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垃圾焚烧烟气脱硝工艺选择及案例

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学社互动 发表于 2019-9-28 09:20 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
针对垃圾焚烧厂烟气的脱硝技术,分别介绍了各种脱硝技术及其组合脱硝工艺的工艺流程、经济性以及工艺特点。对SNCR+SCR与SNCR+PNCR的NOx超低排放组合工艺分别在浙江省某生活垃圾焚烧项目与广东省某垃圾焚烧项目的运行情况进行分析,总结SNCR+SCR与SNCR+PNCR这2种工艺在工程应用中的系统稳定性、经济性、运行过程存在的问题、工艺需改进的地方及方法。
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* C* Q, A- }' r在垃圾焚烧发电中,NOx主要来源于燃料型NOx与部分热力型NOx,GB18485—2014生活垃圾焚烧污染控制标准与欧盟2010的NOx排放标准分别为250mg/m3(日均值)与200mg/m3(日均值)。
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近年来大气污染物排放标准日益趋严,氮氧化物的减排越来越受到重视,比如DB37/2376—2013山东省区域性大气污染物综合排放标准的重点控制区域氮氧化物限值为100mg/m3,垃圾焚烧烟气氮氧化物排放浓度限值低于100mg/m3成了一个趋势。; y* s& J! n( F" {) _$ N( s2tech.cn

" T; c; [7 V. {垃圾焚烧烟气脱硝技术主要包括焚烧炉燃烧控制炉温、烟气回流技术、SNCR系统、SCR系统以及PNCR系统,其中焚烧炉燃烧控制炉温与烟气回流技术可有效降低原始NOx浓度。
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目前对于垃圾炉排炉,采用焚烧炉燃烧控制炉温、烟气回流以及SNCR脱硝系统的情况下,NOx排放值仍无法稳定控制在100mg/m3以内。针对NOx排放限值为100mg/m3的垃圾焚烧项目,目前国内垃圾焚烧发电厂采用的脱硝工艺有SNCR+SCR系统以及SNCR+PNCR系统。  I: ~2 V# U4 Y) h2tech.cn

" J8 u2 n; v1 [. O+ I. `9 s% \笔者将分别介绍各种脱硝技术及其组合脱硝工艺的工艺流程、经济性以及工艺特点,并以浙江省与广东省某垃圾焚烧发电项目为例,对比分析SNCR+SCR以及SNCR+PNCR这2种超低NOx排放的脱硝组合工艺。, ^. p* \1 ~+ V5 P2tech.cn

: W6 H: T8 Z% B- l1脱硝工艺描述
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1.1SNCR脱硝系统3 Z, \) r+ R4 n4 X2tech.cn
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SNCR是在焚烧炉第一烟道或第二烟道内喷射含有氨自由基的还原剂(常用的还原剂为尿素溶液或氨水溶液),NH3与氮氧化物进行反应生成氮气与水的方法。以脱硝还原剂采用20%氨水为例,SNCR系统主要包括氨水储存与输送系统、稀释水储存与输送系统、计量分配系统、喷射系统以及自动控制系统。
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% A/ ]. K: E$ ?( l5 v7 `/ xSNCR脱硝系统效率主要与还原剂喷射区间温度、喷枪的布置与雾化效果以及在反应区域的停留时间等因素有关。由图1[2]可知,在喷氨量一定的条件下,SNCR理论脱硝效率可达90%,但是在实际的运行过程中,由于炉膛内温度分布不均、炉膛负荷波动以及还原剂与烟气无法保证完全混合等因素影响,SNCR系统在工程应用中,氨逃逸控制在8mg/m3以内,SNCR脱硝效率为40%~60%。
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图1 SNCR脱硝效率与温度的关系
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8 D! |. J% c/ P3 R$ n( Z' R: q" h1.2SCR脱硝系统
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SCR系统是在温度为170~350℃并设有催化剂的条件下,喷入一定浓度NH3,NH3与NOx选择性还原成N2和H2O。以脱硝还原剂采用20%~25%氨水为例,SCR系统主要由氨水卸料与储存系统、氨水计量与输送系统、氨水蒸发与喷射系统、SCR反应器、烟气再热系统、催化剂组成。
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精彩评论4

