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          中晶技術|垃圾焚燒發電廠煙氣脫硝治理技術選擇
          時間:2021-12-15來源:中晶環境編輯:未知

          背景

               隨著我國現代化進程的逐步發展,城市人口呈指數級增長,城市垃圾量也在不斷增加。生活垃圾若不能得到及時而恰當的處理,則會帶來一系列的社會問題和矛盾。我國生活垃圾的無害化處理方式主要有填埋、焚燒、堆肥三種方式。垃圾填埋在分解過程中會逐步釋放細菌、病毒等有害物質,還容易產生垃圾滲濾液及占用大量土地資源的問題。相比之下,垃圾焚燒技術具有占地小、垃圾減量化穩定化無害化程度高、能量利用率高以及二次污染程度低等優點,已成為目前國外應用比較普遍的垃圾處理方法。

                 2021年10月,國務院印發《2030年前碳達峰行動方案》——循環經濟助力降碳行動:加強大宗固廢綜合利用。大力推進生活垃圾減量化資源化,到2025年,城市生活垃圾分類體系基本健全,生活垃圾資源化利用比例提升至60%左右;2021年9月, 生態環境部發布《“十四五”時期深入推進“無廢城市”建設工作方案》和《“無廢城市”建設指標體系(2021年版)》征求意見?!兑庖姟分赋觯阂訌姽腆w廢物系統治理,持續推進固體廢物源頭減量和資源化利用,最大限度減少填埋量,提高生活垃圾減量化、資源化水平,指導地方做好“十四五”時期“無廢城市”建設工作。

               不難看出,國家在逐步加大對垃圾焚燒行業的監管力度,與此同時,垃圾焚燒發電也逐漸成為垃圾處理的主流技術。而煙氣凈化作為垃圾焚燒發電廠的重要組成部分,決定著垃圾焚燒產生的二次污染物的排放水平,如何控制煙氣中污染物的排放濃度也日益受到人們的廣泛關注。

          垃圾焚燒發電廠

          煙氣脫硝技術現狀

          垃圾焚燒在處理了大量生活垃圾的同時,創造了大量的電力資源,是當下處理生活垃圾的一種主流形式。但垃圾焚燒煙氣中含有大量的污染物,處理不當會造成二次污染,嚴格控制焚燒煙氣中的污染物排放已成為重中之重。

          生活垃圾焚燒的煙氣中污染物主要包括粉塵 (細小顆粒物) 、酸性氣體 (HF、HCl和SO2等) 、氮氧化物、重金屬和有機污染物 (主要為二噁英) ,其中二噁英受到廣泛關注,其種類多,毒性大。因此,必須采取相應措施對其進行治理,防止有害物質對自然環境和人體造成危害。

          目前,垃圾焚燒煙氣中NOx的凈化系統,一般采用還原法即利用催化劑或高溫等條件來提高、加速煙氣中NOx與還原劑(NH3、尿素)的還原反應,還原成無污染的氮氣和水,從而達到凈化NOx污染物。目前進入工業應用的成熟的熱力電廠煙氣脫硝技術主要包括 SCR、SNCR 和 SNCR/SCR 聯用技術等。

          2.1

          SNCR 脫硝技術

          SNCR脫硝技術是在焚燒爐第一煙道或第二煙道內噴射含有氨自由基的還原劑(常用的還原劑為尿素溶液或氨水溶液),NH3與氮氧化物進行反應生成氮氣與水的方法。以脫硝還原劑采用20%氨水為例,SNCR主要包括氨水儲存與輸送系統、稀釋水儲存與輸送系統、計量分配系統、噴射系統以及自動控制系統。

          SNCR脫硝效率主要與還原劑噴射區間溫度、噴槍的布置與霧化效果以及在反應區域的停留時間等因素有關。在噴氨量一定的條件下,SNCR理論脫硝效率可達90%,但是在實際的運行過程中,由于爐膛內溫度分布不均、爐膛負荷波動以及還原劑與煙氣無法保證完全混合等因素影響,SNCR系統在工程應用中,氨逃逸控制在8mg/m 以內,SNCR脫硝效率為40%-60%。

