垃圾焚燒廠(chǎng)煙氣凈化SCR改造設(shè)計(jì)和脫硝效果分析

摘要：垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)煙氣脫硝一般采用SNCR工藝即可滿(mǎn)足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485—2014)排放要求。為改善環(huán)境,部分地市對(duì)轄區(qū)內(nèi)的垃圾焚燒廠(chǎng)提出了更為嚴(yán)格的排放要求,甚至要求某些示范性工廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)"零排放"。這也使得原有項(xiàng)目或新建項(xiàng)目需要考慮增加或布置SCR脫硝工藝,進(jìn)一步降低煙氣的NOx含量。某垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)在原有半干法脫酸系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加SCR脫硝改造,使煙氣中的NO_x降低到低于80 mg/Nm~3,同時(shí)二噁英在原有基礎(chǔ)上降低50%。因此,本文分析了垃圾焚燒廠(chǎng)煙氣凈化SCR改造設(shè)計(jì)和脫硝效果。

垃圾焚燒煙氣中含有大量的粉塵、HCL、SO2、NOx、二噁英、重金屬等有害物質(zhì)，目前，大多數(shù)項(xiàng)目采用SNCR+ 半干法+ 干法+ 活性炭噴射+ 布袋除塵器工藝進(jìn)行煙氣處理[1]。煙氣中的NOx 和Ca(OH)2 的反應(yīng)效率很低，煙氣的脫硝主要靠SNCR工藝(選擇性非催化還原)進(jìn)行脫除，但是，在氨逃逸不超標(biāo)情況下，SNCR 通常脫除效率只有40%～50%，只能滿(mǎn)足250 mg/Nm3 的排放要求。隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和不同地方標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，僅采用SNCR已不能滿(mǎn)足不同地方的排放要求，越來(lái)越多的項(xiàng)目需要采用SCR工藝(選擇性催化還原)進(jìn)一步脫除NOx的排放量。

在已經(jīng)出臺(tái)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和政策中，上海、深圳、海南等地的地方標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于NOx的排放要求明顯高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。另外，在其他未出臺(tái)地方標(biāo)準(zhǔn)的省份，對(duì)于新建垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，很多地方政府對(duì)煙氣排放的要求也明顯高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，部分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為深圳某垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)，自深圳市地方標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，部分已建成企業(yè)也逐步要求進(jìn)行排放“提標(biāo)”，NOx排放要求滿(mǎn)足《深圳市生活垃圾處理設(shè)施運(yùn)營(yíng)規(guī)范》(SZDB/Z 233—2017)。本項(xiàng)目原有煙氣凈化工藝為：SNCR+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵器+引風(fēng)機(jī)+煙囪，項(xiàng)目要求在引風(fēng)機(jī)和煙囪之間增加SCR脫硝系統(tǒng)。

2 方案設(shè)計(jì)

綜合投資和運(yùn)行成本方面的考慮，本項(xiàng)目采用“中溫SCR脫硝”工藝，運(yùn)行溫度為(230±5)℃，每條焚燒線(xiàn)配置一套SCR脫硝系統(tǒng)，脫硝系統(tǒng)煙氣處理流程為：引風(fēng)機(jī)→ GGH → SGH →噴氨格柵→ SCR 反應(yīng)器→ GGH →增壓風(fēng)機(jī)→煙囪。

前端脫硫除塵后，約145℃煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)后進(jìn)入GGH換熱器，與SCR出口高溫?zé)煔鈸Q熱后，溫度升至195℃，然后煙氣進(jìn)入SGH，其間利用飽和蒸汽將煙氣溫度由195℃升至約230℃，約230℃的煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器發(fā)生反應(yīng)后將二噁英和NOx脫除，從SCR反應(yīng)器出來(lái)的達(dá)標(biāo)煙氣進(jìn)入GGH換熱器與除塵器出口的低溫?zé)煔饣旌虾鬁囟冉抵良s180℃，然后經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)將煙氣送入煙囪。考慮到改造系統(tǒng)的施工、催化劑的安裝維護(hù)，整個(gè)SCR系統(tǒng)設(shè)置了旁路系統(tǒng)，本項(xiàng)目中氨水儲(chǔ)存使用電廠(chǎng)現(xiàn)有的SNCR 系統(tǒng)儲(chǔ)存罐，三條焚燒爐可以共用氨水輸送系統(tǒng);本項(xiàng)目另外配套2套催化劑再生系統(tǒng)。

3 主要設(shè)備

3.1 SCR 反應(yīng)器

SCR反應(yīng)器內(nèi)催化劑按照2+1的方式布置，安裝2層，預(yù)留1層，反應(yīng)器設(shè)計(jì)成煙氣豎直向下流動(dòng)，反應(yīng)器入口設(shè)氣流均布裝置。反應(yīng)器配有可拆卸的催化劑測(cè)試元件，方便使用方根據(jù)運(yùn)行工況對(duì)測(cè)試模塊進(jìn)行取樣分析，以便確定催化劑運(yùn)行情況及再生時(shí)間。反應(yīng)器配有吹灰裝置，采用聲波吹灰，每層催化劑布置4個(gè)吹灰點(diǎn)，單條線(xiàn)共有12 個(gè)點(diǎn)。

