生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝選擇分析

王琦禎

（廈門佰瑞福環(huán)?？萍加邢薰旧虾７止?，上海 200092）

0 引言

生活垃圾焚燒煙氣脫硝環(huán)節(jié)常常被專家學(xué)者認(rèn)定為具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性兩個鮮明的特征，生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝的廣泛應(yīng)用能夠促使人居環(huán)境得以優(yōu)化，確保居民的生產(chǎn)生活不會受到生活垃圾以及生活垃圾焚燒煙氣所影響。當(dāng)前國內(nèi)生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝主要有SNCR（選擇性非催化還原）和SCR（選擇性催化還原）兩種，這兩種生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝隨著我國垃圾焚燒行業(yè)的快速發(fā)展，不斷被廣泛應(yīng)用，為國內(nèi)生活垃圾凈化處理提供了保障。隨著國內(nèi)生活垃圾焚燒相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝技術(shù)也逐步從青澀走向成熟，被越來越多的生活垃圾焚燒企業(yè)所廣泛應(yīng)用，尤其是聯(lián)合工藝的應(yīng)用，通過將兩個生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝分段使用或聯(lián)合應(yīng)用，使得生活垃圾焚燒煙氣脫硝效率大幅提升，規(guī)避了單個脫硝工藝應(yīng)用過程中存在的顯著弊端，使得生活垃圾凈化處理工作更上一層樓。但生活垃圾焚燒煙氣脫硝工藝的應(yīng)用應(yīng)充分結(jié)合實際，合理進(jìn)行工藝選擇，以確保生活垃圾焚燒煙氣脫硝工作的開展能夠發(fā)揮實效，并使成本得到有效控制。

1 生活垃圾焚燒常見的脫硝工藝

生活垃圾焚燒煙氣中的氮氧化物處理通常在燃燒中或燃燒后兩個階段進(jìn)行處理，燃燒中選擇向高溫爐膛內(nèi)噴入氨基還原劑在無催化劑條件下反應(yīng)，去除氮氧化物，也就是SNCR 脫銷工藝；燃燒后的脫硝處理一般也稱為煙氣脫銷技術(shù)，通過中低溫反應(yīng)溫度，在催化劑的作用下，使用氨基還原氮氧化物，以達(dá)到去除氮氧化物的目的，兩種方式在工程上均有較為成熟的應(yīng)用。

1.1 SNCR 脫硝工藝

SNCR 脫硝工藝即選擇性非催化還原技術(shù)，顧名思義，SNCR 脫硝工藝的應(yīng)用原理是在不使用任何催化劑的前提下，在生活垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)部或者在旋風(fēng)分離筒入口處選擇合適的位置，進(jìn)行氨基還原劑的噴入，使得氨基還原劑能夠在生活垃圾焚燒煙氣產(chǎn)生或排放前，發(fā)生反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氮氣和水，從而實現(xiàn)降低生活垃圾焚燒煙氣排放的作用。從原理上講，在SNCR 系統(tǒng)運行正常的情況下，SNCR 脫硝工藝能夠在噴氨量符合條件要求的前提下，實現(xiàn)90%以上的脫硝效率，然而，在SNCR 系統(tǒng)實際運行過程中，卻往往受到生活垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)溫度分布、負(fù)荷波動以及還原劑與煙氣混合情況等諸多外部因素的影響，如生活垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)存在溫度分布不均或者所選用的還原劑無法與生活垃圾焚燒煙氣充分混合等問題，使得SNCR 脫硝系統(tǒng)的運行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期的90%以上，SNCR 脫硝系統(tǒng)在運行當(dāng)中，當(dāng)氨逃逸控制在8 mg/m3以內(nèi)時，SNCR 脫硝系統(tǒng)的實際脫硝率僅有40%～60%，與預(yù)期的90%以上相差甚遠(yuǎn)。

