北極星火力發(fā)電網(wǎng)訊:摘要：隨著國家節(jié)能減排的深入推進(jìn)，生活垃圾分焚燒發(fā)電行業(yè)煙氣排放逐步推行超低排放要求，NOX濃度控制已成為必須解決的問題，本文對目前垃圾焚燒發(fā)電廠采用的兩種脫硝技術(shù)進(jìn)行探討，明晰優(yōu)缺點，為生活焚燒發(fā)電廠項目決策提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：生活垃圾焚燒 脫硝 煙氣排放 超低排放
作者：劉耀杰 浙能錦江環(huán)境連云港晨興環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司 江蘇省連云港市 222000
0 引言
垃圾在焚燒過程中會產(chǎn)生危害環(huán)境的煙氣，煙氣成分復(fù)雜，包含HCI、SO2、HF、NOx、二噁英、Pb、Cd、Hg等多種組分。目前國內(nèi)焚燒廠主流煙氣凈化采用“SNCR+半干法脫酸+干法+活性炭噴射+布袋除塵器“處理工藝。現(xiàn)階段我國垃圾焚燒廠煙氣排放執(zhí)行GB18458-2014標(biāo)準(zhǔn)，部分大氣環(huán)境承載力不高和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，采用更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EU2000/76/EC)或歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)（如表1所示）。下文通過對比SNCR和SCR兩種脫硝技術(shù)，為生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)NOX控制提供參考依據(jù)。
表1 生活垃圾焚燒煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)限制
1 SNCR脫硝
1.1 SNCR脫硝原理
SNCR脫硝技術(shù)即選擇性非催化還原技術(shù)，是一種不用催化劑， 在 850～1100℃的溫度范圍內(nèi)，將含氨基的還原劑（如氨水，尿素溶液等）噴入爐內(nèi)，將煙氣中的NOx還原脫除，生成氮氣和水的清潔脫硝技術(shù)。其反應(yīng)原理如下：
1.2 SNCR脫硝技術(shù)特點
SNCR脫硝設(shè)備工程造價低、布置簡易、占地面積小，脫硝效率在30%~50%之間，無法達(dá)到超低排放要求。同時該反應(yīng)需要一定的溫度范圍，通常在850℃~1090℃的溫度區(qū)間內(nèi)有夠的反應(yīng)時間才能有效。較低的溫度下，NO與氨反應(yīng)速率太慢，甚至不發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致NOX的低效率和氨逃逸過高。同時在溫度超過1093℃時，氨分解：4NH3+5O2-4NO+6H2O，反而創(chuàng)造出NO。并且氨還可以于其他燃燒物質(zhì)如三氧化硫反應(yīng)形成銨鹽，主要是硫酸氫氨（ABS），ABS在較低溫度下吸濕，吸收氣體的水分會粘結(jié)在空預(yù)器管壁和布袋除塵器，大大降低空預(yù)器效率和布袋除塵器適用壽命。
同時SNCR系統(tǒng)對設(shè)備正常運行和異常事件造成污染和堵塞非常敏感。目前使用的SNCR都是多孔的噴槍，這種孔隙度是的催化劑具有對NOX還原至關(guān)重要的高表面積，但是爐膛中的細(xì)顆粒物、ABS、硅化合物等容易造成噴槍槍頭孔堵塞，影響設(shè)備運行。
2 低溫SCR脫銷技術(shù)
2.1 SCR脫硝原理
低溫SCR脫硝技術(shù)是在催化劑的條件下，在合適的溫度反應(yīng)區(qū)間用還原劑，將煙氣中的NOx、還原為N2和H20，低溫SCR技術(shù)的脫硝效率技術(shù)上沒有上限，從性價比的角度考慮可達(dá)80%以上；還原劑 NH3與氮氧化物（NO和 NO2）進(jìn)行表面反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理如下：
常規(guī)的SNCR技術(shù)無法滿足生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)超低排放的技術(shù)要求，已建成垃圾電廠逐步進(jìn)行超低排放技術(shù)改造，所采用的主要技術(shù)路徑為低溫SCR脫硝技術(shù)。
