摘要：氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)控制為垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目煙氣凈化中的重要指標(biāo)。本文根據(jù)垃圾焚燒項(xiàng)目煙氣凈化提標(biāo)改造的契機(jī)，運(yùn)用PNCR+SNCR結(jié)合工藝，解決原有SNCR工藝達(dá)不到環(huán)保新指標(biāo)的難題，并通過調(diào)試運(yùn)行，將兩者有機(jī)結(jié)合，降低PNCR單一工藝的運(yùn)行成本，在實(shí)際項(xiàng)目中取得良好效果。

關(guān)鍵詞：氮氧化物 PNCR+SNCR

引言

垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目煙氣凈化現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB18485-2014《垃圾焚燒大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中指出氮氧化物小時(shí)均值在基準(zhǔn)氧含量11%的條件下不高于300mg/m3。為了改善環(huán)境污染的現(xiàn)狀，河南省發(fā)布豫環(huán)攻堅(jiān)辦[2020]7號(hào)《關(guān)于印發(fā)河南省2020年大氣、水、土壤污染防治實(shí)施方案的通知》，要求2020年底之前河南省垃圾發(fā)電企業(yè)要滿足《河南省2020年大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》第33條垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)全面完成提標(biāo)治理，焚燒爐煙氣顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度小時(shí)均值在基準(zhǔn)氧含量11%的條件下分別不高于10、35、100mg/m3，采用氨法脫硝、氨法脫硫工藝的垃圾焚燒廢氣氨逃逸濃度不高于8mg/m³。針對(duì)更加嚴(yán)苛的排放指標(biāo)，垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目如何保證效益？本文根據(jù)這種境遇，結(jié)合河南某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出PNCR+SNCR結(jié)合工藝在當(dāng)前環(huán)保形式的運(yùn)用。

1.工藝原理

1.1 SNCR脫硝工藝原理

選擇性非催化還原（SNCR）脫硝技術(shù)是在最適宜的爐膛溫度范圍內(nèi)，噴入尿素或氨水等帶氨基還原劑，噴入爐膛內(nèi)的氨基還原劑在高溫下迅速分解，與煙氣中的氮氧化物（NO、NO2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成N₂和水。還原劑基本不與煙氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，在特定的溫度內(nèi)，氮氧化物的還原反應(yīng)優(yōu)于其他化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，因此，它被認(rèn)為是一種選擇性的化學(xué)過程[1]。

尿素做還原劑時(shí)，在爐膛高溫工況下，尿素溶液與氮氧化物發(fā)生如下反應(yīng)：

CO(NH₂)₂+H₂O=2NH₃+CO₂

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O

氨水做還原劑時(shí)，在高溫下，氨與氮氧化物發(fā)生如下反應(yīng)：

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

但當(dāng)溫度高于1050℃時(shí)，氨會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生NO，即：

4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O

本次運(yùn)行項(xiàng)目采用20%濃度氨水作為還原劑，經(jīng)專用噴射器噴入爐膛進(jìn)行反應(yīng)。

1.2 PNCR脫硝工藝反應(yīng)原理

高分子煙氣脫硝技術(shù)(PNCR)是一種既有SCR技術(shù)脫硝率高和SNCR技術(shù)投資運(yùn)行費(fèi)用低的優(yōu)勢(shì)，而又區(qū)別于單純的SNCR和SCR的新的脫硝方式[2]。PNCR是將固體粉末狀的脫硝劑通過氣力輸送的方式噴入余熱鍋爐爐膛，噴射最佳溫度窗口為800~1050℃，在此溫度下，粉末狀的脫硝劑分解釋放出高活性的氨基自由基，氨基與煙氣中的氮氧化物反應(yīng)，將氮氧化物還原成N₂。反應(yīng)式為：

CO(NH₂)₂+H₂O=2NH₃+CO₂↑

4NO+4NH₃+O₂=4N₂↑+6H₂O

4NO₂+2NH₃+O₂=3N₂↑+6H₂O

2.工藝流程

焚燒爐煙氣經(jīng)過余熱鍋爐，再經(jīng)省煤器進(jìn)入SDA反應(yīng)塔脫除煙氣中的硫化物，然后煙氣再經(jīng)干法脫硫+活性炭+SDS脫硫工藝，最后經(jīng)過除塵器脫除灰塵顆粒物，經(jīng)煙囪排放。具體流程見圖1：

圖1 工藝流程圖

3.技術(shù)參數(shù)

3.1 煙氣參數(shù)

