劉振利

廣東榮昇環(huán)?？萍加邢薰?廣東 東莞 523050

在垃圾處理中，垃圾焚燒是一種常用的無害化的處理方法，能夠有效地滅殺病原體，防止疾病的迅速傳播。同時(shí)，在焚燒垃圾過程所產(chǎn)生的熱量，可用于發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了能源的合理利用目標(biāo)，推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。但是，在垃圾焚燒發(fā)電過程中，由將會(huì)產(chǎn)生大量重金屬、有害氣體，如果不能及時(shí)處理，將會(huì)導(dǎo)致環(huán)境產(chǎn)生二次污染。且這些污染物含有一些二氧化硫及氮氧化合物，這兩種物質(zhì)易于形成酸雨，直接影響到大氣環(huán)境。而在垃圾處理中，可采用脫硫脫硝工藝，以減輕環(huán)境污染，推動(dòng)電力的可持續(xù)發(fā)展[1]。本文對(duì)某垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化工藝進(jìn)行分析，論述了“SNCR+SCR”法結(jié)合應(yīng)用于垃圾焚燒煙氣凈化的工藝流程。

1 工程概況

本項(xiàng)目生活垃圾采用焚燒煙氣凈化工藝，建立3條生產(chǎn)線，每一條生產(chǎn)線設(shè)置一套煙氣凈化系統(tǒng)，日處理量為750t/d，年處理量為82.125萬t，其處理能力2250t/d。每條生產(chǎn)線配置2臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組，鍋爐蒸汽供汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；配套附屬生產(chǎn)、生活設(shè)施。

2 脫硝工藝概述

脫硝工藝采用“SNCR+SCR”法，SNCR為選擇性非催化還原法，其主要采用脫除NOx技術(shù)，將氨氣、氨水等還原劑噴入爐膛區(qū)域，還原溫度800℃-1100℃，并分解成NH3產(chǎn)物，并與NOx發(fā)生SNCR反應(yīng)，進(jìn)而生成N2。而SCR為選擇性催化還原法，是在有氧氣和低溫的情況下，通過采用法脫硝技術(shù)，選擇含有氨的還原劑將NOx還原為N2和水，以此來降低NOx排放量，整個(gè)反應(yīng)過程存在一定的催化劑[2]。

2.1 SNCR系統(tǒng)

由于采用了煙氣再循環(huán)技術(shù)，本項(xiàng)目吸收劑采用濃度為20%～25%的氨水溶液，還原劑噴入的位置為余熱鍋爐第一通道溫度850～950℃的區(qū)域。

氨水主要由還原劑輸送泵單元儲(chǔ)罐泵送入混合分配單元，工廠脫鹽水由軟水輸送泵單元送入MDU，MDU所含有的軟水和還原劑就會(huì)結(jié)合NOx排放反饋值來達(dá)到定量混合，再進(jìn)行定向分配；其中，所設(shè)置的噴射流量開關(guān)以預(yù)防氨水噴入距離過長(zhǎng)以及噴射流量過小而影響到脫硝效果。

在MDU中，還原劑和軟水可實(shí)現(xiàn)定量混合，同時(shí)利用泵的壓頭將它送入噴射器。噴射器主要由內(nèi)槍管和外槍管組成，采用內(nèi)槍管噴入還原劑，并采用外槍管引入霧化壓縮空氣，在噴槍端部進(jìn)行霧化；另外，及時(shí)調(diào)節(jié)噴槍噴射角度，結(jié)合噴射情況進(jìn)行霧化長(zhǎng)度調(diào)節(jié)；噴射器還設(shè)調(diào)節(jié)閥和手動(dòng)球閥等，霧化空氣壓力為1～3barg。

表1 SNCR設(shè)計(jì)煙氣參數(shù)

表2 SNCR排放要求

（1）可通過SNCR氨水輸送泵單元，采用加壓的方式將氨水溶液輸送至混合分配單元。組成包括不銹鋼多級(jí)離心泵，有泵循環(huán)回路以保證閥門關(guān)閉狀態(tài)泵的正常運(yùn)行。泵出口設(shè)置就地壓力表以及壓力變送器，每臺(tái)氨水輸送泵單元設(shè)有氨泄漏檢測(cè)儀。

（2）每臺(tái)爐SNCR設(shè)有1臺(tái)氨水混合分配單元（模塊化供貨，內(nèi)含：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、主管道上的流量計(jì)、主管道上的壓力表、氣動(dòng)開關(guān)閥、支管上的壓力表、支管上的流量計(jì)）；管道混合器整合到工藝柜內(nèi)。每個(gè)柜體內(nèi)需配氨泄漏檢測(cè)儀，混合分配單元模塊控制還原劑和稀釋水的定量混合和定向分配；混合分配單元將還原劑和水混合至合適的濃度并滿足目前運(yùn)行條件下消耗量的要求。

