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摘要：针对垃圾焚烧发电厂烟气脱硝系统，分析比较SNCR、低温SCR、中温SCR及气相复合脱硝法（PNCR）在脱硝效率、经济性等方面的优劣。结果表明，PNCR脱硝技术工艺系统简单，运行维护方便，效果明显，初投资少、运行成本低，为首选方案。
关键词：垃圾发电；脱硝；SCR；SNCR；气相复合脱硝法
0 前言
生活垃圾在焚烧过程产生的烟气中，含有一定量的NOx，这主要是由于垃圾中的含氮无机物及有机物在焚烧过程中形成的。NOx为酸性有害气体，因此需要对垃圾焚烧烟气进行脱NOx处理。目前，垃圾焚烧烟气脱硝工艺以SNCR（选择性非催化还原）为主，排放指标可满足欧盟2010标准要求。随着环保要求的严格，深圳、东莞等地分别出台政策，要求垃圾焚烧发电厂NOx排放指标降低到80mg/m3和100mg/m3。为满足新的NOx排放要求，在原有SNCR工艺基础上采用SNCR+SCR或SNCR+PNCR等组合工艺。
1 选择性非催化还原法（SNCR）
SNCR是将氨或尿素等还原剂喷入焚烧炉内之高温区，将NOx分解成N2与O2的方法。然而若为提高NOx的去除效率，而增加药剂喷入量时，未反应之氨会残留在烟气中，与烟气中的HCl反应，而产生气态氯化铵，导致从烟囱排出烟气时变成白烟，而且还会产生铵盐沉积在锅炉省煤器上，因此NOx去除率最好限制在50%左右。
SNCR工艺：在炉膛温度为850～1100℃的区域，把浓度约25%的氨水（尿素）溶液通过设置在炉墙上的若干组喷嘴喷入炉膛，氨水（尿素）溶液迅速热分解生成NH3并与烟气中的NOx进行SNCR反应生成N2。常规SNCR脱除效率一般为50%左右。
图1 选择性非催化还原烟气脱硝技术（SNCR）示意图
2 选择性催化还原法（SCR）
SCR反应塔设置于除尘器之后的烟道，还原剂以气态NH3的型式喷入SCR反应塔前面的烟道，在催化剂的作用下利用氨（NH3）对氮氧化物（NOx）的还原功能，将SNCR系统初步脱硝后的烟气残余NOx进一步还原为对大气无害的氮气和水。本方法NOx去除效率约为80%以上。
目前，国内垃圾焚烧炉SCR催化剂应用温度主要分为两个温度段，150-200℃的低温SCR脱硝以及200-250℃中温SCR脱硝。
2.1低温SCR工艺
垃圾焚烧炉的布袋除尘器出口温度一般在150℃左右，使用低温SCR脱硝，可以无需加热或只需少量加热即可满足脱硝反应温度，可大大节省蒸汽能源，减少企业运行费用，同时也不会大幅度升高烟气排烟温度。低温SCR脱硝系统一般布置在垃圾焚烧厂的布袋除尘器后，引风机之前。一般低温SCR脱硝系统设计含旁路，其作用是在布袋破损时切换旁路运行，防止在布袋除尘器破袋漏灰对催化剂造成影响。低温SCR脱硝系统的催化剂按一层设计，整个SCR脱硝装置占地空间小，烟气至上而下经过反应器，通过侧流式催化剂模块，在催化剂作用下与氨气完成脱硝反应。低温催化剂的外形特征及模块的结构形式，决定了该催化剂对烟气中粉尘浓度要求比较高，烟气经过布袋除尘器后，其粉尘浓度不能高于10mg/Nm³，且SO2浓度不高于10mg/Nm³。过高的粉尘浓度会导致催化剂模块堵塞，从而压降升高，脱硝效率下降，同时还会造成催化剂寿命缩短。而SO2浓度过高，则会导致催化剂表面硫酸氢铵累积，造成催化剂中毒，从而降低催化剂活性。
图2 低温烟气脱硝技术（SCR）示意图
2.2中温SCR工艺
中温SCR脱硝工艺与低温SCR相比，主要区别为中温SCR脱硝温度较高，需要用蒸汽加热器对烟气进行加热，同时需要使用烟气-烟气换热器对烟气进行余热回收，这样才能保证烟气在满足催化剂使用温度的同时，尽量减少蒸汽的消耗。但是相较于低温SCR脱硝，中温SCR脱硝的耗能会远高于低温SCR脱硝系统，同时其运行成本会高于低温SCR脱硝系统。中温SCR脱硝的典型温度一般为200℃、230℃以及245℃，其温度的选择主要与烟气中SO2浓度含量有关，当SO2浓度越低时，催化剂能长期运行的温度就越低，相应消耗能源也就越少。中温SCR脱硝系统的催化剂一般设计为“2+1”层，即2层初装层，1层备用层。其催化剂型式以蜂窝催化剂为主。中温SCR脱硝系统需要使用蒸汽加热器以及烟气-烟气换热器，整套装置占地会比较大。中温催化剂的蜂窝式结构，相较于低温催化剂，可以承受更高浓度的粉尘含量，但是由于粉尘中碱金属和重金属等含量较高，将导致催化剂中毒，会影响催化剂使用寿命。和低温催化剂一样SO2也会导致蜂窝催化剂的中毒。
图3 中温烟气脱硝技术（SCR）示意图
2.3 SCR工艺特点
SCR技术脱硝效率高，理想条件下可以达到90%以上，处理量大，选择性好。但是其缺点依然明显：氨的腐蚀性强，对管道及设备的要求比较高，设备投资大，运行成本高；容易出现NH3泄露造成二次污染；当烟气中存在二氧化硫及其他碱金属成分时，容易引起催化剂的中毒失活，且催化剂价格昂贵，更换成本高，失活的催化剂属于危险废弃物，需要增加额外的处置成本。
3 气相复合脱硝法（PNCR/干式SNCR）
气相复合脱硝（PNCR/干式SNCR）脱硝技术是将干法的脱硝剂通过气力输送的方式喷入余热锅炉炉膛，喷射温度窗口为850~900℃，在此温度下，干法的脱硝剂与烟气中的NOx反应，将NOx还原成N2。本方法NOx去除效率约为85%左右。
PNCR还原NOx的反应对于温度条件非常敏感，炉膛上喷入点的选择，也就是所谓的温度窗口的选择，是PNCR还原NOx效率高低的关键，一般认为理想的温度范围为850～950℃。
PNCR技术采用的反应剂为粉末状，无爆炸危险，存储使用方便，不产生二次污染，对环境友好，最重要的是反应剂的活性远高于氨水或尿素，在实现较高的脱硝效率的同时不存在氨逃逸的问题，且干法载体反应最后生成CO2，不会影响设备以及烟气的排放。
4 烟气脱硝工艺技术比较
通过以上分析，对上述几种脱硝方案比较如下：
5 结论
综上分析，相比SCR，PNCR脱硝技术脱硝剂为粉体状的材质，运输和储存方便，无安全隐患；工艺系统简单，运行维护方便，占地面积小；脱硝反应迅速，灵敏可控，效果明显；初投资少、安装周期短、运行成本低，无氨逃逸二次污染，为首选方案。
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论文作者:白彩鹏
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/20
标签：烟气论文; 催化剂论文; 低温论文; 温度论文; 浓度论文; 工艺论文; 技术论文; 《基层建设》2019年第8期论文;