探讨生活垃圾焚烧发电厂脱硝工艺的工程应用

林军

摘要：本文简要介绍了氮氧化物的形成机理，重点介绍了SNCR技术，介绍了其工艺原理和反硝化效率因素，并基于生活垃圾焚烧发电厂采用SNCR脱硝技术的设计和调试过程，分析和总结使用情况。实践表明，SNCR的反硝化技术可以确保生活垃圾焚烧烟气中的氮氧化物排放量小于200 mg / Nm³，符合EU2000标准。

关键词：生活垃圾焚烧；脱硝工艺；工程应用

前言：通常，存在三种在燃烧过程中产生氮氧化物的机理：空气中的氮气被高温下氧化-热力型。燃料中的氮的氧化-燃料型。空气中的氮和碳氢化合物共同作用于-快速型。垃圾焚化过程中产生的大多数氮氧化物都是基于燃料型，少部分热力型，而快速型的则很少。当前，有许多与氮氧化物有关的控制方法。 SCR，SNCR和SNCR-SCR混合反硝化技术通常用于燃煤电厂锅炉。SNCR技术通常用于以生活垃圾为主要燃料的焚烧发电厂。

一、SNCR脱硝技术原理

在选择性非催化还原法（SNCR）脱硝方法中，将还原物质氨或尿素注入锅炉的炉温为900℃至1050℃的区域中，而无需使催化剂反应。在炉中与O₂混合的条件下，该物质迅速热分解为NH₃，然后与还原的烟道气中的NO_x反应生成N₂和H₂O。

以尿素为还原物质，还原NO_X的反应方程式为：

CO（NH₂）₂+ H₂O — 2NH₃ + CO₂

4NH₃ + 4NO + O₂-4N₂ + 6H₂O

二、SNCR脱硝技术特点

SNCR脱硝技术的效果显着。当用于大型余热锅炉时，NO_x的去除效率为30％至50％。中小型余热锅炉的NO_x去除效率为50％至70％。有很多类型的还原剂很容易获得和去除。NO_x还原剂包括氨，尿素和各种铵盐，其中主要的脱硝还原剂是氨水和尿素；SNCR反硝化系统在运行过程中不会产生污染物，系统的运行负荷较低，并且锅炉的运行状况受到的干扰也较小。经济高效，无需催化剂，运行成本低，简化的系统，无需更改锅炉的主要结构，仅需外部维修试剂溶液生产部件（尿素工艺），存储部件，稀释测量部分，分配喷射部分；施工时间短且安装容易。

三、SNCR系统运作过程中脱硝效率的影响因素

（一）烟气反应区温度

烟气温度是影响SNCR化学反应效率的重要因素之一。 如果烟道气的温度低于反应温度窗口，则由于没有足够的氨基来完全中和NO_x，还原剂的分子裂解效率将降低，脱硝效率将降低，氨逃逸量可能也在增加；如果烟道气的温度高于反应温度窗口时，还原剂本身会被氧化成氮氧化物，这会增加烟道气中NO_x的浓度并影响脱氮效果。

（二）烟气反应区停留时间

在SNCR系统中，氨基与NO_x之间的反应需要足够的时间。如果停留时间短，则反应将不足并且NO_x中和反应的效率将降低。当前，SNCR系统的停留时间为0.3至0.5秒。

（三）还原剂种类

氨水（20％-25％）和尿素溶液是目前SNCR脱硝系统中最常用的还原剂。当使用尿素作为还原剂时，必须首先将其分解。分解反应的最佳温度范围是950°C至1050°C。因此，需要花费时间来制备尿素分解溶液，反应速度慢，并且会产生副产物对锅炉有轻微腐蚀并产生更多的N₂O。

（四）适合的喷射位置

由于生活垃圾的发热量低，锅炉机组的负荷不同，炉内的空气流场等不同，在余热锅炉的第一烟道中安装了多层喷枪以适应各种温度条件。通过在线烟气监测系统的NO_x排放反馈，可以在各种高度的喷枪之间切换，以控制国家标准范围内的NO_x排放。

四、SNCR 系统设计

（一）还原剂的选择

目前，国内外的生活垃圾焚烧厂的SNCR系统的还原剂通常使用氨或尿素溶液。 两者之间的比较如下：

1. 尿素的凝固点高，约为60°C，极易聚集。制备尿素溶液时需要热水，并且运输管道需要加热。无需准备即可方便地储存和运输氨水。尿素溶液比氨水对管道的腐蚀性更大。

2. 尿素溶液对反应温度范围有严格的要求，必须严格控制在900°C左右。氨水在700-1000°C的范围内，氨水的温度窗口更宽，去除效率更高。在生活垃圾焚烧炉中，垃圾的成分和热值波动很大，反应器内部的温度不稳定，因此，通过选择氨水，可以确保稳定且较高的去除效率。

