高分子干法脱硝技术PNCR在垃圾焚烧项目烟气提标改造中的应用

摘要：氮氧化物排放标准控制为垃圾焚烧发电项目烟气净化中的重要指标。本文根据垃圾焚烧项目烟气净化提标改造的契机，运用PNCR+SNCR结合工艺，解决原有SNCR工艺达不到环保新指标的难题，并通过调试运行，将两者有机结合，降低PNCR单一工艺的运行成本，在实际项目中取得良好效果。

关键词：氮氧化物 PNCR+SNCR

引言

垃圾焚烧发电项目烟气净化现行标准GB18485-2014《垃圾焚烧大气污染物排放标准》中指出氮氧化物小时均值在基准氧含量11%的条件下不高于300mg/m3。为了改善环境污染的现状，河南省发布豫环攻坚办[2020]7号《关于印发河南省2020年大气、水、土壤污染防治实施方案的通知》，要求2020年底之前河南省垃圾发电企业要满足《河南省2020年大气污染防治攻坚战实施方案》第33条垃圾焚烧发电企业全面完成提标治理，焚烧炉烟气颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度小时均值在基准氧含量11%的条件下分别不高于10、35、100mg/m3，采用氨法脱硝、氨法脱硫工艺的垃圾焚烧废气氨逃逸浓度不高于8mg/m³。针对更加严苛的排放指标，垃圾焚烧发电项目如何保证效益？本文根据这种境遇，结合河南某垃圾焚烧发电项目实际经验，提出PNCR+SNCR结合工艺在当前环保形式的运用。

1.工艺原理

1.1 SNCR脱硝工艺原理

选择性非催化还原（SNCR）脱硝技术是在最适宜的炉膛温度范围内，喷入尿素或氨水等带氨基还原剂，喷入炉膛内的氨基还原剂在高温下迅速分解，与烟气中的氮氧化物（NO、NO2）发生化学反应，生成N₂和水。还原剂基本不与烟气中的氧发生反应，在特定的温度内，氮氧化物的还原反应优于其他化学反应发生，因此，它被认为是一种选择性的化学过程[1]。

尿素做还原剂时，在炉膛高温工况下，尿素溶液与氮氧化物发生如下反应：

CO(NH₂)₂+H₂O=2NH₃+CO₂

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂=7N₂+12H₂O

氨水做还原剂时，在高温下，氨与氮氧化物发生如下反应：

4NH₃+4NO+O₂=4N₂+6H₂O

但当温度高于1050℃时，氨会与氧气发生反应，产生NO，即：

4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O

本次运行项目采用20%浓度氨水作为还原剂，经专用喷射器喷入炉膛进行反应。

1.2 PNCR脱硝工艺反应原理

高分子烟气脱硝技术(PNCR)是一种既有SCR技术脱硝率高和SNCR技术投资运行费用低的优势，而又区别于单纯的SNCR和SCR的新的脱硝方式[2]。PNCR是将固体粉末状的脱硝剂通过气力输送的方式喷入余热锅炉炉膛，喷射最佳温度窗口为800~1050℃，在此温度下，粉末状的脱硝剂分解释放出高活性的氨基自由基，氨基与烟气中的氮氧化物反应，将氮氧化物还原成N₂。反应式为：

CO(NH₂)₂+H₂O=2NH₃+CO₂↑

4NO+4NH₃+O₂=4N₂↑+6H₂O

4NO₂+2NH₃+O₂=3N₂↑+6H₂O

2.工艺流程

焚烧炉烟气经过余热锅炉，再经省煤器进入SDA反应塔脱除烟气中的硫化物，然后烟气再经干法脱硫+活性炭+SDS脱硫工艺，最后经过除尘器脱除灰尘颗粒物，经烟囱排放。具体流程见图1：

