生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺选择分析

王琦祯

（厦门佰瑞福环保科技有限公司上海分公司，上海 200092）

0 引言

生活垃圾焚烧烟气脱硝环节常常被专家学者认定为具有复杂性和系统性两个鲜明的特征，生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺的广泛应用能够促使人居环境得以优化，确保居民的生产生活不会受到生活垃圾以及生活垃圾焚烧烟气所影响。当前国内生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺主要有SNCR（选择性非催化还原）和SCR（选择性催化还原）两种，这两种生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺随着我国垃圾焚烧行业的快速发展，不断被广泛应用，为国内生活垃圾净化处理提供了保障。随着国内生活垃圾焚烧相关行业的发展，生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺技术也逐步从青涩走向成熟，被越来越多的生活垃圾焚烧企业所广泛应用，尤其是联合工艺的应用，通过将两个生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺分段使用或联合应用，使得生活垃圾焚烧烟气脱硝效率大幅提升，规避了单个脱硝工艺应用过程中存在的显著弊端，使得生活垃圾净化处理工作更上一层楼。但生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺的应用应充分结合实际，合理进行工艺选择，以确保生活垃圾焚烧烟气脱硝工作的开展能够发挥实效，并使成本得到有效控制。

1 生活垃圾焚烧常见的脱硝工艺

生活垃圾焚烧烟气中的氮氧化物处理通常在燃烧中或燃烧后两个阶段进行处理，燃烧中选择向高温炉膛内喷入氨基还原剂在无催化剂条件下反应，去除氮氧化物，也就是SNCR 脱销工艺；燃烧后的脱硝处理一般也称为烟气脱销技术，通过中低温反应温度，在催化剂的作用下，使用氨基还原氮氧化物，以达到去除氮氧化物的目的，两种方式在工程上均有较为成熟的应用。

1.1 SNCR 脱硝工艺

SNCR 脱硝工艺即选择性非催化还原技术，顾名思义，SNCR 脱硝工艺的应用原理是在不使用任何催化剂的前提下，在生活垃圾焚烧炉炉膛内部或者在旋风分离筒入口处选择合适的位置，进行氨基还原剂的喷入，使得氨基还原剂能够在生活垃圾焚烧烟气产生或排放前，发生反应，转化为氮气和水，从而实现降低生活垃圾焚烧烟气排放的作用。从原理上讲，在SNCR 系统运行正常的情况下，SNCR 脱硝工艺能够在喷氨量符合条件要求的前提下，实现90%以上的脱硝效率，然而，在SNCR 系统实际运行过程中，却往往受到生活垃圾焚烧炉炉膛内温度分布、负荷波动以及还原剂与烟气混合情况等诸多外部因素的影响，如生活垃圾焚烧炉炉膛内存在温度分布不均或者所选用的还原剂无法与生活垃圾焚烧烟气充分混合等问题，使得SNCR 脱硝系统的运行效率远远达不到预期的90%以上，SNCR 脱硝系统在运行当中，当氨逃逸控制在8 mg/m3以内时，SNCR 脱硝系统的实际脱硝率仅有40%～60%，与预期的90%以上相差甚远。

1.2 SCR 脱硝工艺

SCR 脱硝工艺即选择性催化还原脱硝技术，是当前生活垃圾焚烧烟气脱硝处理工艺中较为常见的一种，在国内生活垃圾焚烧行业被广泛应用。SCR 烟气脱硝工艺是一种炉后脱硝处理方法，在当前国内发展已经相对成熟。SCR 烟气脱硝的工作原理是对温度进行控制，使SCR 系统温度保持在170～350 ℃之间，并利用催化剂影响作用，结合还原剂NH3的使用，将生活垃圾焚烧烟气中的氮氧化合物转化为氮气和水，需要注意的是，还原剂NH3的使用应进行浓度控制，使其符合SCR 脱硝工艺的应用条件。此外，由于垃圾焚烧厂区空气环境恶劣，焚烧的生活垃圾种类繁多，使得生活垃圾焚烧厂区内烟气的成分相对复杂，粉尘、酸性气体浓度、水含量、重金属、二噁英等均会对催化器的活性产生影响；如果不及时对空气中以及厂区内部的污染物进行处理，将会在很大程度上降低催化剂的使用寿命，甚至会影响SCR 脱硝系统的正常使用，因此，生活垃圾焚烧企业往往会慎重选择SCR 系统的布置位置，通常情况下为保证其不受到复杂烟气以及灰尘的影响，会选择布置在袋式除尘器后端。