1.2 SCR 脫硝工藝

SCR 脫硝工藝即選擇性催化還原脫硝技術(shù)，是當(dāng)前生活垃圾焚燒煙氣脫硝處理工藝中較為常見的一種，在國內(nèi)生活垃圾焚燒行業(yè)被廣泛應(yīng)用。SCR 煙氣脫硝工藝是一種爐后脫硝處理方法，在當(dāng)前國內(nèi)發(fā)展已經(jīng)相對成熟。SCR 煙氣脫硝的工作原理是對溫度進(jìn)行控制，使SCR 系統(tǒng)溫度保持在170～350 ℃之間，并利用催化劑影響作用，結(jié)合還原劑NH3的使用，將生活垃圾焚燒煙氣中的氮氧化合物轉(zhuǎn)化為氮氣和水，需要注意的是，還原劑NH3的使用應(yīng)進(jìn)行濃度控制，使其符合SCR 脫硝工藝的應(yīng)用條件。此外，由于垃圾焚燒廠區(qū)空氣環(huán)境惡劣，焚燒的生活垃圾種類繁多，使得生活垃圾焚燒廠區(qū)內(nèi)煙氣的成分相對復(fù)雜，粉塵、酸性氣體濃度、水含量、重金屬、二噁英等均會對催化器的活性產(chǎn)生影響；如果不及時對空氣中以及廠區(qū)內(nèi)部的污染物進(jìn)行處理，將會在很大程度上降低催化劑的使用壽命，甚至?xí)绊慡CR 脫硝系統(tǒng)的正常使用，因此，生活垃圾焚燒企業(yè)往往會慎重選擇SCR 系統(tǒng)的布置位置，通常情況下為保證其不受到復(fù)雜煙氣以及灰塵的影響，會選擇布置在袋式除塵器后端。

1.3 PNCR 脫硝系統(tǒng)

PNCR 脫硝系統(tǒng)即高分子選擇性脫硝，是我國當(dāng)前生活垃圾焚燒行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛，也最符合生活垃圾焚燒行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展趨勢的工藝，其應(yīng)用為國內(nèi)實現(xiàn)生活垃圾焚燒煙氣脫硝提標(biāo)，以及為實現(xiàn)生活垃圾焚燒煙氣脫硝效率提升提供了新的解決方向。脫硝劑是PNCR 脫硝技術(shù)工藝的核心，高分子選擇性脫硝技術(shù)工藝的原理是氣力輸送原理，PNCR 系統(tǒng)所采用的脫硝劑多是以粉末狀為主，PNCR 在下料的過程中采用負(fù)壓進(jìn)行，而輸送過程中則采用正壓進(jìn)行，通過這種方式，以及風(fēng)機的作用，實現(xiàn)脫硝劑從儲料倉到生活垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)的輸送，并確保脫硝劑抵達(dá)最佳反應(yīng)溫區(qū)，且粉末材質(zhì)的脫硝劑噴入生活垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)的溫度窗口應(yīng)控制在800～900 ℃，使氨基和高分子連接的化學(xué)鏈在高溫的條件下發(fā)生斷裂，進(jìn)而使得較多的含氨自由基被釋放出來，促使氨基與生活垃圾焚燒煙氣中的氮氧混合氣體發(fā)生反映，達(dá)到生活垃圾焚燒煙氣脫硝的目的。通常情況下，PNCR 脫硝系統(tǒng)的脫硝效率能夠達(dá)到80%左右。

PNCR 是一種高效的脫銷技術(shù)，但存在堵系統(tǒng)容易堵塞、關(guān)鍵部位，例如管道、噴槍等容易故障，所以在PNCR 系統(tǒng)的設(shè)計中，系統(tǒng)的穩(wěn)定運行最為重要。

1.4 聯(lián)合脫硝技術(shù)

