超低排放标准下生活垃圾焚烧厂脱硝新方法及其应用效果

超低排放标准下生活垃圾焚烧厂脱硝新方法及其应用效果

于士茗

建设综合勘察研究设计院有限公司  100007

摘要：氮氧化物排放标准控制为生活垃圾焚烧发电项目烟气净化中的重要指标。为改善污染物排放现状，国内不少省份已出台了极为严苛的生活垃圾焚烧厂污染物排放标准。原有的传统SNCR技术已不能满足氮氧化物超低排放的要求，一些新型的氮氧化物处理技术应运而生。本文主要介绍基于声波测温的高效SNCR技术及高分子脱硝PNCR技术。

关键词：超低排放、声波测温、高效SNCR、PNCR

1.引言

在生活垃圾焚烧发电厂运行过程中，烟气净化处理系统的重要性不容小觑。垃圾焚烧过程中会产生包括硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、重金属和二恶英在内的多种有害气体和颗粒，这些物质若未经适当处理直接排放至大气中，将对环境和公众健康构成重大威胁。因此，配备高效的烟气净化系统对于确保工厂排放达到严格的环境保护标准至关重要。

生活垃圾焚烧发电项目烟气净化现行标准GB18485-2014《垃圾焚烧大气污染物排放标准》中指出氮氧化物小时均值在基准氧含量11%的条件下不高于300mg/m3。为了改善环境污染的现状，河南省发布豫环攻坚办[2020]7号《关于印发河南省2020年大气、水、土壤污染防治实施方案的通知》，要求2020年底之前河南省垃圾发电企业要满足《河南省2020年大气污染防治攻坚战实施方案》第33条垃圾焚烧发电企业全面完成提标治理，焚烧炉烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值在基准氧含量11%的条件下分别不高于10、35、100mg/m3，采用氨法脱硝、氨法脱硫工艺的垃圾焚烧废气氨逃逸浓度不高于8mg/m3。

针对更加严苛的排放指标，垃圾焚烧发电项目如何保证效益？本文根据这种境遇，结合河南某垃圾焚烧发电项目实际经验，提出基于声波测温的高效SNCR及高分子脱硝PNCR在当前环保形式的运用。

2．基于声波测温的高效SNCR技术原理

选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术是在最适宜的炉膛温度范围内，喷入尿素或氨水等带氨基还原剂，喷入炉膛内的氨基还原剂在高温下迅速分解，与烟气中的氮氧化物（NO、NO2）发生化学反应，生成N2和水。还原剂基本不与烟气中的氧发生反应，在特定的温度内，氮氧化物的还原反应优于其他化学反应发生，因此，它被认为是一种选择性的化学过程。其主要反应式如下：

（1）尿素做还原剂时，在炉膛高温工况下，尿素溶液与氮氧化物发生如下反应： 

CO(NH2)2+H2O=2NH3+CO2

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O 

8NH3+6NO2=7N2+12H2O 

（2）氨水做还原剂时，在高温下，氨与氮氧化物发生如下反应：  4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O 

但当温度高于1050℃时，氨会与氧气发生反应，产生NO，即：  4NH3+5O2=4NO+6H2O

因此，在脱硝过程中，不同温度场下尿素或氨水的喷射量是控制氮氧化物最终排放量的关键。

德国BD公司声波温度场的SNCR智能控制系统，其主要是在炉膛850-1050℃位置设置2-3层喷枪，在950-1050℃位置，依据区块的实时温度非线性预测控制喷枪喷射。该高效SNCR工艺能在线监测锅炉的高温、低温、温差、火焰偏烧并实时报警，显著降低爆管、结焦、非停的概率，延长锅炉的使用寿命。其主要技术优点在于：1、基于神经网络员的模型预测控制，准确预测下一时刻区域氮氧化物含量，精确控制还原剂喷射量，具备自主学习功能，自适应垃圾焚烧的工况变化。2、全球最先进的测温系统，实时给出反应区域的温度值。

3．高分子脱硝PNCR技术原理

高分子烟气脱硝PNCR技术是一种既有SCR技术脱硝率高和SNCR技术投资运行费用低的优势，而又区别于单纯的SNCR和SCR的新的脱硝方式。PNCR是将固体粉末状的脱硝剂通过气力输送的方式喷入余热锅炉炉膛，喷射最佳温度窗口为800-1050℃。在此温度下，粉末状的脱硝剂分解释放出高活性的氨基自由基，氨基与烟气中的氮氧化物反应，将氮氧化物还原成氮气。其反应式为：

CO(NH2)2+H2O=2NH3+CO2

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

4NO2+2NH3+O2=3N2+6H2O

其主要工艺流程图如下：

PNCR脱硝设备布置在锅炉脱酸反应塔下零米层。铺设一根DN100主输送管道（材质304不锈钢）至锅炉前30.7米层平台中部，然后分成两路DN80管道至炉前两侧钢柱旁，两侧各安装一个特制球形分配器（1拖8型），共设置16个出口，配16只DN32不锈钢球阀，用金属软管（DN32）将喷枪与球阀连接后安装在预留喷枪套管（DN65）内。输送管路根据现场实际情况安装布置，尽量减少弯头和管路总长度，要求弯头采用大转角设计弯头全部采用大半径(R=5-10d)，并且两端采用不锈钢法兰连接。锅炉本体喷枪安装处需布置工艺用压缩空气管道（一路主管DN40,16路支管DN10），喷枪采用内外套管式喷枪，脱硝剂由内枪喷入，冷却用压缩空气由外套管接入冷却喷枪。

4.两种技术联合应用效果

河南省某项目建成经一个月调试试运后，所有参数均在含氧量11%及标准状况下测得，其相关测试指标见表1：

表 1 河南省某项目高效SNCR+PNCR工艺实际运行效果

5.结论及展望

随着科学技术的进步及环境保护意识的逐渐增强，超低排放已然成为国内外生活垃圾焚烧厂的必然趋势。垃圾焚烧厂在运营过程中需加强对相关设备运行工况的监测和数据采集，根据收集到的监测数据对焚烧炉内燃烧温度进行优化调控，对燃烧效率进行实时监控与调整，使焚烧炉工作在最佳状态下运行。

经实践证明，采用基于声波测温的高效SNCR及高分子脱硝PNCR技术，可以有效降低氮氧化物的排放浓度，最终实现达标超低排放。已建成的垃圾焚烧厂可在原有传统SNCR的技术上进行改造，其改造和运行费用均较有优势。

参考文献

[1]孙艳红，徐源，王子琪.生活垃圾焚烧发电厂全工艺烟气净化处理系统[J].电力安全技术，2022，24（8）：21-24.

[2]安丽鹏，丁小勇，王晨.垃圾焚烧发电厂烟气净化处理自动控制系统的设计及应用[J].科技风，2021（24）：7-8.

[3]王雷.城市生活垃圾焚烧发电厂优化设计思考[J].环境卫生工程，2023，31（5）：51-59.