3. 尿素的NH₃ / NO_x摩尔比较高，未反应的NH₃会增加NH₃在烟道气中的逸出率。 尿素反应容易产生笑气（N₂O）和一氧化碳。

基于以上原因，大部分生活垃圾焚烧发电项目采用氨水作为 SNCR 还原剂。

（二）SNCR 工艺及组成部分

氨水被用作还原剂，软水被喷射到焚烧炉的第一烟道上。公共部分有第一阶段和第二阶段，共有五条焚烧线。每条焚烧线均配备有一套氨气混合装置和一套喷射装置。

25％的氨水溶液由罐车泵送到氨水双层储罐，罐顶的气体从罐顶返回到罐车的顶部，形成密闭填充；有罐顶呼吸阀，以确保罐顶和罐内液位的稳定性。该开关可互锁泵的启动和停止，以防止溢出。软水和氨水根据氮氧化物释放的反馈值实现定量混合，并根据温度窗口信号实现定向分配；然后通过泵的压力头将其送入喷射器。喷射器分为内外枪管。通过内枪管注入氨气，喷射的压缩空气通过外枪管进入，并在喷枪末端的喷涂部分进行喷涂。可以根据喷枪的喷雾状态来调节喷雾角度，并可以手动调节喷雾长度。SNCR系统采用一个集成设备，该设备可以根据生产负荷的变化和引风机背后的氮氧化物的浓度来调节氨溶液和除盐水的注入量。它还配备了一个单独的电力仪表控制柜。所有信号进入DCS并连接到主控室。

1. 氨水接收单元

安装80m³氨水储罐，其中氨水浓度为25％，材料为316L。氨水是一种挥发性液体，具有清澈，无色和刺激性的气味，因此我们采用了双层氨水储罐层密封结构。它将存储约3天的消耗量，并将放置在户外。储水罐配有20-30 m³/ h的氨水进口泵。同时，出于安全原因，在氨水储罐附近安装了紧急冲洗系统，该系统可用于在紧急情况下冲洗眼睛。

2. 氨水输送单元

氨气输送单元通过储罐中的氨水向混合单元加压。氨气供应单元采用2台1 m³/ h氨水供应泵模块化布置，其中一个已准备好并位于氨气储罐附近。

3. 除盐水泵送单元

由于25％的浓氨水很容易挥发，因此将25％的浓氨水直接喷洒到焚烧炉上会增加焚烧炉壁附近的NH₃浓度，并降低焚烧炉中心的NH3浓度。帮助去除氮氧化物。 使用除盐水作为载体稀释氨溶液可以将NH₃浓度均匀地分散在焚烧炉中。 除盐水单元包含一个具有自动液位控制功能的50升软水箱，配备两个1m³/ h增压水泵。

4. 混合单元

混合单元将氨水和除盐水均匀混合，分别与喷嘴相对应。调节阀用于控制进入喷嘴的氨水和除盐水的量。混合单元位于焚化炉附近，各阀门柜内布置。

5. 喷射器

氨水喷射器使用雾化型喷嘴，并使用压缩空气作为载体进行喷雾和冷却。配有易于检查的快速插头连接器。喷雾角度为20°，喷雾粒径为50μm。喷嘴末端有一个30°的喷孔，可以旋转360°以调整喷雾范围。喷嘴从炉壁伸出150毫米，以避免在炉壁上结焦。

6. 控制系统

控制系统包括两个主要部分。一种是根据焚烧炉第一烟道的温度梯度自动选择氨水注入点。另一方法是根据排烟口NO_x和NH₃的浓度自动控制喷射的氨水量。由于氨水的喷射量很小，锅炉蒸发量、烟气量也很小，因此它不参与锅炉的其他控制。

结语：综上所述，生活垃圾焚烧发电具有许多优点，并且在我国正在逐步推广，由此产生的环保问题已逐渐得到解决和改善。SNCR脱硝系统由于技术简单，投资少，占地面积小，工期短，锅炉主体结构无变化，运行成本低，无附加污染等原因，逐步已被认可。在应用，积累和改进SNCR技术的过程中，无疑将在环境保护方面取得更好的效果。

参考文献：

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