图1 工艺流程图

3.技术参数

3.1 烟气参数

本次技改提标项目的垃圾焚烧炉出口烟气情况见表1：

表 1 垃圾焚烧炉出口烟气情况

采用PNCR+SNCR工艺路线的处理效果是氮氧化物的排放量达到小时均值100mg/Nm3以下。

3.2 SNCR设备参数

SNCR系统主要由氨水储存罐、输送泵、氨水分配模块、二流体喷枪组成。具体流程图见图2：

图2 SNCR工艺流程图

氨水溶液经罐车由氨水加注泵转运到氨水储存罐，再由氨水溶液定量输送泵输送至分配模块，经分配模块精确计量分配到每根喷枪，然后被压缩空气雾化后由喷枪喷入焚烧炉膛内，与烟气中氮氧化物进行选择性反应，生成N₂和H₂O。

3.3 PNCR设备参数

PNCR系统主要设备有罗茨风机、旋转给料、螺杆分配、计量称重装置、料喷射器、气料分配器、喷枪及管路、变频控制给料、集中控制模块等。相关工艺流程见图3：

图3 PNCR流程图

PNCR脱硝设备布置在锅炉脱酸反应塔下零米层。铺设一根DN100主输送管道（材质304不锈钢）至锅炉前30.7米层平台中部，然后分成两路DN80管道至炉前两侧钢柱旁，两侧各安装一个特制球形分配器（1拖8型），共设置16个出口，配16只DN32不锈钢球阀，用金属软管（DN32）将喷枪与球阀连接后安装在预留喷枪套管（DN65）内。输送管路根据现场实际情况安装布置，尽量减少弯头和管路总长度，要求弯头采用大转角设计弯头全部采用大半径(R=5~10d)，并且两端采用不锈钢法兰连接。锅炉本体喷枪安装处需布置工艺用压缩空气管道（一路主管DN40,16路支管DN10），喷枪采用内外套管式喷枪，脱硝剂由内枪喷入，冷却用压缩空气由外套管接入冷却喷枪。

锅炉本体开孔布置在焚烧炉第一烟道标高31米和33米层布置两层，每层分别布置6个喷枪，其中炉前墙2个氨枪，左右两侧墙布置2个氨枪；焚烧炉第二烟道标高32米层左右两侧布置一层，每侧2个氨枪，单台锅炉共计布置共计16个氨枪，现场设备见图4：

图4 PNCR现场设备图

本次提标改造项目采用“一拖一”式结构系统。即一套储料，由1套旋转给料机、缓冲料斗、计量螺杆装置，供配输送物料至1条焚烧线的脱硝喷枪内，并能独立操作与控制，所用转动机械均一用一备。相关参数见表2：

表2 PNCR系统主要设备参数

4.实际运行效果

本次提标改造项目经过一个月调试运行后，所有参数均在氧含量11%，标准状态下测得。相关指标测试见表4：

表4 PNCR+SNCR工艺实际运行效果

▲提标改造后

NOX排放数据轨迹控制在60mg/Nm³~90mg/Nm³，

SO₂排放数据轨迹控制在12mg/Nm³~35mg/Nm³。

通过实际运行效果分析，PNCR+SNCR可以达到氮氧化物排放标准控制在100mg/m3以下，综合脱硝效果率在75%以上。并通过实际耗量分析，PNCR+SNCR工艺高分子脱硝剂的耗量控制合理，综合成本可控。

PNCR作为补全SNCR脱硝效率较低的工艺技术，其投资数额较SCR更低。但与SNCR同为炉内脱硝手段，氨逃逸亦为检验其运行效果的重要指标，本次调试运行周期内，针对氨逃逸做了第三方权威检测，检测结果符合国家标准，低于8mg/m3，见图5：

图5 PNCR氨逃逸数据检测结果

5.结论

（1）PNCR+SNCR工艺技术在垃圾焚烧项目实践证明，设备运行稳定，脱硝效果显著，具备超净排放能力。

高分子干法脱硝技术PNCR相比SCR在设备占地、初期投资、安装工期、运营费用均具有明显优势。

PNCR结合已有SNCR设备使用，对于提标改造项目颇具优势，值得借鉴。