本次技改提標(biāo)項(xiàng)目的垃圾焚燒爐出口煙氣情況見表1：

表 1 垃圾焚燒爐出口煙氣情況

采用PNCR+SNCR工藝路線的處理效果是氮氧化物的排放量達(dá)到小時(shí)均值100mg/Nm3以下。

3.2 SNCR設(shè)備參數(shù)

SNCR系統(tǒng)主要由氨水儲(chǔ)存罐、輸送泵、氨水分配模塊、二流體噴槍組成。具體流程圖見圖2：

圖2 SNCR工藝流程圖

氨水溶液經(jīng)罐車由氨水加注泵轉(zhuǎn)運(yùn)到氨水儲(chǔ)存罐，再由氨水溶液定量輸送泵輸送至分配模塊，經(jīng)分配模塊精確計(jì)量分配到每根噴槍，然后被壓縮空氣霧化后由噴槍噴入焚燒爐膛內(nèi)，與煙氣中氮氧化物進(jìn)行選擇性反應(yīng)，生成N₂和H₂O。

3.3 PNCR設(shè)備參數(shù)

PNCR系統(tǒng)主要設(shè)備有羅茨風(fēng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)給料、螺桿分配、計(jì)量稱重裝置、料噴射器、氣料分配器、噴槍及管路、變頻控制給料、集中控制模塊等。相關(guān)工藝流程見圖3：

圖3 PNCR流程圖

PNCR脫硝設(shè)備布置在鍋爐脫酸反應(yīng)塔下零米層。鋪設(shè)一根DN100主輸送管道（材質(zhì)304不銹鋼）至鍋爐前30.7米層平臺(tái)中部，然后分成兩路DN80管道至爐前兩側(cè)鋼柱旁，兩側(cè)各安裝一個(gè)特制球形分配器（1拖8型），共設(shè)置16個(gè)出口，配16只DN32不銹鋼球閥，用金屬軟管（DN32）將噴槍與球閥連接后安裝在預(yù)留噴槍套管（DN65）內(nèi)。輸送管路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況安裝布置，盡量減少?gòu)濐^和管路總長(zhǎng)度，要求彎頭采用大轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)彎頭全部采用大半徑(R=5~10d)，并且兩端采用不銹鋼法蘭連接。鍋爐本體噴槍安裝處需布置工藝用壓縮空氣管道（一路主管DN40,16路支管DN10），噴槍采用內(nèi)外套管式噴槍，脫硝劑由內(nèi)槍噴入，冷卻用壓縮空氣由外套管接入冷卻噴槍。

鍋爐本體開孔布置在焚燒爐第一煙道標(biāo)高31米和33米層布置兩層，每層分別布置6個(gè)噴槍，其中爐前墻2個(gè)氨槍，左右兩側(cè)墻布置2個(gè)氨槍；焚燒爐第二煙道標(biāo)高32米層左右兩側(cè)布置一層，每側(cè)2個(gè)氨槍，單臺(tái)鍋爐共計(jì)布置共計(jì)16個(gè)氨槍，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備見圖4：

圖4 PNCR現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備圖

本次提標(biāo)改造項(xiàng)目采用“一拖一”式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。即一套儲(chǔ)料，由1套旋轉(zhuǎn)給料機(jī)、緩沖料斗、計(jì)量螺桿裝置，供配輸送物料至1條焚燒線的脫硝噴槍內(nèi)，并能獨(dú)立操作與控制，所用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械均一用一備。相關(guān)參數(shù)見表2：

表2 PNCR系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

4.實(shí)際運(yùn)行效果

本次提標(biāo)改造項(xiàng)目經(jīng)過一個(gè)月調(diào)試運(yùn)行后，所有參數(shù)均在氧含量11%，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下測(cè)得。相關(guān)指標(biāo)測(cè)試見表4：

表4 PNCR+SNCR工藝實(shí)際運(yùn)行效果

▲提標(biāo)改造后

NOX排放數(shù)據(jù)軌跡控制在60mg/Nm3~90mg/Nm3，

SO₂排放數(shù)據(jù)軌跡控制在12mg/Nm3~35mg/Nm3。

通過實(shí)際運(yùn)行效果分析，PNCR+SNCR可以達(dá)到氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)控制在100mg/m3以下，綜合脫硝效果率在75%以上。并通過實(shí)際耗量分析，PNCR+SNCR工藝高分子脫硝劑的耗量控制合理，綜合成本可控。

PNCR作為補(bǔ)全SNCR脫硝效率較低的工藝技術(shù)，其投資數(shù)額較SCR更低。但與SNCR同為爐內(nèi)脫硝手段，氨逃逸亦為檢驗(yàn)其運(yùn)行效果的重要指標(biāo)，本次調(diào)試運(yùn)行周期內(nèi)，針對(duì)氨逃逸做了第三方權(quán)威檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，低于8mg/m3，見圖5：

圖5 PNCR氨逃逸數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果

5.結(jié)論

（1）PNCR+SNCR工藝技術(shù)在垃圾焚燒項(xiàng)目實(shí)踐證明，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，脫硝效果顯著，具備超凈排放能力。

高分子干法脫硝技術(shù)PNCR相比SCR在設(shè)備占地、初期投資、安裝工期、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用均具有明顯優(yōu)勢(shì)。

PNCR結(jié)合已有SNCR設(shè)備使用，對(duì)于提標(biāo)改造項(xiàng)目頗具優(yōu)勢(shì)，值得借鑒。