危废焚烧装置烟气SNCR脱氮方案

崔保命

(山西潞安煤基清洁能源有限责任公司，山西 长治 046200)

引 言

山西潞安高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目环保配套工程危险废物处置装置，工程范围主要包括危险废物的污泥干化处理、焚烧处理、飞灰固化处理的生产设施，以及与其相配套的公用设施、辅助设施及生活管理设施等。焚烧处理设备包括：焚烧系统、余热利用系统、烟气处理系统及附属设施。焚烧系统包括焚烧炉及其附属的上料、助燃、出灰等设施，焚烧技术的关键是焚烧炉。

经在二燃室充分燃烧的高温烟气由烟道进入余热锅炉进行热量回收，余热锅炉将烟气中的部分热能回收，产生的蒸汽供内部使用。此外还需配备锅炉软化水处理系统以及自动给水系统。烟气经过余热锅炉后，温度由原来的950 ℃～1 100 ℃以上降至500 ℃左右进入急冷塔。余热锅炉第一炉膛设置非催化还原(SNCR)脱氮系统。

1 SNCR脱氮技术介绍

山西潞安高硫煤清洁利用油化电热一体化示范项目危险废弃物处置装置(焚烧装置)脱氮设施按照环评报告要求选用SNCR脱氮工艺。选择性非催化还原法(SNCR)是指无催化剂的作用下，在适合脱氮反应的“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。还原剂只和烟气中的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，因此必须在高温区加入还原剂。还原剂喷入炉膛温度为850 ℃～1 100 ℃，迅速热分解成NH3，与烟气中的NOx反应生成N2和水。

本项目采用尿素作为还原剂还原NOx的主要化学反应式见式(1)～式(3)。

(1)

(2)

(3)

SNCR工艺流程，如图1所示。

图1 SNCR工艺流程图

2 脱氮工艺技术

SNCR脱氮系统采用尿素作为脱氮剂。本项目采用高温焚烧法处理危险废物。危险废物在回转窑内焚烧后，高温烟气进入二燃室，并在二燃室停留时间超过2 s，二燃室出口处的烟气温度为1 100 ℃以上，之后烟气进入余热锅炉，使烟气温度降低至500 ℃～550 ℃，在余热锅炉上设有SNCR脱氮系统。经余热锅炉降温后烟气进入烟气处理系统。SNCR脱氮系统能够适应额定烟气量50%～120%，烟气温度(950±50)℃的变化，脱氮系统能够根据烟气量及烟气成分波动调节尿素溶液投加量，保证脱氮后烟气NOx指标始终低于排放限值。根据其他装置实际运行数据情况，采用SNCR系统脱氮的效率为30%～60%，脱氮效率主要受温度、停留时间及喷入雾化效果影响，但主要影响因素为温度影响。温度对脱氮效率的影响曲线，如图2所示。

图2 SNCR系统反应温度与脱氮的效率曲线

从图2可以看出脱氮效率最高为温度在900 ℃～950 ℃。

根据本项目基础设计阶段提供进料组成，核算二燃室出口进入到余热锅炉的烟囱成分数据，如表1所示。

表1 余热锅炉的烟囱成分数据表①

2.1 SNCR系统主要设备(见表2)。

表2 SNCR系统主要设备一览表

3 经济计算基础

根据SNCR配置情况，主要消耗为电、水、尿素。各品种消耗及费用如下：

电：消耗4 kW·h，电费0.63元/kW·h；

工业水：消耗0.029 t/h，水费3.5元/t；

尿素：消耗0.006 t/h(100%)，价格2 200元/t。

根据以上数据核算年运行费用，如表3所示。

表3 运行经济分析表

根据核算，年运行费用约为12.65万元，主要费用为采购尿素费用。

4 结语

危废焚烧装置烟气经过脱氮后排放，烟气排放标准《危险废物焚烧污染控制标准》(GB18484-2001)中NOx限值500 mg/m3，进一步减少整个项目的氮氧化物污染排放总量。采用尿素作为还原剂相对于氨更加安全可靠经济。