代江燕

（桑德環(huán)境資源股份有限公司，北京 101102）

城市生活垃圾焚燒爐SNCR脫硝技術(shù)工程應用

代江燕

（桑德環(huán)境資源股份有限公司，北京 101102）

以2×500t/d生活垃圾焚燒爐排爐SNCR尿素脫硝實際工程為例，技術(shù)性分析顯示：SNCR系統(tǒng)在機組負荷在60%～100%的MCR負荷范圍內(nèi)能有效運行，脫硝效率不低于40%，氨逃逸率小于8ppm，不增加系統(tǒng)阻力，不對鍋爐運行造成干擾。經(jīng)濟性分析顯示：SNCR系統(tǒng)建設周期短、投資費用低；年運行費用中的還原劑所占比例最大；年運行費影響因素敏感性分析顯示：還原劑價格對年運行費的影響程度大，其次為年利用小時數(shù)、煙氣量、總投資，影響程度最小的為排污費。

生活垃圾；焚燒爐；SNCR

生活垃圾焚燒過程中會產(chǎn)生大量有毒有害氣體，其中氮氧化物因危害性大、處置難度高而備受重視。NOx在大氣中會造成酸雨，并且是光化學煙霧的前驅(qū)體，同時其直接作用于人體時會破壞呼吸系統(tǒng)，可引起支氣管炎和肺氣腫［1］?！渡罾贌廴究刂茦藴省罚℅B18485-2014）中規(guī)定NOx的日均排放濃度不超過250mg/m3，因此采用脫硝技術(shù)來控制NOx的排放已經(jīng)迫在眉睫。

生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的NOx削減技術(shù)包括低氮燃燒技術(shù)、SNCR技術(shù)、SCR技術(shù)等［2］，其中SNCR技術(shù)因安全適用、操作方便、價格低廉而被廣泛應用于生活垃圾焚燒行業(yè)。

1　SNCR工藝的選擇

SNCR工藝最初由美國Exxon公司發(fā)明并于1974年在日本成功投入工業(yè)應用［3］。20世紀80年代末，歐盟國家的燃煤電廠也開始應用。迄今為止，全世界約有300套SNCR裝置應用于電站鍋爐、工業(yè)鍋爐、市政垃圾焚燒爐和其他燃燒裝置。

SNCR工藝的整個還原過程都在鍋爐內(nèi)進行，不需催化劑，也不需另設反應器。SNCR工藝可采用的還原劑有三種：液氨，氨水和尿素［4］。各還原劑應用工藝比較見表1。

表1　液氨、氨水、尿素應用于SNCR工藝比較

液氨對項目的安全性要求極高，在垃圾焚燒項目中極少采用；氨水相對液氨安全，但國內(nèi)采購氨水濃度僅為25%，脫硝系統(tǒng)氨水用量大，且運輸過程費用高，萬一發(fā)生泄漏，對人員存在一定危害。從系統(tǒng)安全性、采購方便、運輸簡單和系統(tǒng)維護簡單等多方面綜合考慮，多選用尿素作為還原劑。本文所舉例的垃圾焚燒項目的SNCR裝置以尿素作為還原劑。

2　SNCR技術(shù)工程應用實例

2.1工程概況

垃圾焚燒處理量為2×500t/d；汽輪發(fā)電機2×12MW；垃圾焚燒爐出口煙氣量/單爐58，461Nm3/h（MCR，dry）；后燃燒室的最低溫度（二次風）850℃；煙氣在超過850℃范圍內(nèi)的停留時間≥2s；垃圾焚燒爐爐內(nèi)煙氣NOx含量380mg/Nm3；余熱鍋爐出口煙氣NOx含量≤200mg/Nm3；氨氮比1.5；尿素純度98%

2.2工藝計算及設備選型

該項目SNCR工藝流程見圖1。

圖1　SNCR工藝流程

尿素袋由電動葫蘆運送到尿素溶解罐，用軟水將尿素顆粒溶解成40wt％（密度1.112t/m3）的尿素溶液，再通過溶解泵輸送到兩臺尿素溶液儲存罐，緩沖暫存。尿素儲存罐內(nèi)的溶液用輸送泵運送到計量混合裝置，與軟水混合稀釋成10wt％（密度1.05t/m3）的尿素溶液后，再輸送到噴射系統(tǒng)。噴射系統(tǒng)的霧化介質(zhì)為壓縮空氣，尿素溶液經(jīng)霧化后噴入到鍋爐內(nèi)與NOx發(fā)生反應，從而去除鍋爐煙氣中的NOx。為了避免尿素溶液再結(jié)晶，尿素溶解罐和尿素儲存罐設有蒸汽加熱裝置，尿素管道設置有電伴熱。工藝計算與選型如下。