（3）每臺(tái)爐SNCR設(shè)有一個(gè)壓縮空氣分配單元（模塊化供貨，內(nèi)含：調(diào)壓閥、單向閥）；將壓縮空氣管道整合到工藝柜體內(nèi)；該單元對(duì)應(yīng)混合分配單元單元。安裝在靠近噴槍布置位置附近，對(duì)壓縮空氣統(tǒng)一管理。

（4）SNCR系統(tǒng)內(nèi)每桿槍具體自動(dòng)切斷功能，噴槍采用壓縮空氣霧化方式，具有良好霧化噴射效果。

（5）噴槍應(yīng)采用耐高溫、耐腐蝕的金屬材料，耐煙氣沖刷，易于維修保養(yǎng)，有較長(zhǎng)的使用壽命。噴槍應(yīng)有措施保證在運(yùn)行和停運(yùn)時(shí)，不被燒壞。

（6）噴槍與管道之間應(yīng)有快裝接頭和軟管以保證噴槍拆裝方便，便于維護(hù)。

（7）SNCR脫硝系統(tǒng)應(yīng)有足夠的操作彈性，能自動(dòng)調(diào)節(jié)噴槍噴射量及噴射位置以適合垃圾焚燒爐的燃料熱值變化及負(fù)荷變化。SNCR脫硝系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能對(duì)可能出現(xiàn)的泄漏有足夠的安全防護(hù)措施（泄漏報(bào)警，連鎖等）。

2.2 SCR脫硝系統(tǒng)

（1）在濕式洗滌塔下游設(shè)置SCR脫硝系統(tǒng)以進(jìn)一步去除煙氣中的NOx。

（2）從低溫?zé)煔獬鰜淼臒煔膺M(jìn)入高溫?zé)煔?，并與反應(yīng)器的高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱，再經(jīng)過加熱器進(jìn)行加熱，加熱完畢后再進(jìn)入SCR反應(yīng)器。

（3）煙氣中的NOx經(jīng)過催化劑層時(shí)，在其表面與還原劑發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到煙氣中NOx脫除效果，同時(shí)還可以脫除二噁英。

（4）SCR脫硝系統(tǒng)主要有以下幾分組成：高溫?zé)煔?煙氣換熱器（GGH2）、蒸汽/煙氣加熱器SGH、SCR反應(yīng)器、氨水制備及輸送設(shè)備、氨水蒸發(fā)混合器、稀釋風(fēng)設(shè)備等。

（5）每條焚燒線設(shè)置1套SCR脫硝系統(tǒng)，SCR脫硝系統(tǒng)按額定工況下SCR入口位置煙氣量（≥220000Nm3/h）設(shè)計(jì)，入口NOx濃度為200mg/Nm3，出口NOx濃度性能保證值不大于50mg/Nm3。SCR脫硝系統(tǒng)在所有工況間具有良好的運(yùn)行效果，在啟動(dòng)鍋爐或者變動(dòng)負(fù)荷等時(shí)，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行，且可滿足啟停要求。

（6）采用CFD輔助設(shè)計(jì)，確保SCR反應(yīng)器氨氮摩爾比的最大偏差小于平均值的±5%。SCR脫硝系統(tǒng)還原劑采用濃度為25%的氨水，與SNCR脫硝系統(tǒng)共用氨水儲(chǔ)罐，SNCR和SCR脫硝系統(tǒng)設(shè)置不同的氨水供應(yīng)及計(jì)量系統(tǒng)。

（7）SCR工藝要求氨投加量精確度高以及與主煙氣混合的均勻度高，以保證高效的去除NOX，并使氨逃逸降到最低，煙囪位置氨逃逸不高于2.5mg/Nm3。

（8）SCR系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程自動(dòng)控制；且可在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置遠(yuǎn)程開關(guān)和啟停按鈕?？刂乒耖T設(shè)置了設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)指示。

2.3 高溫?zé)煔鈸Q熱器GGH2及蒸汽/煙氣加熱器SGH

（1）概述。從GGH1出來的煙氣（約115℃）進(jìn)入GGH2，與SCR反應(yīng)器出口的高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，再經(jīng)過SGH加熱至185℃進(jìn)入SCR反應(yīng)器。GGH2及其配套煙道需考慮該溫度段的腐蝕磨損情況，具有合理的防腐設(shè)計(jì)。

