垃圾焚燒廠煙氣凈化SCR改造設計和脫硝效果分析

摘要：垃圾焚燒發電廠煙氣脫硝一般采用SNCR工藝即可滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB 18485—2014)排放要求。為改善環境,部分地市對轄區內的垃圾焚燒廠提出了更為嚴格的排放要求,甚至要求某些示范性工廠實現"零排放"。這也使得原有項目或新建項目需要考慮增加或布置SCR脫硝工藝,進一步降低煙氣的NOx含量。某垃圾焚燒發電廠在原有半干法脫酸系統基礎上增加SCR脫硝改造,使煙氣中的NO_x降低到低于80 mg/Nm~3,同時二噁英在原有基礎上降低50%。因此,本文分析了垃圾焚燒廠煙氣凈化SCR改造設計和脫硝效果。

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，目前，大多數項目采用SNCR+ 半干法+ 干法+ 活性炭噴射+ 布袋除塵器工藝進行煙氣處理[1]。煙氣中的NOx 和Ca(OH)2 的反應效率很低，煙氣的脫硝主要靠SNCR工藝(選擇性非催化還原)進行脫除，但是，在氨逃逸不超標情況下，SNCR 通常脫除效率只有40%～50%，只能滿足250 mg/Nm3 的排放要求。隨著國家標準和不同地方標準的出臺，僅采用SNCR已不能滿足不同地方的排放要求，越來越多的項目需要采用SCR工藝(選擇性催化還原)進一步脫除NOx的排放量。

在已經出臺的相關標準和政策中，上海、深圳、海南等地的地方標準關于NOx的排放要求明顯高于國家標準。另外，在其他未出臺地方標準的省份，對于新建垃圾焚燒發電項目，很多地方政府對煙氣排放的要求也明顯高于國家標準，部分標準如表1所示。

1 項目概況

本項目為深圳某垃圾焚燒發電廠，自深圳市地方標準出臺后，部分已建成企業也逐步要求進行排放“提標”，NOx排放要求滿足《深圳市生活垃圾處理設施運營規范》(SZDB/Z 233—2017)。本項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+引風機+煙囪，項目要求在引風機和煙囪之間增加SCR脫硝系統。

2 方案設計

綜合投資和運行成本方面的考慮，本項目采用“中溫SCR脫硝”工藝，運行溫度為(230±5)℃，每條焚燒線配置一套SCR脫硝系統，脫硝系統煙氣處理流程為：引風機→ GGH → SGH →噴氨格柵→ SCR 反應器→ GGH →增壓風機→煙囪。

前端脫硫除塵后，約145℃煙氣經引風機后進入GGH換熱器，與SCR出口高溫煙氣換熱后，溫度升至195℃，然后煙氣進入SGH，其間利用飽和蒸汽將煙氣溫度由195℃升至約230℃，約230℃的煙氣進入SCR反應器發生反應后將二噁英和NOx脫除，從SCR反應器出來的達標煙氣進入GGH換熱器與除塵器出口的低溫煙氣混合后溫度降至約180℃，然后經增壓風機將煙氣送入煙囪。考慮到改造系統的施工、催化劑的安裝維護，整個SCR系統設置了旁路系統，本項目中氨水儲存使用電廠現有的SNCR 系統儲存罐，三條焚燒爐可以共用氨水輸送系統;本項目另外配套2套催化劑再生系統。

3 主要設備

3.1 SCR 反應器

SCR反應器內催化劑按照2+1的方式布置，安裝2層，預留1層，反應器設計成煙氣豎直向下流動，反應器入口設氣流均布裝置。反應器配有可拆卸的催化劑測試元件，方便使用方根據運行工況對測試模塊進行取樣分析，以便確定催化劑運行情況及再生時間。反應器配有吹灰裝置，采用聲波吹灰，每層催化劑布置4個吹灰點，單條線共有12 個點。

反應器預留了催化劑維修及更換所需的起吊裝置和平臺，SCR反應器本體設計溫度不小于350℃，能承受運行溫度400℃的考驗，而不產生任何損壞。

本工程使用某進口品牌的中溫蜂窩催化劑。催化劑模塊采用框架結構，耐高溫、耐腐蝕，并便于運輸、安裝、起吊。催化劑設計反應溫度為(230±5)℃，能滿足該煙氣溫度下長期運行，同時催化劑最高能承受運行溫度400℃，而不會產生任何損壞。

3.2 增壓風機

由于增加的SCR 脫硝系統GGH、SGH、催化劑反應器及煙道等會造成壓力損失，原有引風機能力不滿足SCR脫硝系統所需的運行能力，所以要新增增壓風機，每臺爐設置1 臺。該增壓風機通過變頻器進行轉速控制，并將現有的引風機控制在一定范圍內運行。另外，停爐時或者再生加熱時，該風機和擋板一起同時使用，從而進行流量控制。

3.3 SGH蒸汽換熱器

方案中SGH 加熱采用260℃飽和蒸汽，并對SCR脫硝系統飽和蒸汽進汽閥進行程序化控制，可以根據煙氣加熱器的不同工況進行溫度調節，保證煙氣在設定溫度范圍內與氨氣進行反應。SGH采用翅片式換熱管，基材選用20G鋼，為防止湍流振動，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 聯合升溫方案，設計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殼側與管側材質具有良好的抗腐蝕性，殼體材質滿足防腐要求，管側材質采用ND鋼。

3.5 噴氨系統及再生系統

SCR脫硝系統氨水使用原有SNCR 脫硝系統的氨水罐，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并同稀釋風混合均勻送入SCR噴氨格柵。

催化劑表面析出硫銨，會致使脫硝性能下降。催化劑表面硫銨的升華溫度為320℃左右，據此設置加熱器熱風循環系統，以達到使催化劑恢復活性的目的。

4 運行效果

項目建成后，按照協議要求，對脫硝系統進行了(72+24)h 的試運行驗收，邀請第三方檢測單位對SCR 脫硝前后的指標進行了同步取樣分析，并對(72+24)h 時間內SCR 系統的原料、能源消耗進行了統計分析，具體數據如表2所示。

由表2數據可以看出，經過SNCR 脫硝后，NOx最高均值為221 mg/Nm3，通過SCR 脫硝系統后，脫硝效果明顯，根據噴氨量的不同，脫硝效率也有所不同，在氨逃逸不超標的情況下(≤ 3 mg/Nm3)，脫硝效率最高可以達到84.8%，并全部滿足≤ 80 mg/Nm3的排放要求;SCR 催化劑對二噁英的脫除也有50%以上的效果;其他各項消耗全部達到設計要求。

為進一步了解催化劑的效能變化、驗證SCR 的性能指標，在SCR脫硝系統運行一年半后重新邀請第三方檢測單位對這三條生產線SCR工藝前后同時進行煙氣成分檢測，并對其他運行數據進行統計，結果如表3所示。

由表3可以看出，該系統運行穩定，在正常使用一年半后還有超過80% 的脫硝效率，并且脫除二噁英的效果明顯。該催化劑質量保證期為3a，如果脫酸系統和除塵系統運行正常，滿足排放要求，實際使用壽命應該會更長。

5 結論

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