCR脫硝技術(shù)的還原劑主要有液氨、氨水和尿素。反應(yīng)溫度一般在850℃～1100℃，當(dāng)反應(yīng)溫度過高時(shí)，由于氨的分解會(huì)使NOx還原率降低，另一方面，反應(yīng)溫度過低時(shí)，氨的逃逸增加，也會(huì)使NOx還原率降低。NH3是高揮發(fā)性和有毒物質(zhì)，氨的逃逸會(huì)造成新的環(huán)境污染。SNCR法脫硝工藝如圖1所示。

圖1 垃圾焚燒發(fā)電廠SNCR法脫硝工藝流程

2.2 SCR技術(shù)

SCR技術(shù)的反應(yīng)原理是在催化劑作用下，溫度在300℃～450℃區(qū)間，含有氨基的還原劑將焚燒爐內(nèi)煙氣中的NOx選擇性地還原為N2。SCR的布置方式通常分為高溫高塵、高溫低塵和低溫低塵三種。采用高溫高塵布置，SCR反應(yīng)器布置在省煤器與空預(yù)器之間，燃煤電廠多為此種布置方式；高溫低塵布置方式，SCR反應(yīng)器布置在除塵器后，由于除塵器需采用高溫除塵器，造價(jià)較高，因此工程上應(yīng)用極少；低溫低塵布置方式，SCR反應(yīng)器布置在脫硫除塵裝置之后。生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的煙氣中重金屬含量較高、灰塵較大，相對(duì)于火力發(fā)電廠更易引起催化劑中毒，大大削弱催化劑的活性，增加運(yùn)營成本。生活垃圾焚燒發(fā)電廠工程上切實(shí)可行的多為低溫低塵方式（如圖2所示），但通常采用熱源對(duì)煙氣進(jìn)行再加熱的運(yùn)行費(fèi)用十分昂貴。

圖2 垃圾焚燒發(fā)電廠SCR法脫硝工藝流程

3 低溫SCR技術(shù)

近年來低溫SCR催化劑得到了廣泛研究，低溫SCR技術(shù)是在O2和催化劑存在條件下，反應(yīng)溫度為在120℃～200℃，還原劑NH3與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)生成N2和H2O。催化劑是低溫SCR脫硝工藝的核心，催化劑一般由載體和活性組分兩部分構(gòu)成。Zhongbiao Wu等[2]研究發(fā)現(xiàn)，以TiO2為載體的低溫SCR催化劑，當(dāng)Mn負(fù)載量為10%時(shí)，在150℃條件下，NOx的去除率可達(dá)90%。

傳統(tǒng)SCR技術(shù)反應(yīng)器的布置方式是，在采用低溫低塵段布置時(shí)，將SCR反應(yīng)器布置于脫酸塔和布袋除塵器之后，從而可使催化劑在低塵、低SO2的無害煙氣環(huán)境中工作，減輕了催化劑的堵塞和腐蝕問題，同時(shí)也可避免催化劑的中毒問題，大大延長催化劑的使用壽命。但低溫低塵布置方式的主要問題是，布袋除塵器出口的煙氣溫度一般在120℃～180℃，因此，在煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器之前需加熱至300℃～450℃，大幅度地增加了能源消耗。

本文提出一種低溫SCR技術(shù)處理垃圾焚燒NOx的方法，結(jié)合生活垃圾焚燒發(fā)電廠現(xiàn)有的SNCR脫硝處理技術(shù)組合成“SNCR + 低溫SCR”技術(shù)。該技術(shù)既可發(fā)揮SNCR與SCR工藝的優(yōu)點(diǎn)又可避免各自的缺點(diǎn)，三種工藝的對(duì)比見下表。

處理工藝技術(shù)比較表

4 案例分析

海安縣位于江蘇省東部的蘇中地區(qū)，下轄10個(gè)區(qū)鎮(zhèn)。海安縣建有生活垃圾焚燒發(fā)電廠一座，日處理垃圾規(guī)模達(dá)750噸，采用3臺(tái)250t/d的爐排爐工藝。該生活垃圾焚燒發(fā)電廠為滿足煙氣脫硝處理現(xiàn)狀需求，并兼顧未來排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格的需要，采用“SNCR + 低溫SCR”技術(shù)，具體工藝流程為：SNCR + 煙氣脫硫 + 布袋除塵 +低溫SCR（如圖3所示）。電廠煙氣處理過程中NOx濃度的變化如圖4所示。