（2）每條焚燒線設(shè)1臺(tái)GGH2和SGH，GGH2按額定工況下的煙氣量設(shè)計(jì)，SGH按額定工況下的煙氣量設(shè)計(jì)，使用壽命應(yīng)不低于30年。

（3）GGH2采用管殼式換熱器，按二折程設(shè)計(jì)，要求與來自濕式洗滌塔的低溫?zé)煔饨佑|的材料全部采用ND鋼制作。殼體厚度≥8mm，換熱管壁厚不小于3mm。

（4）SGH采用管殼式換熱器，殼體采用碳鋼制作，厚度≥8mm，換熱管材質(zhì)采用20G。

（5）SGH加熱蒸汽采用汽包飽和蒸汽為熱源。SGH設(shè)置必要的排氣、疏水接口，方便檢修的起吊裝置和門孔。

（6）GGH2及SGH上應(yīng)設(shè)置必要的人孔和檢查孔，人孔、檢查口應(yīng)有良好的密封性能，并采取防止露點(diǎn)腐蝕的措施。

（7）所有的人孔和檢查口應(yīng)設(shè)置普通鋼樓梯、平臺(tái)和結(jié)構(gòu)支架，平臺(tái)與SCR反應(yīng)器平臺(tái)相連。

2.4 SCR反應(yīng)器

（1）反應(yīng)器的煙氣設(shè)置為向下流動(dòng)，其入口氣流采用平均分布方式，反應(yīng)器出口應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流板，反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)置防磨措，以防止有些部位出現(xiàn)磨損。

（2）反應(yīng)器結(jié)構(gòu)考慮運(yùn)行中熱膨脹的影響，必須考慮熱膨脹的補(bǔ)償措施，確保進(jìn)出口的密封性。在反應(yīng)器內(nèi)部，應(yīng)選用不易積灰支架。

（3）煙氣中NOX與氨的反應(yīng)發(fā)生在裝有催化劑的SCR反應(yīng)器里，SCR反應(yīng)器須預(yù)留備用催化劑層空間。為便于安裝和檢修，催化劑支撐梁的層間高度不小于3.3m[3]。

（4）對(duì)于反應(yīng)器，在噴氨格柵前，應(yīng)在催化劑和反應(yīng)器出口處設(shè)置煙氣取樣孔。

（5）SCR系統(tǒng)設(shè)置必要的檢修平臺(tái)、合理的連接通道。同時(shí)應(yīng)利用反應(yīng)器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)觀察，且要設(shè)置檢查門，以便于及時(shí)清除殘留物料。

（6）反應(yīng)器設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮內(nèi)部催化劑維修及更換所必須的起吊裝置。起吊設(shè)施包括電動(dòng)葫蘆，安裝在工字軌道或橋式軌道上。電動(dòng)葫蘆為永久安裝，提升能力滿足安裝及檢修最大的起吊重量要求。

（7）反應(yīng)器設(shè)計(jì)應(yīng)具備一定的防腐性和耐磨性，以防出現(xiàn)漏水和變形情況，以防運(yùn)行故障的發(fā)生。

2.5 SCR催化劑

（1）SCR脫硝系統(tǒng)應(yīng)采用蜂窩式低溫催化劑，要求催化劑工作溫度不高于185℃，催化劑的型式需能夠適應(yīng)本工程煙氣成份。

（2）催化劑為SCR系統(tǒng)的關(guān)鍵材料，采用原產(chǎn)地進(jìn)口品牌。投標(biāo)方提供的催化劑其技術(shù)先進(jìn)、成熟、可靠，便于運(yùn)行維護(hù)，可利用率高。

（3）在所有工況間，催化劑運(yùn)行時(shí)具有良好的適應(yīng)性，確保鍋爐啟動(dòng)、及負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，以能夠滿足啟停次數(shù)要求。

（4）催化劑使用壽命不得小于24000運(yùn)行小時(shí)，機(jī)械壽命不得小于10年。在催化劑維護(hù)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行壽命曲線更換，選用優(yōu)化的管理方案。