SNCR 脫硝工藝與SCR 脫硝工藝相結(jié)合的聯(lián)合脫硝技術(shù)，是當(dāng)前國內(nèi)氮氧混合氣體超低排放項目中被運用的相對較多的工藝之一，其主要原理是先利用SNCR 系統(tǒng)將生活垃圾焚燒爐爐內(nèi)的部分氮氧混合氣體脫除，然后再利用SCR 系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的脫硝，SNCR 脫硝工藝和SCR 脫硝工藝的結(jié)合，具有系統(tǒng)運行穩(wěn)定的優(yōu)勢特征，使得其在生活垃圾焚燒行業(yè)內(nèi)得以廣泛應(yīng)用。SNCR 脫硝工藝與PNCR 脫硝工藝相結(jié)合的聯(lián)合脫硝技術(shù)，也是當(dāng)前國內(nèi)生活垃圾焚燒煙氣脫硝的一種工藝，已經(jīng)在國內(nèi)有所應(yīng)用，其應(yīng)用原理是使SNCR 脫硝工藝與PNCR 脫硝工藝在生活垃圾焚燒爐爐內(nèi)完成兩級脫硝，從當(dāng)前SNCR 脫硝與PNCR 脫硝兩種工藝聯(lián)合脫硝技術(shù)的應(yīng)用情況來看，這對組合在生活垃圾焚燒煙氣脫硝過程中具有工藝穩(wěn)定性差的特征。

2 常見脫硝工藝的比較

常見的生活垃圾焚燒煙氣脫硝技術(shù)有SNCR（選擇性非催化還原技術(shù)）、SCR（選擇性催化還原脫硝技術(shù)）、PNCR（高分子選擇性脫硝）、SNCR（選擇性非催化還原技術(shù)）+SCR（選擇性催化還原脫硝技術(shù)）以及SNCR（選擇性非催化還原技術(shù)）+PNCR（高分子選擇性脫硝），各項脫硝工藝均具有其優(yōu)勢和劣勢，生活垃圾焚燒企業(yè)在進(jìn)行脫硝工藝選擇時應(yīng)充分考慮實際情況，根據(jù)需求選擇合適的脫硝工藝。

1）SNCR 脫硝工藝。SNCR 脫硝工藝相較于其他脫硝工藝具有投資建設(shè)成本以及整體運行成本低的優(yōu)勢特征，SNCR 系統(tǒng)不需要催化器可直接通過鍋爐噴槍直接注入含氨基還原劑且系統(tǒng)運行穩(wěn)定性較強。但由于SNCR 工藝受外部環(huán)境及外部條件的影響較強，使得SNCR 工藝的脫硝效率通常呈現(xiàn)出偏低的狀態(tài)，且氨逃逸較高，運用SNCR 工藝進(jìn)行生活垃圾焚燒氣體脫硝工作，往往會導(dǎo)致氮氧混合氣體排放無法達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求[1]。在控制較低的氮氧化物排放濃度的狀況下，經(jīng)濟效益并不高，但由于工藝成熟、系統(tǒng)穩(wěn)定，仍然在絕大部分項目中均有應(yīng)用。

2）SCR 脫硝工藝。SCR 脫硝工藝相較SNCR 脫硝工藝而言，其脫硝效率較高，且氨逃逸少，運用SCR脫硝工藝進(jìn)行生活垃圾焚燒煙氣脫硝處理，能夠遠(yuǎn)超于相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。同時，還具有SNCR 脫硝工藝穩(wěn)定性強的優(yōu)勢特征，但SCR 脫硝工藝的缺點也相對明顯，主要表現(xiàn)為兩個方面：一方面，SCR 脫硝系統(tǒng)的投資成本以及投入使用后的運行成本相對較高，使得生活垃圾的銷毀成本大幅提升；另一方面，SCR 脫硝系統(tǒng)在進(jìn)行生活垃圾焚燒過程中，所產(chǎn)生的粉塵中往往會含有較多的堿金屬，會對SCR 催化劑造成負(fù)面影響，甚至造成其使用壽命的降低，為改善這一問題，生活垃圾焚燒企業(yè)在進(jìn)行系統(tǒng)布置時，會選擇袋式除塵器后面，這也對低溫催化劑以及煙氣加熱設(shè)備提出了要求，導(dǎo)致SCR 脫硝系統(tǒng)整體投資及運行成本大大增加[3]。綜合考慮經(jīng)濟型，一般垃圾焚燒的煙氣處理通常選用中低溫（180～230 ℃）的SCR催化劑，在這個溫度段的SCR 催化劑多用V2O5作為活性成分，在應(yīng)用上會在前段工藝進(jìn)行脫除酸性氣體、粉塵以及其他污染物的措施。SCR 脫銷系統(tǒng)單獨運行時，也可以達(dá)到較高的脫銷效率，但是需要更多的催化劑用量，所以工程上一般不會選擇單獨的SCR作為脫銷路線，常會將SCR 脫銷工藝與SNCR 工藝或PNCR 工藝進(jìn)行結(jié)合使用。