          優點:具有投資成本低、運行成本低以及系統穩定性強等優點,在垃圾焚燒發電廠應用較多。

          缺點:存在脫硝效率偏低、氨逃逸高等缺點,針對NOx超低排放項目僅設置SNCR系統無法達到排放要求。

          2.2

          SCR 煙氣脫硝技術

          SCR脫硝技術是在溫度為170~350℃并設有催化劑的條件下,噴入一定濃度NH3,NH3與NOx選擇性還原成N2和H2O。以脫硝還原劑采用20%~25%氨水為例,SCR系統主要由氨水卸料與儲存系統、氨水計量與輸送系統、氨水蒸發與噴射系統、SCR反應器、煙氣再熱系統、催化劑組成。

          在垃圾焚燒發電廠中,煙氣成分復雜,為延長催化劑使用壽命,SCR通常布置在袋式除塵器后端;為增強SCR系統穩定性,通常將袋式除塵器出口150℃的煙氣經過煙氣再熱系統加熱至170℃以上,再進入SCR脫硝。

          SCR常用的煙氣再熱系統是蒸汽-煙氣加熱器 (SGH)與煙氣-煙氣加熱器(GGH)+蒸汽-煙氣加熱器(SGH)兩種方式,通常采用SGH加熱煙氣,SCR催化劑運行溫度為170~200℃;采用GGH+SGH加熱煙氣,SCR催化劑運行溫度220~240℃。

          優點:具有脫硝效率高、脫硝反應溫度較低、穩定性強以及氨逃逸少等優點。

          缺點:需使用催化劑、消耗蒸汽量以及會增加引風機能耗,使SCR系統投資成本與運行成本高;此外,還需盡量降低SCR入口煙氣中SO2濃度、粉塵濃度以延長催化劑的使用壽命。

          2.3

          PNCR 脫硝技術

          PNCR脫硝技術是使用氣力輸送原理,將粉體狀的高分子脫硝劑從儲料倉采用負壓下料正壓輸送的方式,通過風機將脫硝劑輸送到爐膛內最佳的反應溫區,使氨基與高分子的化學鍵斷裂,釋放出大量的含氨自由基,氨基與煙氣中 NOx發生反應,實現脫硝。該高分子脫硝劑脫硝反應溫度比氨水低,反應溫度區間為800~900℃,脫硝效率可達到80%。

          優點:具有投資成本適中、運行成本適中以及脫硝效率高等優點。

          缺點:存在氨逃逸高、故障率高等缺點,該系統并不成熟,還需進一步研究。

          2.4

          SNCR/SCR 聯用技術

          (1)SNCR+SCR脫硝:是目前國內NOx超低排放項目使用較多的工藝,經SNCR在爐內脫除部分NOx,再經過SCR系統進一步脫硝,該組合方式運行系統穩定,已被廣泛使用。

          優點:SNCR+ SCR聯合脫硝技術投運初期可保證NOx穩定達標且氨逃逸低。

          缺點:催化劑使用時間延長,催化劑性能會逐漸降低,且脫硝的運行成本、投資成本高,不適應于垃圾補貼費低的項目。

          (2)SNCR+PNCR脫硝:在目前國內NOx超低排放項目已有應用,經過SNCR與PNCR在爐內完成兩級脫硝,從目前使用情況來看,該組合工藝穩定性較差。

          優點:NOx排放限值可達到100 mg/m ,且具有投資、運行成本低以及占地面積小等優點。

          缺點:系統故障率高,氨逃逸大,針對此工藝的應用還需在防堵以及降低氨逃逸方面進行進一步研究。

          2.5

          煙氣脫硝技術比較分析

          關于SNCR、SCR、PNCR、SNCR+SCR以及SNCR+PNCR 的脫硝技術綜合對比見表1。

          表1 脫硝技術綜合對比

          針對上述垃圾焚燒行業煙氣脫硝治理技術存在的問題,中晶環境科技股份有限公司研發了喜多(SIOD)離子發生器垃圾焚燒煙氣脫硝治理技術。

          喜多(SIOD)離子發生器

          氧化脫硝技術

          3.1

          煙氣脫硫脫硝工藝

          (1)脫硝部分

          喜多(SIOD)離子發生器作為脫硝的核心技術,是中晶環境獨立開發具有多項自主知識產權的工藝技術,具有效率高、運行可靠、占地面積小可靈活布置、可與高濃度SO2煙氣和其他脫硫工藝結合共同脫硫脫硝等特點。相比SNCR和SNCR+SCR技術而言,該工藝路線是一種可實現無氨脫硝的技術,還可同時脫除多種污染物。

