垃圾焚烧电厂高分子非催化还原（PNCR）脱硝技术的应用

王沛，杨婷婷，王常春，申广耀，李栋辉

（商丘中电环保发电有限公司，河南商丘，476000）

商丘市生活垃圾焚烧发电厂一期建设2 条日处理600t 的生活垃圾焚烧线，配套烟气净化工艺为“SNCR+半干法+干法+袋式除尘器”工艺，即“炉内选择性非催化脱硝+旋转雾化脱酸反应塔+干法喷射+活性炭喷射+袋式除尘器”工艺。原工艺采用氨水（质量浓度20%）作为还原剂，氨水经氨水接收单元送至储罐内储存，由氨水溶液输送单元为炉内提供氨水。为使氨水均匀分布于焚烧炉膛的断面内，氨水经软化水稀释后喷入炉内，稀释后的氨水经喷嘴喷入焚烧炉炉膛。单台焚烧炉设6 个喷嘴，（焚烧炉预留孔分2 层布置，单层6 个），SNCR 控制系统可根据焚烧炉内燃烧状态及温度分布自动选择适合脱硝温度的喷嘴层，在800℃～900℃范围内，脱硝效果可达50%左右，氨水采用压缩空气雾化，最终NOX排放浓度日均值在为130～250mg/m3，原排放优于《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）的排放限制。但2020 年2 月21 日，河南省污染防治攻坚战领导小组办公室发布了《关于印发河南省2020 年大气、水、土壤污染防治攻坚战实施方案的通知》（豫环攻坚办［2020］7 号）中第33 项中“2020 年底前，垃圾焚烧发电企业全面完成提标治理，焚烧炉烟气氮氧化物排放浓度（1 小时均值）在基准氧含量11%的条件下不高于100mg/m3，采用氨法脱硝工艺的垃圾焚烧废气氨逃逸浓度不高于8mg/m3”的要求，现有脱硝系统NOx 的排放日均值在200～250mg/m3，难以满足河南省提标后NOX的排放指标。

NOX的形成主要与炉内温度的控制及废物化学成分有关。燃烧过程中生成的NOX有如下三种形式：

热力型NOX［1］，是空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOX，通常火焰温度在1000℃以上时会大量生成，燃烧温度低时，NOX的生成量较少。

燃料型NOX，是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解、氧化而生成的NOX，其NOX的生成主要取决于过剩空气系数，较少依赖燃烧温度［2］。

快速型NOX，是燃烧时空气中氮和燃料中的碳氢化物反应生成的NOX，与热力型NOX和燃料型NOX相比，生成量很低，可以忽略不计［3］。

垃圾焚烧炉中NOX一般以燃料型为主，体积分数约占总NOX的75%～95%［4］。

燃烧后脱硝技术主要有选择性非催化还原法（SNCR）、选择性催化还原法（SCR）、高分子非催化还原（PNCR）脱硝、烟气再循环等多种形式。项目原脱硝系统已有SNCR 系统来脱除烟气中的部分NOX，烟气再循环技术能降低NOX的排放浓度，但脱硝效率有限，一般配合SNCR 系统使用，能保证烟气中NOX排放浓度在150mg/m3左右，再增设烟气再循环已无法满足严格的排放标准，下文将比较SCR 系统及PNCR 法脱硝情况。

表1 PNCR 与SCR 基本情况对比

SNCR+SCR 工艺因垃圾发电特定的烟气处理工艺需求，只能布置在布袋除尘器之后，采用低温SCR 工艺，低温催化剂仍需要增加蒸汽-烟气加热（SGH）系统，造成投资和运行成本增高，同时失活的废弃催化剂需要作为危废处理［5］。结合同类型项目的改造试验结果，PNCR脱硝系统具有简单、造价低、改造方案施工简单、施工工期短等特点，故本研究选用PNCR脱硝改造方案作为提标改造主方案。