反應(yīng)器預(yù)留了催化劑維修及更換所需的起吊裝置和平臺(tái)，SCR反應(yīng)器本體設(shè)計(jì)溫度不小于350℃，能承受運(yùn)行溫度400℃的考驗(yàn)，而不產(chǎn)生任何損壞。

本工程使用某進(jìn)口品牌的中溫蜂窩催化劑。催化劑模塊采用框架結(jié)構(gòu)，耐高溫、耐腐蝕，并便于運(yùn)輸、安裝、起吊。催化劑設(shè)計(jì)反應(yīng)溫度為(230±5)℃，能滿(mǎn)足該煙氣溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行，同時(shí)催化劑最高能承受運(yùn)行溫度400℃，而不會(huì)產(chǎn)生任何損壞。

3.2 增壓風(fēng)機(jī)

由于增加的SCR 脫硝系統(tǒng)GGH、SGH、催化劑反應(yīng)器及煙道等會(huì)造成壓力損失，原有引風(fēng)機(jī)能力不滿(mǎn)足SCR脫硝系統(tǒng)所需的運(yùn)行能力，所以要新增增壓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)爐設(shè)置1 臺(tái)。該增壓風(fēng)機(jī)通過(guò)變頻器進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，并將現(xiàn)有的引風(fēng)機(jī)控制在一定范圍內(nèi)運(yùn)行。另外，停爐時(shí)或者再生加熱時(shí)，該風(fēng)機(jī)和擋板一起同時(shí)使用，從而進(jìn)行流量控制。

3.3 SGH蒸汽換熱器

方案中SGH 加熱采用260℃飽和蒸汽，并對(duì)SCR脫硝系統(tǒng)飽和蒸汽進(jìn)汽閥進(jìn)行程序化控制，可以根據(jù)煙氣加熱器的不同工況進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，保證煙氣在設(shè)定溫度范圍內(nèi)與氨氣進(jìn)行反應(yīng)。SGH采用翅片式換熱管，基材選用20G鋼，為防止湍流振動(dòng)，SGH中間用隔板分隔成左右兩組。

3.4 GGH煙氣換熱器

方案采用GGH+SGH 聯(lián)合升溫方案，設(shè)計(jì)中充分考慮了蒸汽耗量、排煙溫度、占地面積等多方面因素，確保排煙溫度低于195℃。GGH殼側(cè)與管側(cè)材質(zhì)具有良好的抗腐蝕性，殼體材質(zhì)滿(mǎn)足防腐要求，管側(cè)材質(zhì)采用ND鋼。

3.5 噴氨系統(tǒng)及再生系統(tǒng)

SCR脫硝系統(tǒng)氨水使用原有SNCR 脫硝系統(tǒng)的氨水罐，從氨水罐備用接口連接到氨水輸送泵，送到混合器使氨氣蒸發(fā)并同稀釋風(fēng)混合均勻送入SCR噴氨格柵。

催化劑表面析出硫銨，會(huì)致使脫硝性能下降。催化劑表面硫銨的升華溫度為320℃左右，據(jù)此設(shè)置加熱器熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，以達(dá)到使催化劑恢復(fù)活性的目的。

4 運(yùn)行效果

項(xiàng)目建成后，按照協(xié)議要求，對(duì)脫硝系統(tǒng)進(jìn)行了(72+24)h 的試運(yùn)行驗(yàn)收，邀請(qǐng)第三方檢測(cè)單位對(duì)SCR 脫硝前后的指標(biāo)進(jìn)行了同步取樣分析，并對(duì)(72+24)h 時(shí)間內(nèi)SCR 系統(tǒng)的原料、能源消耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)SNCR 脫硝后，NOx最高均值為221 mg/Nm3，通過(guò)SCR 脫硝系統(tǒng)后，脫硝效果明顯，根據(jù)噴氨量的不同，脫硝效率也有所不同，在氨逃逸不超標(biāo)的情況下(≤ 3 mg/Nm3)，脫硝效率最高可以達(dá)到84.8%，并全部滿(mǎn)足≤ 80 mg/Nm3的排放要求;SCR 催化劑對(duì)二噁英的脫除也有50%以上的效果;其他各項(xiàng)消耗全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

為進(jìn)一步了解催化劑的效能變化、驗(yàn)證SCR 的性能指標(biāo)，在SCR脫硝系統(tǒng)運(yùn)行一年半后重新邀請(qǐng)第三方檢測(cè)單位對(duì)這三條生產(chǎn)線(xiàn)SCR工藝前后同時(shí)進(jìn)行煙氣成分檢測(cè)，并對(duì)其他運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在正常使用一年半后還有超過(guò)80% 的脫硝效率，并且脫除二噁英的效果明顯。該催化劑質(zhì)量保證期為3a，如果脫酸系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)運(yùn)行正常，滿(mǎn)足排放要求，實(shí)際使用壽命應(yīng)該會(huì)更長(zhǎng)。

5 結(jié)論

在保證氨逃逸不超標(biāo)的情況下(≤ 3 mg/Nm3)，SCR 的脫硝效率能夠超過(guò)80%，并且運(yùn)行穩(wěn)定可靠。SCR 脫硝選用合適的催化劑，具有協(xié)同脫除二噁英的作用，本項(xiàng)目協(xié)同脫除二噁英的效率超過(guò)50%。