（5）催化劑用量應(yīng)達(dá)到性能要求，確保SCR出口氮氧化物濃度滿足相關(guān)要求。

（6）在催化劑模塊設(shè)計(jì)時(shí)，以設(shè)置密封裝置，保證其壽命高于催化劑的壽命，以防止煙氣出現(xiàn)短路。

（7）在催化劑模塊化設(shè)計(jì)過程中，各層模塊規(guī)格人一致，以減少催化劑的更換時(shí)間。

2.6 SCR脫硝系統(tǒng)流場(chǎng)設(shè)計(jì)

（1）為確保煙氣在進(jìn)入催化劑時(shí)流場(chǎng)性，應(yīng)在SCR反應(yīng)器入口設(shè)置導(dǎo)流。

（2）應(yīng)保證頂層催化劑入口煙氣的均勻性以及系統(tǒng)的阻力最小，以減少積灰情況的出現(xiàn)，同時(shí)要確保脫硝系統(tǒng)流場(chǎng)分布科學(xué)合理。并采用CFD數(shù)值模擬的方式進(jìn)行反應(yīng)器布置優(yōu)化，掌握好內(nèi)部導(dǎo)流結(jié)構(gòu)等[4]。

（3）CFD數(shù)值模擬的范圍包括從SGH煙氣出口到SCR反應(yīng)器煙氣出口之間的整個(gè)SCR系統(tǒng)流場(chǎng)設(shè)計(jì)，在考慮SGH出口煙氣參數(shù)分布一定偏差的基礎(chǔ)上，投標(biāo)方必須提供一個(gè)SCR系統(tǒng)的CFD數(shù)值模擬報(bào)告，模擬內(nèi)容包括60%、100%及110% 額定工況下的煙氣速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、NOx/NH3分布等。

2.7 氨水輸送、蒸發(fā)混合系統(tǒng)及噴氨格柵

（1）結(jié)合SCR脫硝反應(yīng)器NOx、NH3等濃度要求，結(jié)合煙氣溫度進(jìn)行氨的注入量計(jì)算，及時(shí)調(diào)節(jié)噴氨流量閥。另外，應(yīng)以NOx濃度作為反應(yīng)器出口的反饋參數(shù)，及時(shí)調(diào)整噴氨量，加強(qiáng)噴氨量閉環(huán)控制。

（2）結(jié)合煙道的截面及SCR反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)，脫硝反應(yīng)器應(yīng)設(shè)置氨計(jì)量、氨蒸發(fā)混合器及噴氨格柵，確保氨與NOx能充分混合。氨混合器需設(shè)置濾網(wǎng)，方便檢修清洗。

（3）熱煙氣夾帶著氨氣進(jìn)入裝有催化劑的SCR反應(yīng)器之前，應(yīng)與主煙氣流進(jìn)行混合。在反應(yīng)器前，為確?；旌系木鶆?，應(yīng)合理設(shè)置噴氨格柵，以保證風(fēng)道中氨氣與煙氣混合的均勻性。

（4）氨水輸送。1）SCR系統(tǒng)還原劑采用濃度為25%的氨水，與SNCR系統(tǒng)共用氨水儲(chǔ)罐，SNCR和SCR系統(tǒng)設(shè)置不同的氨水輸送及計(jì)量系統(tǒng)。2）SCR系統(tǒng)每3條焚燒線設(shè)置1套氨水輸送系統(tǒng)，氨水流量應(yīng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)。氨水輸送泵1用1備配置，每臺(tái)泵容量按100%負(fù)荷考慮，全廠共2臺(tái)。3）氨水輸送系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置過濾器，以防止設(shè)備和管道堵塞[5]。

（5）氨蒸發(fā)混合系統(tǒng)。每條線設(shè)置1套氨蒸發(fā)混合系統(tǒng)，包括：氨蒸發(fā)混合器（含霧化噴槍）、稀釋風(fēng)機(jī)稀釋風(fēng)機(jī)必須配備流量計(jì)量?jī)x表，并傳輸?shù)紻CS、并有自動(dòng)切換的功能，稀釋風(fēng)蒸汽加熱器等。氨蒸發(fā)混合器具有足夠的抗熱膨脹及變形能力。

（6）噴氨格柵。1）噴氨格柵能實(shí)現(xiàn)NOx與NH3的最佳湍流混合，且能最大限度地適應(yīng)負(fù)荷變化所引起的煙氣參數(shù)分布變化。2）噴氨格柵的每根支管都設(shè)手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，并配置差壓流量計(jì)、壓力表等儀表。3）氨噴射應(yīng)采用格柵式，分布管上設(shè)置壓縮空氣管道，如果發(fā)現(xiàn)存在噴頭堵塞情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行吹掃。

3 結(jié)語

綜上所述，本文就脫硝工藝在垃圾焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，通過采用脫硝工藝進(jìn)行垃圾焚燒煙氣處理工作的優(yōu)化，能夠有效減少垃圾焚燒化合物的排放量。但目前在垃圾焚燒煙氣處理過程中，仍然存在一些問題，故通過將對(duì)脫硝工藝進(jìn)行進(jìn)一步研究，為脫硫脫硝效率的提升提供有利的條件。