尿素法脱硝技术在垃圾焚烧发电厂的应用

闫志海，柴彬，魏少华，韩学杰

(1. 天津渤海环保工程有限公司 天津300304；2. 溧阳市万远电力建设工程有限公司 江苏溧阳213300；3. 天津和信通自动化技术有限公司 天津300384)

尿素法脱硝技术在垃圾焚烧发电厂的应用

闫志海1，柴彬1，魏少华2，韩学杰3

(1. 天津渤海环保工程有限公司 天津300304；2. 溧阳市万远电力建设工程有限公司 江苏溧阳213300；3. 天津和信通自动化技术有限公司 天津300384)

阐述了烟气脱硝技术的基本原理，并综述了以尿素为还原剂的脱硝技术以及工艺流程、详细配置。以扬州市生活垃圾发电厂脱硝项目的实际工程为例，分别描述了各单元设备的配置及参数，主要包括软水存储及输送单元、尿素溶液制备单元、尿素溶液存储及输送单元、计量混合与喷射单元、设备保温、清洗单元以及控制单元。通过实际工程应用对尿素法脱硝技术进行了总结。经验证，烟气中氮氧化物排放达标，具有良好的推广前景。

脱硝 氮氧化物 尿素 软水 蒸汽

0 引 言

选择性非催化还原是指无催化剂的作用下，在适合脱硝反应的“温度窗口”内喷入还原剂将烟气中的氮氧化物还原为无害的氮气和水。该技术一般采用炉内喷氨、尿素或氢氨酸作为还原剂还原NOx。还原剂仅与烟气中的NOx反应，一般不与氧反应，该技术不采用催化剂，所以这种方法被称为选择性非催化还原法(SNCR)。由于该工艺不使用催化剂，因此必须在850～1,100,℃的温度区域注入还原剂并迅速热分解成NH3与烟气中的NOx反应生成氮气和水。

本文以尿素为还原剂的脱硝技术在扬州市垃圾焚烧发电厂的应用为例，对成套设备及工艺技术进行综述与分析。

1 项目概况

扬州市生活垃圾焚烧发电厂厂址位于扬州市邗江区杨庙镇赵庄村旁的静脉产业园内，分成一期、二期建设。初期建设规模为日焚烧处理生活垃圾1,000,t，为2条500,t/d炉排炉型。二期扩建1条610,t/d炉排炉型，余热锅炉和汽轮发电余热锅炉配置为中温中压，余热锅炉1台(额定蒸发量56.4,t/h)，汽轮发电机组为1台12,MW凝汽式汽轮发电机(最大15,MW)。其中，烟气中氮氧化物的排放限制将按照《生活垃圾焚烧污染控制标准GB,18485—2014》的相关内容执行，故新增1套SNCR脱硝系统以满足排放指标，通过工艺分析与比较最终选取了尿素法烟气脱硝技术并进行了建设。

2 烟气脱硝技术的基本原理

选择性非催化还原(SNCR)脱除NOx技术是把含有氨基的还原剂(如氨气、氨水或者尿素等)喷入炉膛温度为850～1,100,℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3和其他副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2。

采用NH3作为还原剂时，还原NOx的化学反应方程式主要为：

而采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应方程式为：

脱硝效率主要依赖于反应温度，另外，还原剂注入炉膛时布置的位置也很关键。如果还原剂液滴能均匀地分布在反应区域的截面上，那么不但能提高氮氧化物的去除率，而且能降低氨逃逸从而降低还原剂耗材的用量成本。

3 以尿素为还原剂的脱硝技术

尿素法脱硝技术的成套设备主要包括软水存储及输送单元、尿素溶液制备单元、尿素溶液存储及输送单元、蒸汽加热单元、计量混合与喷射单元、设备保温、清洗单元以及控制单元等。以下内容将对扬州脱硝项目建设时的各单元及设备进行详细阐述，工艺流程示意图如图1所示：

图1 工艺流程图Fig.1 Process flow diagram

3.1 软水存储及输送单元

该单元主要由软水存储罐(扬州项目设计为总容积约11,m3，材质为5,mm厚的SUS304不锈钢，具体容积应根据项目情况而定)、软水设备(1用1备，可分别或同时将软水输送至软水存储罐与制备罐，水源要求浊度≤3度，硬度≤12,mmol/L，压力大于0.2,MPa，处理能力5,t/h/台)、软水输送泵撬等组成。当厂区自备软水设备或自行制备除盐水时，可不增设软水设备。