2.1 工作原理

PNCR 脱硝技术主要以炉内非催化还原为主，是采用特定脱硝剂（由高分子分散剂、催化剂、高分子助剂、改性尿素组成，高分子分散剂将增效剂均匀分散在尿素中），用气力输送装置把无粉末光滑颗粒状脱硝剂直接送入炉膛，喷射的温度范围在850℃～1100℃之间，最佳温度为880℃，高温下氨基和高分子连接的化学键断裂，释放出大量含氨基官能团，并与烟气中NOX发生还原反应，达到去除NOX的目的［6］。

2.2 脱硝剂上料系统

脱硝剂为颗粒状，将包装袋中脱硝剂通过真空上料器卸料到脱硝剂料仓内，避免繁重的人工体力劳动，保证加料区域的环境卫生整洁。

气动式真空上料机通过真空发生器产生高真空，利用压缩空气实现对物料的输送，不需要机械式真空泵，具有结构简单、体积小、免维修、噪音低、控制方便、消除物料静电和符合GMP 要求等优点［7-10］。真空发生器产生的高真空，使被输送的物料杜绝了分层现象，保证了混合物料成份的均一性。

2.3 脱硝剂计量给料系统

来自料仓出口的脱硝药剂经过定量给料螺旋定量给料后输送至料气混合射流器。定量给料螺旋采用无轴螺旋，以及低转速、高扭矩设计，在确保药剂给料精度的同时，有效避免物料在设备中的堵塞。无轴螺旋采用变频电机，通过调整变频电机的频率改变脱硝药剂的添加量。无轴螺旋的电机频率和来自锅炉出口的烟气量、NOx 排放浓度信号进行连锁，实现自动控制。

从给料螺旋机出来的药剂进入料气混合射流器，通过经罗茨风机加压后的气体被送至各喷射位置。

2.4 脱硝剂输送喷射系统

从料气混合射流器出来的物料经过气动阀送至连接上、中、下三层喷枪的物料分配器。

根据炉膛温度（DCS 环保平均温度）信号，系统自动选择对应的气动阀，确定该将药剂投入到哪一层喷枪运行。

从物料分配器出来的药剂经喷枪喷到炉膛高温烟气中。喷枪材质应满足运行工况要求：本项目喷管安装在炉膛温度为880℃～980℃的区域，锅炉粉尘浓度高，烟气温度高，喷管选用耐高温（1200℃以上）、耐腐蚀、耐磨损的310 耐热不锈钢。

该系统设有防堵吹扫装置以及相关启动程序，根据设定吹扫间隔时间、吹扫工作时间对未运行层喷枪进行定时定量吹扫，有效防止堵塞，确保各喷枪药剂输送均匀、稳定。

2.5 电气控制系统

根据装置运行监控要求配置完整的仪表和控制系统，采用PLC 控制系统，并有DCS 系统控制通讯接口，满足DCS 系统要求，实现烟气处理全过程检测、调节和顺序控制等功能。包括温度、压力、流量等检测、监视，PID 调节控制，各种阀门、电机的启停，各类设备运行状态的监视及连锁保护，消耗性物料（如脱硝剂）在某一段时间内的耗量及累计总耗量统计功能。

控制系统设计具有完善的数据采集、闭环控制、LCD 显示操作、数据通讯管理、异常工况报警及保护等功能系统。

2.6 高分子协效还原脱硝系统喷枪开孔

由于生活垃圾热值波动较大，锅炉负荷波动较大，因此需在锅炉烟道开孔，以保证PNCR脱硝系统的使用效果。

3.1 运行效果

PNCR 脱硝系统运行后，氮氧化物小时均值控制在100mg/Nm3内，氨逃逸小时均值控制在8mg/Nm3，满足河南省提标后NOX的排放指标要求。

表2 项目技改前后排放污染物对比表

3.2 存在的问题

PID 自动调节程序受炉温波动影响较大，当炉温出现明显下降时，由于信号滞后因素，给料量无法及时增减，导致数据不太稳定，需加强炉温管控。

喷枪切换前后存在喷枪管路结晶堵塞的情况，需修正吹扫逻辑，添加辅助吹扫程序，缓解喷枪管路结晶堵塞问题。

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