 楼主| 学社互动 发表于 2019-9-28 09:23 | 显示全部楼层
在垃圾焚烧发电厂中,烟气成分复杂,为延长催化剂使用寿命,SCR系统通常布置在袋式除尘器后端;为增强SCR系统稳定性,通常将袋式除尘器出口150℃的烟气经过烟气再热系统加热至170℃以上,再进入SCR系统脱硝。% H8 H' s, Z6 Z, T; @! n* T2tech.cn
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SCR系统常用的烟气再热系统是蒸汽-烟气加热器(SGH)与烟气-烟气加热器(GGH)+蒸汽-烟气加热器(SGH)2种方式,通常采用SGH加热烟气,SCR催化剂运行温度为170~200℃;采用GGH+SGH加热烟气,SCR催化剂运行温度为220~240℃。1 ^7 h* ]. W2 n& f8 M+ W2tech.cn
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1.3PNCR脱硝系统2 z: U2 |) a( q( B1 a, b2tech.cn

9 D7 h% c- m! n1 ]. L' M! a! BPNCR系统是使用气力输送原理,将粉体状的高分子脱硝剂从储料仓采用负压下料正压输送的方式,通过风机将脱硝剂输送到炉膛内最佳的反应温区,使氨基与高分子的化学键断裂,释放出大量的含氨自由基,氨基与烟气中NOx发生反应,实现脱硝。PNCR流程如图2所示;该高分子脱硝剂脱硝反应温度比氨水低,反应温度区间为800~900℃,脱硝效率可达到80%。  |+ @" s3 {( Y8 _: \4 X( U2tech.cn
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图2PNCR流程示意
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1.4联合脱硝技术
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" I" k2 U& Q8 T/ k8 X- lSNCR+SCR脱硝是目前国内NOx超低排放项目使用较多的工艺,经SNCR在炉内脱除部分NOx,再经过SCR系统进一步脱硝,该组合方式运行系统稳定,已被广泛使用。SNCR+PNCR脱硝是目前国内NOx超低排放项目已有应用,经过SNCR与PNCR在炉内完成两级脱硝,从目前使用情况来看,该组合工艺稳定性较差。
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+ k+ W& N* U* `0 R2 h1.5脱硝技术比较
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' o6 I/ O& V, W8 KSNCR、SCR、PNCR、SNCR+SCR以及SNCR+PNCR综合对比见表1。
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. k! J! J  F) ^7 [7 q( H6 d) B  x) T表1脱硝技术综合对比8 P' Z2 y  F" |; s) H. l. Y2tech.cn

4 _+ z1 q0 {/ B1 Y* L 环境学社1.jpg ' N* a# C" \$ I& b0 u2tech.cn

. H. N9 Z" G/ u2 s2 f由表 1可知,SNCR系统具有投资成本低、运行成本低以及系统稳定性强等优点,因此垃圾电厂均设置SNCR系统,但SNCR系统存在脱硝效率偏低、氨逃逸高等缺点,针对NOx超低排放项目仅设置SNCR系统无法达到排放要求;SCR系统具有脱硝效率高、脱硝反应温度较低、稳定性强以及氨逃逸少等优点,但SCR系统需使用催化剂、消耗蒸汽量以及增加引风机能耗,使SCR系统投资成本与运行成本高;/ `: p6 s3 Q6 Z: ]0 X2tech.cn
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此外,需尽量降低SCR入口烟气中SO2浓度、粉尘浓度以延长催化剂的使用寿命。PNCR系统具有投资成本适中、运行成本适中以及脱硝效率高等优点,因此PNCR系统对保证NOx排放达标、降低脱硝系统运行成本有重大的意义,但目前已运行的项目中PNCR系统存在氨逃逸高、故障率高等缺点,该系统并不成熟,还需进一步研究。* f- g6 M' y9 U2tech.cn

