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            SCR脱硝系统在生活垃圾焚烧发电项目的应用

            发布时间: 2019-08-09     来源: 北极星环保网

            SCR脱硝系统用于减少烟气燃烧过程中NOX排放量(脱硝),该系统目前应用在生活垃圾焚烧项目的案例不多。随着我国《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485—2014)于2016年7月1日开始执行,NOX排放指标提高到不高于日均值250mg/m3,SCR脱硝系统才开始逐步地在生活垃圾焚烧烟气处理系统中得到推广应用。介绍国内较早用于某生活垃圾焚烧发电厂中的SCR脱硝系统工艺及喷氨自动控制的相关技术,希望能为生活垃圾焚烧过程中减少NOX排放、改善环境质量有所帮助。

            1生活垃圾焚烧烟气处理系统

            生活垃圾焚烧技术跟垃圾填埋及垃圾发酵堆肥相比有很多优点,是实现垃圾无害化、减容化、资源化处理最为有效的方法。垃圾焚烧技术在发达国家已经十分成熟,近些年,随着我国环境保护工作日益发展,垃圾焚烧技术在国内已经开始了应用。

            生活垃圾焚烧烟气中的污染物可分为颗粒物(粉尘)、酸性气体(HCL,HF,SOX和NOX)重金属(HG,PB和CR等)和有机剧毒性污染物(二噁英、呋喃等)等4大类。为了防止垃圾焚烧过程中对环境产生二次污染,必须采取严格的措施,利用烟气处理系统控制垃圾焚烧烟气污染物的排放。

            目前生活垃圾焚烧烟气处理系统一般由一个主体净化工艺,如:半干法、干法、湿法、再辅以NOX净化系统(脱硝)及活性碳喷射吸附组成。

            2垃圾焚烧烟气处理SCR脱硝系统工艺

            生活垃圾焚烧烟气中NOX的净化系统,一般采用还原法即利用催化剂或高温等条件来提高、加速烟气中NOX物与还原剂(NH3、尿素)的还原反应,还原成无污染的氮气和水,从而达到净化NOX污染物。还原法又根据是否采用催化剂分为SNCR及SCR。

            SNCR还原法是不采用催化剂的情况下,用还原剂(NH3、尿素)直接与烟气中的NOX物在高温下进行还原反应。特点:不使用催化剂,但还原反应所需的温度高,以还原剂为氨为例,最佳反应温度为(900~1100)℃,直接向焚烧炉内喷氨,也可以直接使用尿素溶液。

            该方法缺点:①脱硝效率低(30%~50%);②由于垃圾焚烧炉内温度控制不稳定会直接影响到SNCR运行的可靠性和稳定性。

            SCR还原法与SNCR还原法不同,是还原剂(NH3、尿素)在催化剂作用下,选择性的与烟气中的NOX物进行还原反应,生成N2和H2O,而不是被O2所氧化,故称为“选择性”,最佳反应温度由所采用的催化剂活性温度范围所确定。SCR法与SNCR法比较有一定的优点。

            SCR脱硝还原法的主要化学反应方程式:

            ①4NO+4NH3+O2=4N2+6H2O;②4NH3+2NO2+O2=3N2+6H2O。

            在SCR脱硝系统中,主要发生的是方程式1反应,因此喷氨量的多少由方程1来确定。

            从方程1可以得出:NH3与NOx摩尔比为1,烟气排放连续监测系统CEMS所实测的只是NO浓度,因为焚烧烟气NOX中,NO占95%,NO2占5%,依据NO的浓度,经过计算可以得出NOX的浓度,一般情况下,为了确保喷入足够的氨量与NOX进行反应,同时又为了确保多余逃逸的氨量不超过排放指标,依据相关设计经验,在计算喷氨量时,NH3与NOX摩尔比一般取值为1.03,即1.03个NH3分子与1个NOX分子发生反应。

            某垃圾焚烧发电项目中SCR脱硝工艺系统如图1所示,项目采用日本某公司的中低温催化剂,活性温度范围230℃±10℃,SCR脱硝系统的还原剂采用25%的氨水。氨水自SCR脱硝系统进口烟道经过专用喷枪喷入烟道中,与烟气充分均匀混合。

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            图1某垃圾焚烧烟气处理SCR脱硝系统工艺

            焚烧炉省煤器出口的烟气经过半干法脱酸及布袋除尘器后,经过烟气—烟气换热(GasGasHeater,GGH)及蒸汽—烟气换热(SteamGasHeater,SGH)将进入SCR催化剂层的烟气加热到催化剂活性温度范围,烟气中的NOX与喷入的氨水中的NH3在催化剂表面发生催化还原反应,生成N2和H2O以达到脱除烟气中NOX。本项目SCR脱硝系统主要设备技术参数见表1~表4。

            表 1 烟气—烟气换热器(GGH)设计参数

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            表 2 蒸汽—烟气换热器(SGH)设计参数

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            表 3 催化剂

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            3垃圾焚烧烟气处理SCR脱硝系统喷氨自动控制

            垃圾焚烧烟气处理SCR脱硝系统的自动控制主要有进口烟气温度控制及喷氨自动控制等。进口烟气温度控制主要通过控制SGH(蒸汽—烟气管式换热器)蒸汽流量,使SCR进口烟气温度达到催化剂活性温度范围230℃±10℃,SGH的换热后疏水回至全厂中压疏水扩容器。喷氨自动控制是SCR脱硝系统自动控制系统的关键,也是SCR脱硝系统投运稳定运行,确保烟气处理系统出口烟气NOX达标排放的重要手段。

            某垃圾焚烧烟气处理SCR脱硝系统喷氨自动控制系统如图2所示。

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            图 2 某垃圾焚烧烟气处理SCR脱硝喷氨自动SAMA

            喷氨自动控制实质上是2个PID串级氨水调节阀:主PID利用锅炉负荷及省煤器出口NOX及烟囱出口NOX的设定值,通过相关数学公式计算得出需喷入的氨量值,并与系统实测的喷氨量比较,调节喷氨调节阀,使实际喷氨量与所需量一致,控制喷入SCR脱硝系统的还原剂氨量;副PID是通过烟囱出口NOX的设定值及烟囱出口实测的NOX的比较,经PID运算计算输出(输出控制在0.7~1.3),这个输出值用来对主PID中的理论计算需喷入的氨量值进行修正。

            通过两个串级PID的自动调节,可以确保垃圾焚烧烟气处理SCR脱硝系统喷氨量随锅炉负荷、省煤器出口NOX、烟囱出口NOX及DCS画面设定的NOX排放值等各种因素的变换而自动调节,以完成依据排放标准而控制NOX的目的,同时可以兼顾SCR脱硝系统的氨逃逸指标。

            4结束语

            伴随着我国环境治理工作的不断加强,相信在不久的将来,做为本身就是环保项目的生活垃圾焚烧项目,焚烧烟气的排放指标会得到不断的提高,SCR脱硝系统会很快的在垃圾焚烧项目中得到推广应用,希望本文的相关技术的探讨能对本领域的参与者提供参考。