1.3 PNCR 脱硝系统

PNCR 脱硝系统即高分子选择性脱硝，是我国当前生活垃圾焚烧行业中应用最为广泛，也最符合生活垃圾焚烧行业现代化发展趋势的工艺，其应用为国内实现生活垃圾焚烧烟气脱硝提标，以及为实现生活垃圾焚烧烟气脱硝效率提升提供了新的解决方向。脱硝剂是PNCR 脱硝技术工艺的核心，高分子选择性脱硝技术工艺的原理是气力输送原理，PNCR 系统所采用的脱硝剂多是以粉末状为主，PNCR 在下料的过程中采用负压进行，而输送过程中则采用正压进行，通过这种方式，以及风机的作用，实现脱硝剂从储料仓到生活垃圾焚烧炉炉膛内的输送，并确保脱硝剂抵达最佳反应温区，且粉末材质的脱硝剂喷入生活垃圾焚烧炉炉膛内的温度窗口应控制在800～900 ℃，使氨基和高分子连接的化学链在高温的条件下发生断裂，进而使得较多的含氨自由基被释放出来，促使氨基与生活垃圾焚烧烟气中的氮氧混合气体发生反映，达到生活垃圾焚烧烟气脱硝的目的。通常情况下，PNCR 脱硝系统的脱硝效率能够达到80%左右。

PNCR 是一种高效的脱销技术，但存在堵系统容易堵塞、关键部位，例如管道、喷枪等容易故障，所以在PNCR 系统的设计中，系统的稳定运行最为重要。

1.4 联合脱硝技术

SNCR 脱硝工艺与SCR 脱硝工艺相结合的联合脱硝技术，是当前国内氮氧混合气体超低排放项目中被运用的相对较多的工艺之一，其主要原理是先利用SNCR 系统将生活垃圾焚烧炉炉内的部分氮氧混合气体脱除，然后再利用SCR 系统进行进一步的脱硝，SNCR 脱硝工艺和SCR 脱硝工艺的结合，具有系统运行稳定的优势特征，使得其在生活垃圾焚烧行业内得以广泛应用。SNCR 脱硝工艺与PNCR 脱硝工艺相结合的联合脱硝技术，也是当前国内生活垃圾焚烧烟气脱硝的一种工艺，已经在国内有所应用，其应用原理是使SNCR 脱硝工艺与PNCR 脱硝工艺在生活垃圾焚烧炉炉内完成两级脱硝，从当前SNCR 脱硝与PNCR 脱硝两种工艺联合脱硝技术的应用情况来看，这对组合在生活垃圾焚烧烟气脱硝过程中具有工艺稳定性差的特征。

2 常见脱硝工艺的比较

常见的生活垃圾焚烧烟气脱硝技术有SNCR（选择性非催化还原技术）、SCR（选择性催化还原脱硝技术）、PNCR（高分子选择性脱硝）、SNCR（选择性非催化还原技术）+SCR（选择性催化还原脱硝技术）以及SNCR（选择性非催化还原技术）+PNCR（高分子选择性脱硝），各项脱硝工艺均具有其优势和劣势，生活垃圾焚烧企业在进行脱硝工艺选择时应充分考虑实际情况，根据需求选择合适的脱硝工艺。

1）SNCR 脱硝工艺。SNCR 脱硝工艺相较于其他脱硝工艺具有投资建设成本以及整体运行成本低的优势特征，SNCR 系统不需要催化器可直接通过锅炉喷枪直接注入含氨基还原剂且系统运行稳定性较强。但由于SNCR 工艺受外部环境及外部条件的影响较强，使得SNCR 工艺的脱硝效率通常呈现出偏低的状态，且氨逃逸较高，运用SNCR 工艺进行生活垃圾焚烧气体脱硝工作，往往会导致氮氧混合气体排放无法达到相关标准的要求[1]。在控制较低的氮氧化物排放浓度的状况下，经济效益并不高，但由于工艺成熟、系统稳定，仍然在绝大部分项目中均有应用。