3 @: h& L4 P! p& n+ J2 ^4 V5 ^2案例分析
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2.1浙江省某垃圾焚烧项目SNCR+SCR脱硝系统
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2.1.1概况# w, c8 `% x; n1 }/ z2tech.cn
* P" q# i) d# h- B! r$ i! J2tech.cn
该垃圾焚烧发电项目规模为3×750t/d,NOx排放限值为75mg/m3(11%O2,标态干基,小时均值),采用SNCR+SCR系统脱硝,设备投资成本约为4000万元,脱硝还原剂采用20%氨水,烟气净化工艺为:“SNCR+半干法+干法+活性炭喷射+袋式除尘器+SGH+SCR系统+GGH+湿法系统”,工艺流程如图3所示,其中袋式除尘器出口烟气温度为150℃,SGH将袋式除尘器出口150℃烟气加热至180℃后进入SCR系统脱硝,脱硝后烟气经过湿法脱酸系统处理后通过引风机排放。) n0 V! U3 Z3 Q! ?/ y2tech.cn
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; h/ g' P  M0 p+ z2 q2 n# k图3浙江省某垃圾焚烧电厂烟气净化流程4 W" q. ]. j( b+ `4 N( l2tech.cn

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 楼主| 学社互动 发表于 2019-9-28 09:25 | 显示全部楼层
SCR催化剂选用低温蜂窝式钒钛系催化剂,催化剂单元孔数30×30孔,设计运行温度为175~180℃,催化剂使用量约为50m3/炉,设计入口SO2浓度≤50mg/m3(日均值),粉尘入口浓度≤10mg/m3;NOx设计脱硝效率62.5%(从200mg/m3降至75mg/m)3。
+ K  w3 U: |+ e2 R8 G/ N- l5 s0 w" }/ i# f; F3 F: m! a2tech.cn
该电厂实际运行期间,SNCR系统、半干法脱硝系统均稳定投运,SCR入口NOx小于200mg/m3(日均值),SO2小于20mg/m3(日均值),粉尘浓度小于10mg/m3(日均值),运行温度约为180℃,现场SNCR出口NOx联锁自动喷氨,SCR系统采用SCR进出口NOx、氨逃逸联锁的方式自动喷氨。3 W, c/ [# U# B' I2tech.cn

9 ~7 v. p/ ^, w- h' ~! u2.1.2应用效果, r7 z3 ?" }9 V& l$ f! M/ S  T2tech.cn

2 S. `% @  {. f. Q6 R应用效果见表2。
" ]) K' i8 v' n) w9 Y( J+ E3 ?9 S2 e1 H, V2tech.cn
表2浙江省某脱硝系统运行数据, R+ m9 G2 ~6 V2 v2tech.cn
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环境学社1.jpg 2 |3 b/ C9 M3 g: y. y2 O# m7 K2tech.cn
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由表2可知,20%氨水耗量为4.94kg/t,SGH蒸汽为101kg/t(蒸汽参数表压为3.4MPa、360℃),运行成本高达36.5元/t,SNCR+SCR系统NOx排放值可稳定控制在75mg/m3,氨逃逸可控制在2.5mg/m3以内。该垃圾焚烧电厂脱硝系统运行数据见图4~5。! @: x4 R( u  d; V% i0 k% y$ v+ J2tech.cn

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图4脱硝系统投运初期运行数据曲线
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环境学社3.jpg ! z" }& |3 i: T) O2tech.cn
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图5脱硝系统投运1a后运行数据曲线
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9 R" X+ S3 k! ~由图4~5可知,经SNCR处理,NOx可控制在200mg/m3以内,根据该厂性能验收测试结果,NOx原始浓度在270~350mg/m3,投运初期与1a后数据,SNCR系统的脱硝系统脱硝效率稳定在50%左右。, B. n2 K: e# [% f. g& x% N- z% J5 r' K2tech.cn

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 楼主| 学社互动 发表于 2019-9-28 09:26 | 显示全部楼层
SCR系统投运初期脱硝效率为75%,经过1a运行后,SCR系统的脱硝效率为70%左右。催化剂性能下降是因为经脱酸与除尘后的烟气中碱金属、SO2导致催化剂中毒,主要中毒原因如下。4 o2 q3 n$ ?+ g9 Y: U" c2tech.cn