圖3 生活垃圾焚燒發(fā)電廠脫硝工藝流程

如圖3所示，生活垃圾進(jìn)行爐排爐焚燒產(chǎn)生的煙氣，在焚燒爐上方溫度1100℃的條件下進(jìn)行SNCR脫硝處理，此處的脫硝效率為50%～75%。經(jīng)過處理后的煙氣進(jìn)入脫硫裝置和布袋除塵器進(jìn)行脫硫和除塵處理，除去煙氣中的SO2和灰塵，避免對(duì)后續(xù)SCR催化劑的損害，延長了催化劑的使用壽命。從布袋除塵器出來的煙氣溫度在140℃～160℃，NOx的濃度為200～300mg/m3，進(jìn)入到低溫SCR反應(yīng)器。此時(shí)，SCR反應(yīng)器中的氨水經(jīng)蒸發(fā)器轉(zhuǎn)化為NH3，經(jīng)氨緩沖罐，在氨/空氣混合器內(nèi)稀釋，再經(jīng)噴氨格柵噴入煙道，與煙氣均勻混合，并在低溫SCR反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生還原反應(yīng)將NOx去除，最終NOx的排放濃度小于100mg/m3（如圖4所示）。煙氣經(jīng)SCR反應(yīng)器后段的引風(fēng)機(jī)送入煙囪達(dá)標(biāo)排放。

圖4 煙氣處理過程中NOx濃度變化

海安縣生活垃圾焚燒發(fā)電廠單條處理線的規(guī)模是250t/d，焚燒時(shí)產(chǎn)生煙氣量為44,717Nm3/h，經(jīng)過布袋除塵器后的煙氣溫度為150℃。若采用常規(guī)SCR脫硝技術(shù)，則需要對(duì)煙氣進(jìn)行加熱至300℃。經(jīng)過計(jì)算可知，這一過程每小時(shí)需要9.24×106kJ的熱量，若使用電廠汽輪機(jī)中抽飽和蒸汽對(duì)煙氣進(jìn)行加熱，則每小時(shí)需要蒸汽1.98×103kg。因此，生活垃圾焚燒發(fā)電廠使用低溫SCR脫硝技術(shù)，提高了脫硝效率，也降低了能耗。

5 結(jié)語

考慮到煙氣排放要求的不斷提升，生活垃圾焚燒發(fā)電廠需要高效的脫硝措施。結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電廠中現(xiàn)有的SNCR脫硝裝置，增加低溫SCR技術(shù)，其中大量設(shè)備可以共用，組合成“SNCR + 低溫SCR”脫硝技術(shù)，將SCR反應(yīng)器布置于脫酸和布袋除塵器之后，煙氣不需要加熱，在150℃左右，脫硝效率可達(dá)到90%以上。避免了SNCR技術(shù)可能存在的脫硝效率低、鍋爐結(jié)垢、水冷壁腐蝕等問題，同時(shí)與常規(guī)SCR相比，可節(jié)省大量能源?！癝NCR + 低溫SCR”脫硝技術(shù)為垃圾焚燒發(fā)電提供了行之有效、節(jié)約能源、高效的脫硝方法。

[1]中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)城市生活垃圾處理委員會(huì).我國城市生活垃圾處理行業(yè)2012年發(fā)展綜述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2013（3）： 20-26．

[2]Z.B.Wu，B.Q. Jiang，Y. Liu.Experimental study on a low－temperature SCR catalyst based on MNOx/TiO2prepared by sol－gel method[J].Hazard. mater.2007,（145）： 488-494.

New Technology for Denitration in Refuse Power Generating Plant

WU Chang-qing, XIAO Yan, LI Jun

X705

：A

：1006-5377（2016）04-0025-03