3）PNCR 脫硝工藝。PNCR 脫硝工藝相較于SNCR脫硝工藝具有投資費用低，不存在增加系統(tǒng)壓力損失、氨逃逸率低等優(yōu)勢，且PNCR 系統(tǒng)設(shè)備并不會占用較大土地面積，所采用的脫硝劑為固體顆粒，易儲存、安全性較高。在系統(tǒng)工藝路線上也相對簡單，易于自動化控制，并具有脫硝效率高的優(yōu)點，經(jīng)濟性較好。同時，PNCR 脫硝工藝還克服了SCR 脫硝工藝煙氣中含有堿金屬的問題。所以在越來越多的項目上逐步開始工程應(yīng)用。

SCR 與SNCR 聯(lián)合脫硝工藝，在生活垃圾焚燒煙氣脫硝效率方面具有較強的優(yōu)勢，但是相對SNCR 脫硝工藝由于增設(shè)的SCR 工藝會增加項目建設(shè)成本和運行成本，所以在《GB18485—2014 排放標(biāo)準(zhǔn)》要求下，通常選用SNCR 脫硝工藝即可滿足要求，在更低的地方標(biāo)準(zhǔn)或者環(huán)評批復(fù)更低排放要求的條件下，SNCR+SCR 工藝既兼顧了氮氧化物超低達(dá)標(biāo)排放的要求，又在經(jīng)濟性上節(jié)約了項目總投資及運行成本，而使得此種工藝在超低排放的項目應(yīng)用中備受青睞。

SNCR 與PNCR 聯(lián)合脫硝工藝，均在在爐膛內(nèi)噴入氨基還原劑進(jìn)行脫銷，兩種方法選取的溫度區(qū)間基本一致，雖然脫硝效率較高，但其投資和運行成本并不占主要優(yōu)勢，且具有較強的不穩(wěn)定性，因此，SNCR與PNCR 聯(lián)合脫硝工藝在諸多脫硝工藝逐步走向技術(shù)成熟的背景下，在生活垃圾焚燒行業(yè)市場中很難占據(jù)優(yōu)勢地位，需要不斷進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，以提升其穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

本文對當(dāng)前國內(nèi)應(yīng)用相對較多，技術(shù)相對成熟的生活垃圾焚燒煙氣脫硝技術(shù)工藝進(jìn)行闡述，并對比各項工藝技術(shù)的優(yōu)勢以及存在的不足，認(rèn)為對生活垃圾焚燒煙氣脫硝技術(shù)的選擇應(yīng)該從自身實際出發(fā)，從氮氧化物原始濃度、工藝溫度、排放要求等多方面綜合考慮。

在應(yīng)用上目前多采用SNCR 或者PNCR 脫硝工藝，但如煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求較高且生產(chǎn)規(guī)模加大，營業(yè)利潤較高的企業(yè)，特別是沿海地區(qū)以及海南地區(qū)由于逐年排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，在新建項目上多選擇脫硝效率較高的SCR 與SNCR 聯(lián)合脫硝工藝?？傊瑢ι罾贌裏煔饷撓豕に嚨倪x擇應(yīng)充分結(jié)合生產(chǎn)實際，考慮經(jīng)濟、技術(shù)以及環(huán)保要求等諸多外部因素，選擇符合自身實際脫硝技術(shù)的同時，也應(yīng)對成本進(jìn)行控制。