软水存储罐内部设置蒸汽加热盘管(SUS316不锈钢材质的无缝管，总蒸汽来源是厂区二抽，温度为219,℃，压力为0.6,MPa，总消耗量约2,t/h，管道接口为DN80)，加热温度控制在50～60,℃(由温度传感器与PLC自动调节蒸汽阀完成，并在罐体侧壁设置了指针式温度表)，罐体外部设置保温层。液位的检测由带远传信号的磁翻板液位计完成，同时能物理显示液位高度。软水输送泵撬的出口设置冲洗旁路。

3.2 尿素溶液制备单元

尿素溶液制备时，采用真空上料机(或电动葫芦)将农业用颗粒状尿素[总氮(以干基计)≥46.3%,，50,kg/袋。由人工拆袋并搬运至真空上料机的投料口，扬州脱硝项目投运后每次制备需要19袋左右，可根据尿素溶液的调制浓度而改变尿素的投料量]输送至制备罐(总容积约6,m3)，并由蒸汽盘管将软水加热至50～60,℃，温度的控制由温度传感器检测并由PLC自动控制蒸汽阀的启闭。尿素溶液通过搅拌器搅拌均匀，再由浓度计检测达到约20%,～40%,的浓度(不建议配置浓度超过40%,，浓度低不易结晶)，制备罐体、溶液输送管道与蒸汽管道均设置保温。

本单元系统是间歇运行，根据尿素溶液存储罐的液位高度进行制备，制备完毕后的尿素溶液通过制备罐出口的输送泵撬送入存储罐(总容积约25,m3，有效容积小于总容积，可根据生产需要设计液位计的安装位置)。

3.3 尿素溶液存储及输送单元

存储罐内部设置蒸汽加热盘管，温度控制在50～60,℃(由温度传感器与PLC自动调节蒸汽阀完成)，罐体外部设置保温层，为了防止SNCR系统停运过长时尿素结晶，则在存储罐顶部设置搅拌器(安装3层SUS304材质的螺旋桨样式叶轮)。罐体顶部设置检修入孔，内壁设置检修爬梯。液位的检测由带远传信号的磁翻板液位计完成，同时也能物理显示液位高度。存储溶液的用量可满足3台炉满负荷运行约5,d(使用天数由烟气中NOx含量与存储罐体的容积决定)。

3.4 疏水单元

疏水单元由疏水罐与凝结水输送泵撬组成。疏水罐选用SUS304材质的6,mm钢板焊接而成，工作压力＜0.3,MPa，并安装有相应的蒸汽进口、出口法兰以及带远传信号的磁翻板液位计、压力表、泄压阀等。尿素溶液制备罐、软水存储罐以及尿素溶液存储罐的蒸汽加热盘管出口通过管道连接至疏水罐进口，而疏水罐的出口与厂区疏水箱相连接。罐体外部设置保温层，冷凝水则通过泵撬输送至软水罐以及制备罐。

3.5 计量混合与喷射单元

储罐内的尿素溶液通过输送泵送至计量混合模块，与软水存储罐通过输送泵撬的软水经过静态混合器混合后送至安装在焚烧线余热锅炉上的专用喷枪喷入炉膛。

计量混合模块主要由气动调节阀组与流量计、阀组、热控仪表、管件等组成，并能实现尿素溶液与软化水的自动配比、计量(由PLC程序控制气动调节阀完成)。喷射模块设置转子流量计、仪表气源、厂用气源以及压力调节阀组、仪表、管件等。其中，厂用压缩空气用于混合溶液的雾化以及喷枪的冷却(可选用离心风机送风冷却每根喷枪)。

该SNCR脱硝技术项目共在3台焚烧的炉膛高温区前墙、侧墙分为两层共布置26根喷枪，选取的喷枪形式为双流体(扇形)，喷头型号为1/4,KSAMM 0666，额定流量为50,L/h，可调范围为20～90,L/h(可通过调整雾化空气流量与压力)，喷射角为60,°，整根喷枪包括喷头、喷杆、保护管、钢丝软管，材质均为SUS316L。雾化空气的消耗量额定值为7.5,m3/h，气压要求0.28,MPa。