（1）尿素用 量：尿素品質(zhì)為工業(yè)或農(nóng)用等級（GB2440-2001）的合格尿素。

（2）溶解罐：尿素溶解罐設置1臺，溶解罐的溶解出力滿足兩爐（2×500t/h） 100%BMCR工況5天所需尿素溶液耗量。罐體有效容積：

考慮10%富裕量，選定20m3溶解罐，采用304不銹鋼制造，設攪拌裝置和蒸汽盤管加熱，防止尿素溶液結(jié)晶。

（3）溶解泵：共設置2臺尿素溶液輸送泵，兼?zhèn)湓傺h(huán)泵的功能，1用1備。尿素溶解后經(jīng)輸送泵送至稀釋罐。泵流量：

流量設計10%的富裕量；泵壓頭考慮高程壓損和管道壓損，并設計20%的富裕量。選定流量168L/h，壓力0.8MPa的輸送泵。

（4）儲存罐：尿素溶液稀釋罐為2臺，采用304不銹鋼。其儲存容量宜為2臺爐BMCR工況下5天的平均總消耗量。設蒸氣伴熱裝置，并在罐體內(nèi)加攪拌器，防止尿素結(jié)晶。罐體有效容積：

考慮10%富裕量，選定10m3儲存罐。

（5）輸送泵：設置4臺尿素溶液輸送泵，單爐2臺，1用1備。

（6）稀釋水泵：設置4臺稀釋水泵，單爐2臺，一臺放置在軟水出口，用于提供輸送動力，另一臺在計量混合模塊內(nèi)，用于提供混合形成紊流的動力。泵流量：

流量設計10%的富裕量；壓力設計20%的富裕量，選定320L/h，壓力1MPa的稀釋水泵。

3　系統(tǒng)運行

鍋爐運行期間，SNCR系統(tǒng)也必須連續(xù)投入運行。噴尿素量和鍋爐負荷關系曲線作為前饋信號，即按照設計計算所確定的鍋爐不同負荷下的噴尿素量進行噴尿素量自動調(diào)節(jié)。然而在相同鍋爐負荷條件下，由于入爐垃圾量和運行條件的不同會導致鍋爐出口的初始NOx量的變化，因此SNCR系統(tǒng)還需要反饋信號來修正運行工況。這個反饋信號就是裝設在煙囪里的煙氣排放測量值，第一要素是 NOx，第二要素是NH3。當測量的NOx值高于設定目標時，系統(tǒng)逐漸增大噴入爐內(nèi)的尿素溶液量，而在 NOx合乎排放限定值的情況下，要判斷NH3是否超出排放限制值，若超出，則需要降低噴射的尿素溶液量，以減少氨逃逸量到限制值之內(nèi)。這一個前饋曲線和一組反饋信號通過DCS指令實現(xiàn)了一個閉環(huán)控制，其指令最終通過調(diào)節(jié)閥的動作，精確地調(diào)節(jié)噴尿素量，達到SNCR系統(tǒng)最終輸出目的值，使NOx排放達標。

尿素SNCR系統(tǒng)在實際調(diào)試運行過程中，鍋爐負荷在60%～100%變化范圍內(nèi)。SNCR的脫硝效率見表2。

表2　鍋爐負荷60%～100%變化范圍內(nèi)SNCR的脫硝效率

從表2可見，SNCR應用于生活垃圾焚燒發(fā)電鍋爐，NOx脫除效率達到40%～60%，氨逃逸小于8ppm。SNCR還可與其他脫硝工藝組合使用，如與低氮燃燒技術(shù)組合使用，脫硝效率達可到40%～70%；與SCR聯(lián)合使用，脫硝效率可達到40%～90%。