2）SCR 脱硝工艺。SCR 脱硝工艺相较SNCR 脱硝工艺而言，其脱硝效率较高，且氨逃逸少，运用SCR脱硝工艺进行生活垃圾焚烧烟气脱硝处理，能够远超于相关排放标准的要求[2]。同时，还具有SNCR 脱硝工艺稳定性强的优势特征，但SCR 脱硝工艺的缺点也相对明显，主要表现为两个方面：一方面，SCR 脱硝系统的投资成本以及投入使用后的运行成本相对较高，使得生活垃圾的销毁成本大幅提升；另一方面，SCR 脱硝系统在进行生活垃圾焚烧过程中，所产生的粉尘中往往会含有较多的碱金属，会对SCR 催化剂造成负面影响，甚至造成其使用寿命的降低，为改善这一问题，生活垃圾焚烧企业在进行系统布置时，会选择袋式除尘器后面，这也对低温催化剂以及烟气加热设备提出了要求，导致SCR 脱硝系统整体投资及运行成本大大增加[3]。综合考虑经济型，一般垃圾焚烧的烟气处理通常选用中低温（180～230 ℃）的SCR催化剂，在这个温度段的SCR 催化剂多用V2O5作为活性成分，在应用上会在前段工艺进行脱除酸性气体、粉尘以及其他污染物的措施。SCR 脱销系统单独运行时，也可以达到较高的脱销效率，但是需要更多的催化剂用量，所以工程上一般不会选择单独的SCR作为脱销路线，常会将SCR 脱销工艺与SNCR 工艺或PNCR 工艺进行结合使用。

3）PNCR 脱硝工艺。PNCR 脱硝工艺相较于SNCR脱硝工艺具有投资费用低，不存在增加系统压力损失、氨逃逸率低等优势，且PNCR 系统设备并不会占用较大土地面积，所采用的脱硝剂为固体颗粒，易储存、安全性较高。在系统工艺路线上也相对简单，易于自动化控制，并具有脱硝效率高的优点，经济性较好。同时，PNCR 脱硝工艺还克服了SCR 脱硝工艺烟气中含有碱金属的问题。所以在越来越多的项目上逐步开始工程应用。

SCR 与SNCR 联合脱硝工艺，在生活垃圾焚烧烟气脱硝效率方面具有较强的优势，但是相对SNCR 脱硝工艺由于增设的SCR 工艺会增加项目建设成本和运行成本，所以在《GB18485—2014 排放标准》要求下，通常选用SNCR 脱硝工艺即可满足要求，在更低的地方标准或者环评批复更低排放要求的条件下，SNCR+SCR 工艺既兼顾了氮氧化物超低达标排放的要求，又在经济性上节约了项目总投资及运行成本，而使得此种工艺在超低排放的项目应用中备受青睐。

SNCR 与PNCR 联合脱硝工艺，均在在炉膛内喷入氨基还原剂进行脱销，两种方法选取的温度区间基本一致，虽然脱硝效率较高，但其投资和运行成本并不占主要优势，且具有较强的不稳定性，因此，SNCR与PNCR 联合脱硝工艺在诸多脱硝工艺逐步走向技术成熟的背景下，在生活垃圾焚烧行业市场中很难占据优势地位，需要不断进行技术优化，以提升其稳定性。

3 结语

本文对当前国内应用相对较多，技术相对成熟的生活垃圾焚烧烟气脱硝技术工艺进行阐述，并对比各项工艺技术的优势以及存在的不足，认为对生活垃圾焚烧烟气脱硝技术的选择应该从自身实际出发，从氮氧化物原始浓度、工艺温度、排放要求等多方面综合考虑。

在应用上目前多采用SNCR 或者PNCR 脱硝工艺，但如烟气排放标准要求较高且生产规模加大，营业利润较高的企业，特别是沿海地区以及海南地区由于逐年排放标准的不断提高，在新建项目上多选择脱硝效率较高的SCR 与SNCR 联合脱硝工艺。总之，对生活垃圾焚烧烟气脱硝工艺的选择应充分结合生产实际，考虑经济、技术以及环保要求等诸多外部因素，选择符合自身实际脱硝技术的同时，也应对成本进行控制。