3.6 设备保温

该项目的成套设备以及管道均进行保温，减小溶液热量流失并防止人体接触烫伤。其中，制备罐、软水罐、存储罐采取50,mm厚离心玻璃面以及铝箔，而蒸汽管道支路以及输送管道采用石棉绳缠绕的方式。施工质量按照《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB,50242—2002执行。

3.7 清洗单元

当某台或全部垃圾焚烧炉停炉检修时则自动或手动启动清洗单元，以防止尿素溶液冷却后在管道里结晶、堵塞喷枪。多台锅炉可共用一整套清洗单元，而每一层清洗组件对应一套计量混合单元。清洗单元主要由气动阀组、检修旁路等组成，相对而言设备较少，但能起到防堵塞的作用。清洗单元的进口与软水存储罐的输送泵撬出口相连接，清洗单元的出口分为两条支路，其中一条连接到计量混合单元，而另一条连接至尿素溶液输送支路(存储罐输送泵撬的出口位置)。

3.8 控制单元

成套控制系统主要由PLC柜、动力柜等组成，通过程序的编制以及线路的连接能满足脱硝系统的自动/手动(以及就地/远程)控制要求，确保NOx排放值达到国标要求。尿素溶液喷射量可根据NOx监测值进行自动控制(调整气动调节阀的开度)，在烟气出口达标的情况下，实现全自动温度追踪以及喷射量调节，以达到较低的还原剂消耗。

控制系统可在无需现场人员配合的条件下，在PLC柜面板的触摸屏、就地操作箱或在集中控制室(远程DCS系统)完成对脱硝系统内尿素溶液或软水的输送、加热、计量以及各种泵、气动阀门、搅拌机等设备的启停控制。就地控制箱设有必要的操作开关和按钮以完成对运行的控制及故障报警等。

控制单元能够完成脱硝系统内的液位(温度)测量、状态参数监视、启停操作、全自动控制、故障报警及联锁保护等功能。脱硝系统内部设备之间的信号、指令传输方式与发电厂自有控制系统之间，如烟气监测系统(CEMS)等重要信号采用与主控DCS匹配的通信协议，脱硝系统控制单元中留有相应的通讯接口。

4 总 结

国内用于减少生活垃圾焚烧发电厂烟气中氮氧化物排放的处理工艺有多种，普遍采用的SNCR脱硝技术为氨水法，但氨水属于危险化学品，在运输(浓度不应超过20%,)以及使用时需要采取较高的安全措施才能保证正常运行。本文综述的尿素法脱硝技术已在国内多个垃圾焚烧发电厂应用并取得成功，达到了国标排放限值，且农用尿素不属于危险化学品，方便购买与运输，满足了用户的使用安全要求，以尿素为还原剂的SNCR脱硝技术将有良好的推广前景。■

［1］ 蒋文举. 烟气脱硫脱硝技术手册[M]. 北京：化学工业出版社，2006：399-400.

［2］ 闫志海，赵昕哲，董珂，等. 垃圾焚烧发电厂烟气净化技术方案的选择[J]. 节能与环保，2008(5)：24-26.

［3］ 潘光，李恒庆，由希华，等. 烟气脱硝技术及在我国的应用[A]. 2010中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C]，2010.

［4］ 王方群，杜云贵，刘艺，等. 国内燃煤电厂烟气脱硝发展现状及建议[J]. 电力环境保护，2007(3)：20-23.

Application of Urea Denitration Technology in Waste Incineration Power Plants

YAN Zhihai1，CHAI Bin1，WEI Shaohua2，HAN Xuejie3
(1．Tianjin Bohai Environmental Protection Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300304，China；2．Liyang Wanyuan Power Construction Engineering Co.，Ltd.，Liyang 213300，Jiangsu Province，China；3．Tianjin Hexintong Automation Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300384，China)

This paper expounds the basic principle of flue gas denitration technology，and summarizes the denitration technology of urea as reductant and its technological process and detailed configuration．Taking Yangzhou city living garbage power plant of denitration project as an example，it describes the configuration and parameters of each unit equipment，mainly including soft water storage and transportation unit，urea solution preparation of storage and transportation unit，measurement unit，urea solution mixing and injection unit，insulation equipment，cleaning unit and control unit．Through the practical engineering application of urea denitration technology which applied the technology of nitrogen oxide in flue gas emission standard authentication，it shows that the technology has a good prospect of popularization.

denitration；NOx；urea；soft water；steam

TM619

A

1006-8945(2016)08-0083-03

2016-07-04