4　經(jīng)濟性分析

4.1投資費用

SNCR工程與垃圾焚燒發(fā)電主體工程同時設計、同時建設、同時運營［11］。按主體工程的經(jīng)濟指標，貸款額取投資額的60%，等額還本付息，還款期10年，年利率5.4%（2015年6月基準利率），建設期半年，運行期20年。SNCR工程投資費用見表3。從表3中可見，設備購置費在各項投資費用中所占比例最大，達到 80.2%，其次為安裝工程費用，為7.3%，由于SNCR脫硝裝置建設周期短，其建設期貸款利息低，設備相對簡單，投資費用相對較低。

表3　SNCR 脫硝裝置投資費用

4.2年運行費

年運行費包括原料耗損費，人工費、折舊費、大修費、管理費、利息等（見表4）。

表4　SNCR項目年運行費

4.3年運行費影響指標分析

從表4可見，影響SNCR脫硝裝置年運行費的經(jīng)濟指標主要影響因素有還原劑費用（占74.4%）、折舊費（占13.6%）和相對年收入（占11.6%）。還原劑費用主要與脫硝裝置年利用小時數(shù)、還原劑耗量、還原劑價格等有關；年折舊費與投資費、運行壽命和固定資產(chǎn)殘值有關；相對年收入與排污費、NOx脫除總量有關，還原劑耗量和NOx脫除總量均與煙氣量和入口NOx濃度相關。根據(jù)上述分析，選擇投資費、年利用小時數(shù)、煙氣量、還原劑價格、排污費為影響指標，分析各項指標與年運行費及單位脫硝費的關系，分析參數(shù)見圖2～圖6。

圖2　　總投資對年運行費用及單位脫硝費用的影響

圖3　年運行小時數(shù)對年運行費用及單位脫硝費用的影響

圖4　煙氣量對年運行費用及單位脫硝費用的影響

圖5　還原劑價格對年運行費用及單位脫硝費用的影響

圖6　排污費對年運行費用及單位脫硝費用的影響

從圖2～圖6可見，年運行費用與總投資、年運行小時數(shù)、煙氣量、還原劑價格成正比，與排污費成反比；單位脫硝費用與總投資、還原劑價格成正比，與年運行小時數(shù)、煙氣量、排污費成反比。

為更進一步分析各項指標對年運行費的影響，將年運行費作為評價指標，總投資、年運行小時數(shù)、煙氣量、還原劑價格、排污費為不確定因素，分析評價指標對不確定因素的敏感程度見圖7。

從圖7可見，還原劑價格對年運行費的影響程度大，其次為年運行小時數(shù)、煙氣量、總投資，影響程度最小的為排污費。

圖7　年運行費對不確定因素的敏感程度分析

圖2～圖7的參數(shù)表明：1）要降低年運行費和單位脫硝費，還原劑價格是第一影響要素，因此要在保證還原劑品質(zhì)的前提下，最大限度地降低其價格。2）隨著年運行小時數(shù)和煙氣量的增大，年運行費增大但單位脫硝費減少，設定合理的年運行小時數(shù)和煙氣量是提高項目經(jīng)濟性的途徑之一。在項目運營中，該兩個因素與垃圾的處理量密切相關，要盡量合理分配垃圾的入爐量，并調(diào)整工況在穩(wěn)定狀態(tài)，避免在一段時間內(nèi)突然增加或突然減少，保證設備正常運行，達到設定的年運行小時數(shù)和煙氣量。3）科學合理控制總投資。4）排污費對年運行費影響程度小，但值得注意的是，從圖6可見，本項目中排污費達到每污染當量12元時，年運行費和單位脫硝費才轉(zhuǎn)換為負值，而當前排污費的實際標準為每污染當量1.2元，遠小于年運行費等為負值的排污費，這也就是焚燒廠家寧愿選擇罰款而不愿意選擇更高的運行費的原因，因此，進一步加強規(guī)范排放氮氧化物收費措施勢在必行。

［1］ 李雪飛，張文輝，杜明華.干法煙氣脫硝綜述［J］.潔凈煤技術(shù)，2006，12（3）：42-44.

［2］ 范海燕，劉建忠，顧震宇，等.生活垃圾焚燒廠脫硝技術(shù)探討［J］.工業(yè)鍋爐，2011，127（3）：31-34.

［3］ Jiang Pengzhi，Application of Low NOxBurner Technology To Chinese Boilers and Chinesen Fuels［C］.PowerGen Asia 2006， Hongkong，September 5-7，2006.

Engineering Application on SNCR Denitration Technology of Municipal Domestic Refuse

DAI Jiang-yan

X701

A

1006-5377（2016）09-0065-04