城市生活垃圾焚烧炉SNCR脱硝技术工程应用

代江燕

（桑德环境资源股份有限公司，北京 101102）

城市生活垃圾焚烧炉SNCR脱硝技术工程应用

代江燕

（桑德环境资源股份有限公司，北京 101102）

以2×500t/d生活垃圾焚烧炉排炉SNCR尿素脱硝实际工程为例，技术性分析显示：SNCR系统在机组负荷在60%～100%的MCR负荷范围内能有效运行，脱硝效率不低于40%，氨逃逸率小于8ppm，不增加系统阻力，不对锅炉运行造成干扰。经济性分析显示：SNCR系统建设周期短、投资费用低；年运行费用中的还原剂所占比例最大；年运行费影响因素敏感性分析显示：还原剂价格对年运行费的影响程度大，其次为年利用小时数、烟气量、总投资，影响程度最小的为排污费。

生活垃圾；焚烧炉；SNCR

生活垃圾焚烧过程中会产生大量有毒有害气体，其中氮氧化物因危害性大、处置难度高而备受重视。NOx在大气中会造成酸雨，并且是光化学烟雾的前驱体，同时其直接作用于人体时会破坏呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿［1］。《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）中规定NOx的日均排放浓度不超过250mg/m3，因此采用脱硝技术来控制NOx的排放已经迫在眉睫。

生活垃圾焚烧过程中产生的NOx削减技术包括低氮燃烧技术、SNCR技术、SCR技术等［2］，其中SNCR技术因安全适用、操作方便、价格低廉而被广泛应用于生活垃圾焚烧行业。

1　SNCR工艺的选择

SNCR工艺最初由美国Exxon公司发明并于1974年在日本成功投入工业应用［3］。20世纪80年代末，欧盟国家的燃煤电厂也开始应用。迄今为止，全世界约有300套SNCR装置应用于电站锅炉、工业锅炉、市政垃圾焚烧炉和其他燃烧装置。

SNCR工艺的整个还原过程都在锅炉内进行，不需催化剂，也不需另设反应器。SNCR工艺可采用的还原剂有三种：液氨，氨水和尿素［4］。各还原剂应用工艺比较见表1。

表1　液氨、氨水、尿素应用于SNCR工艺比较

液氨对项目的安全性要求极高，在垃圾焚烧项目中极少采用；氨水相对液氨安全，但国内采购氨水浓度仅为25%，脱硝系统氨水用量大，且运输过程费用高，万一发生泄漏，对人员存在一定危害。从系统安全性、采购方便、运输简单和系统维护简单等多方面综合考虑，多选用尿素作为还原剂。本文所举例的垃圾焚烧项目的SNCR装置以尿素作为还原剂。

2　SNCR技术工程应用实例

2.1工程概况

垃圾焚烧处理量为2×500t/d；汽轮发电机2×12MW；垃圾焚烧炉出口烟气量/单炉58，461Nm3/h（MCR，dry）；后燃烧室的最低温度（二次风）850℃；烟气在超过850℃范围内的停留时间≥2s；垃圾焚烧炉炉内烟气NOx含量380mg/Nm3；余热锅炉出口烟气NOx含量≤200mg/Nm3；氨氮比1.5；尿素纯度98%

2.2工艺计算及设备选型

该项目SNCR工艺流程见图1。

图1　SNCR工艺流程

尿素袋由电动葫芦运送到尿素溶解罐，用软水将尿素颗粒溶解成40wt％（密度1.112t/m3）的尿素溶液，再通过溶解泵输送到两台尿素溶液储存罐，缓冲暂存。尿素储存罐内的溶液用输送泵运送到计量混合装置，与软水混合稀释成10wt％（密度1.05t/m3）的尿素溶液后，再输送到喷射系统。喷射系统的雾化介质为压缩空气，尿素溶液经雾化后喷入到锅炉内与NOx发生反应，从而去除锅炉烟气中的NOx。为了避免尿素溶液再结晶，尿素溶解罐和尿素储存罐设有蒸汽加热装置，尿素管道设置有电伴热。工艺计算与选型如下。

（1）尿素用 量：尿素品质为工业或农用等级（GB2440-2001）的合格尿素。

（2）溶解罐：尿素溶解罐设置1台，溶解罐的溶解出力满足两炉（2×500t/h） 100%BMCR工况5天所需尿素溶液耗量。罐体有效容积：

考虑10%富裕量，选定20m3溶解罐，采用304不锈钢制造，设搅拌装置和蒸汽盘管加热，防止尿素溶液结晶。

（3）溶解泵：共设置2台尿素溶液输送泵，兼备再循环泵的功能，1用1备。尿素溶解后经输送泵送至稀释罐。泵流量：

流量设计10%的富裕量；泵压头考虑高程压损和管道压损，并设计20%的富裕量。选定流量168L/h，压力0.8MPa的输送泵。

（4）储存罐：尿素溶液稀释罐为2台，采用304不锈钢。其储存容量宜为2台炉BMCR工况下5天的平均总消耗量。设蒸气伴热装置，并在罐体内加搅拌器，防止尿素结晶。罐体有效容积：