          技術原理:通過幾種簡單化學物質發生反應生成一種具有氧化性的氣體物質,并在脈沖低電壓的作用下產生電離離子。該離子具有強氧化作用,然后用空氣稀釋至一定比例并通過鼓風機送入煙道與煙氣混合,該離子與煙氣接觸后,將NO氧化為NO2,該離子對于NO和SO2的氧化有選擇性,其先氧化NO,過量后才會氧化SO2,所以通過控制摩爾比,可控制該離子只氧化NO而不氧化SO2,煙氣進入吸收塔內,被氧化的NO變為NO2被堿性吸收劑材料吸收,由于該離子相對穩定,不易湮滅,可以隨煙氣進入吸收塔而不消失,隨著煙氣繼續氧化NO,直至NO全部氧化吸收劑吸收,因此利用該離子發生器可以達到NO的全部去除,實現NO的超凈排放。

          (2)脫硫部分

          脫硝的氧化劑在脫硫方面的促進作用可以通過控制摩爾比,將煙氣中一定量的二氧化硫氧化成三氧化硫,三氧化硫極易被SDA的脫硫劑吸收,從而減少出口二氧化硫的排放。

          為保證項目脫硫脫硝一體協同達標,在氧化脫硝工藝中,氮氧化物的脫除過程包括氧化過程和吸收過程。為保證充分的吸收效果,本項目在吸收塔入口煙道及吸收塔上設置梯級氧化還原吸收裝置。常規的吸收反應為Ca(OH)2吸收氧化后的NO2、N2O5等氮氧化物。梯級氧化還原吸收裝置吸收的原理為在NO被氧化后,加入一種還原性水溶液,將氧化后的NO2、N2O5等還原為N2,從而實現吸收的目的。這一氧化-還原裝置設置多級,可以大大提高脫硝效率。

          3.2

          工藝流程

          經過離子發生器產生的氧化性離子的氧化后,在煙道氧化區段后端加入還原區段,對煙氣高價氮氧化物還原效率達到50%。氧化還原后的煙氣進入旋轉噴霧吸收塔,石灰漿液泵送至霧化器霧化,噴入的霧化水用以降低吸收塔內的煙溫,煙氣中SO2/NOx以及部分SO3在塔內與霧化的石灰漿液充分接觸,從而使得SO2/NOx和部分SO3與吸收劑反應轉化為可以瞬間完成的離子型反應,完成SO2/NOx和部分SO3其它多污染物的高效協同凈化;霧化漿液在高溫煙氣中失水變為粉態隨煙氣進入布袋除塵器,將煙氣中的的粉塵脫除下來,干凈的煙氣經由引風機通過煙囪排放。

          脫硝劑制備工藝流程

          3.3

          工藝優勢

          (1)脫硫脫硝在SDA塔內一體化解決脫硫脫硝,工藝流程短,操作簡單;

          (2)對原有系統阻力增加小于100pa,原有的壓力系統、引風機不需要更換;

          (3)系統改造增加電負荷用量較小,最大電負荷增加不超過500kw;

          (4)對原有SDA系統改造較小,不需要對原有設備進行更換;

          (5)占地面積較小,利用主抽風機墻外及舊煙囪周邊空地即可;

          (6)設計兩級吸收系統,適應煙氣波動性較強,可保證運行穩定性;

          (7)施工工期較短,滿足大修75天同步通煙運行條件,不需要另行的煙道對接時間。

          結語

          垃圾焚燒發電作為實現垃圾無害化、減量化和資源化最為有效的方法,已成為各地應對垃圾處理難題的普遍選擇。在國家相關環保政策趨嚴的同時,垃圾焚燒行業也在朝著精細化、智能化、低碳化、社會化、系統化、樞紐化方面進行高質量發展。在“減污降碳”的大背景下,既可以實現超低排放標準又能實現無氨脫硝、工藝流程簡單、設備運行穩定、可提高電廠的經濟效益和社會效益的垃圾焚燒煙氣脫硝技術將成為垃圾焚燒發電廠的首選。

          作者:徐麗影(中晶環境市場部)

          編輯:董怡澤

          審核:付玉輝


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