  G6 p* N: \/ E- o% J①碱金属:主要是硫酸盐、氯化物和碳酸盐等碱金属与催化剂表面接触,能够直接与催化剂的活性位发生作用导致催化剂钝化,烟气中Na+、K+等碱金属离子使得低温催化剂活性位B酸位(V-OH)的数量明显减少,从而减弱了催化剂对NH3的吸附性能,导致脱硝效率降低;可通过酸洗、干燥等工序进行再生。
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②SO2:在180℃的条件下,催化剂的成分V2O5可以将SO2催化氧化生成SO3,SO3、NH3和H2O生成硫酸氢氨,硫酸氢氨粘附性极强,易使催化剂微孔堵塞,导致催化剂活性降低;可通过加热升温至350℃,分解催化剂表面的硫酸氢氨恢复催化剂活性。
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2.1.3存在的问题7 k  K5 U6 D; D0 |7 ~6 M6 Z2tech.cn

+ t/ d2 r; F3 \) I1)催化剂性能下降:SCR系统脱硝效率会随催化剂的使用时间延长而降低。6 U% G' S6 J( x% q. z2tech.cn

+ l# y- I" B0 K8 d8 e* [2)SCR系统运行成本高,将近36.5元/t。1 v$ J8 W3 h) n9 }2tech.cn
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2.2广东省某垃圾焚烧项目SNCR+PNCR脱硝系统9 l4 G3 P6 w5 P- P4 S# K* n2tech.cn

* `2 k- `3 u$ s- O6 x2.2.1概况8 n5 ^2 n8 ~7 t7 H8 ^' f" W3 {2tech.cn
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该垃圾焚烧发电项目规模为3×500t/d,NOx排放限值为130mg/m3(11%O2,标态干基,小时均值),2019年NOx排放将提高标准,NOx调整至100mg/m3(11%O2,干基,日均值);采用SNCR+PNCR系统脱硝,设备投资成本约为1400万元,运行以SNCR为主,PNCR为辅;SNCR脱硝还原剂采用20%氨水。
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2.2.2应用效果
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由表3可知,采用SNCR+PNCR联合脱硝NOx控制在100mg/m3时,20%氨水耗量为4.0kg/t,PNCR还原剂耗量为2.0kg/t,运行成本为11.9元/t;根据现场运行情况,NOx去除效率越高,PNCR药剂所需喷量越大,氨逃逸越大,PNCR系统堵料概率越高,导致NOx排放值波动越大。. J5 C: }$ [# a( N7 F2tech.cn

4 C& R1 ]0 B8 `7 j1 e  y' z表3广东省某脱硝系统运行数据
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2.2.3存在的问题2 Z, M( N: e7 @' `$ t. E: d) n4 f2tech.cn

+ C+ T( i, z+ v* k8 V1)氨逃逸高:排放烟气中NH3高,造成一定的二次污染。
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2)PNCR系统:PNCR还原剂易吸潮,脱硝剂在输送过程中易堵,造成物料输送不连续、加药量不精确;堵塞频率与天气、物料干燥度有关,出现过1d多次堵料的情况。
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 楼主| 学社互动 发表于 2019-9-28 09:27 | 显示全部楼层
1)工程应用数据表明,SNCR+低温SCR联合脱硝系统投运初期可保证NOx稳定达标且氨逃逸低,随着催化剂使用时间延长,催化剂性能会逐渐降低,建议设置SCR催化剂热再生系统以延长催化剂使用寿命。
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  l3 _) ?6 x0 \2)SNCR+SCR脱硝的运行成本、投资成本高,不适应于垃圾补贴费低的项目;SNCR+PNCR脱硝技术可达到NOx排放限值为100mg/m3,且具有投资、运行成本低以及占地面积小等优点,但系统故障率高,氨逃逸大,针对此系统应用还需在防堵以及降低氨逃逸方面进行进一步研究。
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