考虑10%富裕量，选定10m3储存罐。

（5）输送泵：设置4台尿素溶液输送泵，单炉2台，1用1备。

（6）稀释水泵：设置4台稀释水泵，单炉2台，一台放置在软水出口，用于提供输送动力，另一台在计量混合模块内，用于提供混合形成紊流的动力。泵流量：

流量设计10%的富裕量；压力设计20%的富裕量，选定320L/h，压力1MPa的稀释水泵。

3　系统运行

锅炉运行期间，SNCR系统也必须连续投入运行。喷尿素量和锅炉负荷关系曲线作为前馈信号，即按照设计计算所确定的锅炉不同负荷下的喷尿素量进行喷尿素量自动调节。然而在相同锅炉负荷条件下，由于入炉垃圾量和运行条件的不同会导致锅炉出口的初始NOx量的变化，因此SNCR系统还需要反馈信号来修正运行工况。这个反馈信号就是装设在烟囱里的烟气排放测量值，第一要素是 NOx，第二要素是NH3。当测量的NOx值高于设定目标时，系统逐渐增大喷入炉内的尿素溶液量，而在 NOx合乎排放限定值的情况下，要判断NH3是否超出排放限制值，若超出，则需要降低喷射的尿素溶液量，以减少氨逃逸量到限制值之内。这一个前馈曲线和一组反馈信号通过DCS指令实现了一个闭环控制，其指令最终通过调节阀的动作，精确地调节喷尿素量，达到SNCR系统最终输出目的值，使NOx排放达标。

尿素SNCR系统在实际调试运行过程中，锅炉负荷在60%～100%变化范围内。SNCR的脱硝效率见表2。

表2　锅炉负荷60%～100%变化范围内SNCR的脱硝效率

从表2可见，SNCR应用于生活垃圾焚烧发电锅炉，NOx脱除效率达到40%～60%，氨逃逸小于8ppm。SNCR还可与其他脱硝工艺组合使用，如与低氮燃烧技术组合使用，脱硝效率达可到40%～70%；与SCR联合使用，脱硝效率可达到40%～90%。

4　经济性分析

4.1投资费用

SNCR工程与垃圾焚烧发电主体工程同时设计、同时建设、同时运营［11］。按主体工程的经济指标，贷款额取投资额的60%，等额还本付息，还款期10年，年利率5.4%（2015年6月基准利率），建设期半年，运行期20年。SNCR工程投资费用见表3。从表3中可见，设备购置费在各项投资费用中所占比例最大，达到 80.2%，其次为安装工程费用，为7.3%，由于SNCR脱硝装置建设周期短，其建设期贷款利息低，设备相对简单，投资费用相对较低。

表3　SNCR 脱硝装置投资费用

4.2年运行费

年运行费包括原料耗损费，人工费、折旧费、大修费、管理费、利息等（见表4）。

表4　SNCR项目年运行费

4.3年运行费影响指标分析

从表4可见，影响SNCR脱硝装置年运行费的经济指标主要影响因素有还原剂费用（占74.4%）、折旧费（占13.6%）和相对年收入（占11.6%）。还原剂费用主要与脱硝装置年利用小时数、还原剂耗量、还原剂价格等有关；年折旧费与投资费、运行寿命和固定资产残值有关；相对年收入与排污费、NOx脱除总量有关，还原剂耗量和NOx脱除总量均与烟气量和入口NOx浓度相关。根据上述分析，选择投资费、年利用小时数、烟气量、还原剂价格、排污费为影响指标，分析各项指标与年运行费及单位脱硝费的关系，分析参数见图2～图6。

图2　　总投资对年运行费用及单位脱硝费用的影响

图3　年运行小时数对年运行费用及单位脱硝费用的影响

图4　烟气量对年运行费用及单位脱硝费用的影响

图5　还原剂价格对年运行费用及单位脱硝费用的影响

图6　排污费对年运行费用及单位脱硝费用的影响

从图2～图6可见，年运行费用与总投资、年运行小时数、烟气量、还原剂价格成正比，与排污费成反比；单位脱硝费用与总投资、还原剂价格成正比，与年运行小时数、烟气量、排污费成反比。

为更进一步分析各项指标对年运行费的影响，将年运行费作为评价指标，总投资、年运行小时数、烟气量、还原剂价格、排污费为不确定因素，分析评价指标对不确定因素的敏感程度见图7。

从图7可见，还原剂价格对年运行费的影响程度大，其次为年运行小时数、烟气量、总投资，影响程度最小的为排污费。

图7　年运行费对不确定因素的敏感程度分析

图2～图7的参数表明：1）要降低年运行费和单位脱硝费，还原剂价格是第一影响要素，因此要在保证还原剂品质的前提下，最大限度地降低其价格。2）随着年运行小时数和烟气量的增大，年运行费增大但单位脱硝费减少，设定合理的年运行小时数和烟气量是提高项目经济性的途径之一。在项目运营中，该两个因素与垃圾的处理量密切相关，要尽量合理分配垃圾的入炉量，并调整工况在稳定状态，避免在一段时间内突然增加或突然减少，保证设备正常运行，达到设定的年运行小时数和烟气量。3）科学合理控制总投资。4）排污费对年运行费影响程度小，但值得注意的是，从图6可见，本项目中排污费达到每污染当量12元时，年运行费和单位脱硝费才转换为负值，而当前排污费的实际标准为每污染当量1.2元，远小于年运行费等为负值的排污费，这也就是焚烧厂家宁愿选择罚款而不愿意选择更高的运行费的原因，因此，进一步加强规范排放氮氧化物收费措施势在必行。

［1］ 李雪飞，张文辉，杜明华.干法烟气脱硝综述［J］.洁净煤技术，2006，12（3）：42-44.

［2］ 范海燕，刘建忠，顾震宇，等.生活垃圾焚烧厂脱硝技术探讨［J］.工业锅炉，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