2.2 SCR脫硝技術(shù)特點
（1）氮氧化物 NO和 NO2在氣相被催化還原。
（2）NOx去除率高，同時 NH3逃逸量少。
（3）與其它 NOx脫除系統(tǒng)相比，NH3的消耗量更低。
（4）適用范圍廣，可用于不同工藝、燃料及煙溫。
（5）不產(chǎn)生廢物產(chǎn)品。
（6）SCR催化劑還有另外一個重要作用，可移除二惡英。此化學(xué)反應(yīng)為表面反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理如下：
3 通用SCR催化劑解析
3.1 常規(guī)催化劑分類
目前常規(guī)的催化劑類型有蜂窩式催化劑、板式催化劑、波紋板式催化劑。對三種不同型號的催化劑進(jìn)行對比（表2）：
表2 常規(guī)催化劑分類
3.2 蜂窩式催化劑結(jié)構(gòu)及運行要求
3.2.1 蜂窩式催化劑結(jié)構(gòu)。
蜂窩式催化劑由多孔金屬氧化物（催化劑基體）及活性物質(zhì)均質(zhì)組成。催化劑基體為銳鈦型氧化鈦(TiO2)，活性物質(zhì)包括氧化釩(V2O5)及氧化鎢(WO3)。
圖 1 表示一個標(biāo)有長度 L和寬度 D 的催化劑元件的一般構(gòu)造。標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩式催化劑的橫截面尺寸（D*D）約為 150*150mm。圖 2 表示典型催化劑元件的幾何形狀，定義了孔徑p，孔寬度d，外壁厚to和內(nèi)壁厚ti。
3.2.1 運行工藝參數(shù)
表3 蜂窩式催化劑運行參數(shù)
3.2.3 催化劑管理的幾點要求
1、停爐前必須立即用蒸氣吹灰器對催化劑進(jìn)行非常小心地吹灰。一般而言，催化劑要在鍋爐吹灰循環(huán)結(jié)束后進(jìn)行清掃。先吹掃催化劑頂層，按步驟往下層走。否則，剛清洗完的干凈催化劑會被來自上層催化劑吹掃再次污染。
2、噴氨
噴氨對工藝、煙氣溫度和速度分布十分敏感。因此，建議噴氨運行要與流場模型測試結(jié)果和設(shè)計保持一致。要時刻關(guān)注噴氨格柵和催化劑反應(yīng)器之間的氣流分布關(guān)系。在尚未達(dá)到最低噴氨溫度的情況下禁止噴氨。在調(diào)整氨氮比的時候，必須在滿負(fù)荷工況下，根據(jù)已安裝測試網(wǎng)格測得的 NOx 與 NH3的實際值進(jìn)行調(diào)整。
嚴(yán)格禁止在煙氣低于最低運行溫度時噴氨，低于 MOT下噴氨會導(dǎo)致催化劑微孔內(nèi)形成 ABS，長時間將造成不可逆的活性下降。
3、催化劑長期隔離
1）在長期停車期間，催化劑必須進(jìn)行真吹掃去除所有積灰、脫落的保溫材料和銹片。催化劑上下兩側(cè)都需要清洗。停爐后，一旦安全馬上進(jìn)入反應(yīng)器，真空清洗催化劑表面和飛灰堆積周圍區(qū)域。
2）用干燥無酸空氣吹掃催化劑床層，防止催化劑表面濕氣冷凝。
3）要采取措施避免弄濕催化劑。格外注意避免任何水分接觸催化劑表面，無論水分來自鍋爐的沖洗水、雨水還是管線泄漏。
4、吹灰
為保持催化劑表面的清潔，防止催化劑堵塞，要經(jīng)常使用干燥過熱蒸汽吹灰器進(jìn)行吹灰。運行時吹灰器每天吹灰一次。
5、定期維護(hù)
為最大限度延長催化劑壽命和減少催化劑失活和中毒，在線維護(hù)每天日常設(shè)備維護(hù)；每月進(jìn)行噴氨格篩進(jìn)行驗證，并進(jìn)行氨逃逸測試；每年分層進(jìn)行活性層無顆粒化學(xué)特性測試。
4 結(jié)論
隨著超低排放在生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)逐步推進(jìn)，體現(xiàn)出SCR技術(shù)脫硝率高、沒有污染物的優(yōu)勢，SCR脫硝技術(shù)將進(jìn)一步予以推廣。進(jìn)行SCR技術(shù)選擇時，垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)需要根據(jù)行業(yè)特性，選在適合的結(jié)構(gòu)，并做好設(shè)備的維護(hù)，提高脫硝能力，未響應(yīng)國家節(jié)能減排做出行業(yè)貢獻(xiàn)。
作者：劉耀杰 浙能錦江環(huán)境連云港晨興環(huán)保產(chǎn)業(yè)有限公司
