SNCR系统对垃圾焚烧厂NOx排放浓度影响研究

文_戴晓云 上海环境卫生工程设计院有限公司

垃圾焚烧技术在西方发达国家已有很长的发展历史，是世界上许多先进国家和地区最常采用的垃圾处理方法之一，与其他垃圾处理方法相比，具有三方面优点：①运行稳定、卫生、可靠，全封闭工业化的生产模式可以基本上不受自然条件的影响，焚烧厂能全天候连续运行，且使用年限可达20年以上；②占地小、污染低的特点，使得焚烧厂可以建造在市区，从而大大减少垃圾的运输费用；③可以回收垃圾中的能源，变废为宝，加以利用。

垃圾焚烧发电作为当前最符合实际需求的垃圾处理方式，将在未来进一步得到快速推广。国家发展改革委、住房城乡建设部印发的《“十三五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》(发改环资[2016]2851号)明确提出：经济发达地区和土地资源短缺、人口基数大的城市，优先采用焚烧处理技术，减少原生垃圾填埋量，到2020年末全国垃圾焚烧处理目标达到59.1万t/d，同比增长151%，全国城镇生活垃圾焚烧处理设施能力占无害化处理总能力50%以上，其中东部地区占60%以上。

国家能源局印发《关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》(国能发新能[2017]31号)，规划新增城市生活垃圾焚烧发电项目529个，新增装机规模1022万kW，项目个数和新增装机较“十二五”期间分别增长4.6倍和2.1倍。“十三五”期间垃圾焚烧发电行业的大好发展形势可期。

针对这一趋势，以某垃圾焚烧厂为例，以实际数据为基础，研究SNCR系统对垃圾焚烧厂氮氧化物排放的影响，为相关垃圾焚烧厂的新建和技术改造提供参考。

1 研究对象及改造思路

1.1 研究对象

以某生活垃圾焚烧厂为研究对象，该厂拥有3条设计处理规模为500t/d的机械炉排炉，总处理规模为1500t/d。该厂于2000年前开工建设，当时国家相应的垃圾焚烧污染物排放标准及规范尚未出台，烟气排放标准按照欧盟92标准设计，原烟气处理工艺中不包含SNCR脱氮技术，焚烧炉没有采用烟气再循环技术。

1.2 改造思路

本次技改选用的脱硝药剂为浓度为3%～10%的尿素溶液，拟在余热锅炉一通道喷入烟气中进行混合还原反应。

1.2.1 确定喷口高度

根据相关研究结论，SNCR技术在温度为870～1020℃的区域脱硝效率较高，通过调取运行数据，余热锅炉第一通道在870～1020℃的区域有3层平台便于操作，水冷壁间距满足喷嘴安装空间，因此将SNCR喷口的标高确定为3层。

1.2.2 确定喷口数量和位置

根据实际设备尺寸，焚烧炉在第一通道的长度约为9m，宽度约为4m。如果只是在侧墙（4m宽）设置SNCR喷口，脱硝药剂很难穿透炉膛，喷射出4.5m远达到中心区域。如果只是在前墙（9m宽）设置SNCR喷口，需要设置6个以上喷口。综合考虑下来，技改方案在前墙靠近中心线位置设置了2个喷口，在左右墙各设置了2个喷口，每层共6个喷口，一共18个喷口。

1.2.3 确定运行模式

考虑实际工况在80%～110%负荷之间变化，余热锅炉第一通道中温度梯度也在发生变化。为监测炉内烟气温度分布状况，在最合适的温度喷入脱硝药剂，在每层尿素溶液喷嘴高度均增加了温度测点，以便根据温度场变化调整尿素溶液喷入层。

当烟囱出口烟气中的NOx浓度大于某一定值时，SNCR系统自动启动，将尿素溶液通过喷嘴喷入余热锅炉烟道内，尿素溶液的喷入量根据烟气内的NOx浓度自动调节。当烟气中的NOx浓度长时间低于某一定值时，则自动停用SNCR系统并将SNCR喷嘴退出，以避免喷嘴被烧坏。

2 增设SNCR系统对NOx排放的影响

2.1 该焚烧厂改造前的NOx排放情况

增设SNCR系统前，本厂要求的NOx排放标准为400mg/m3（O211%）。改造前，该厂1#、2#、3#2015年11月份每日NOx排放数据为图1所示，20008年1月到2009年11月的每月NOx排放数据如图2所示。

图1 2015年11月1#、2#、3#每日NOx排放数据

图2 2008年1月到2009年11月1#、2#、3#的每月NOx排放数据

综合来看，改造前该厂的NOx排放情况有以下特点：

①在2009年之前，1#炉的排放值高于2#炉，2#炉的排放值高于3#炉。2009年，3条线的数据逐渐趋于统一，并且在最近稳定在300mg/m3附近。

②从2015年11月1#、2#、3#的90个日均值的数值来看，NOx的浓度最大值为331.83mg/m3，在该厂执行标准400mg/m3以下。

③2009年11月，1#、2#、3#焚烧线的NOx平均浓度分别为 280.59mg/m3、300.89mg/m3、298.75mg/m3。随着该厂的运营逐渐趋于稳定化，这3个数值可以客观地反应出该厂的整体工艺所能达到的排放水平。

④从2009年11月的数据来看， 1#线的燃烧工况最好，NOx最大不超过316.46mg/m3，但是NOx浓度在300mg/m3以下连续运行的工况比较少。当时执行的标准（国标GB18485-2001）的限值为400mg/m3，该厂排放烟气中的NOx浓度值达到了标准要求。

2.2 该焚烧厂增设SNCR系统后的NOx排放情况

SNCR改造后，该厂要求的NOx排放标准为200mg/m3（O211%）。选取改造后NOx排放数据进行分析，2016年至2019年每年9月1#、2#、3#的NOx每日排放情况分别如图3、图4、图5、图6所示，改造前后NOx排放情况对比如表1所示。

图3 2016年9月1#、2#、3#NOX每日排放数据

图4 2017年9月1#、2#、3#NOX每日排放数据

图5 2018年9月1#、2#、3#NOX每日排放数据

图6 2019年9月1#、2#、3#NOX每日排放数据

表1 改造前后NOX排放情况对比表 /（mg/m3）

说明：“月均值”来源于本月的“日均值”的平均值。

结合图3～图6及表1可以看出，该厂改造后的NOx排放有以下特点：

①从改造后的数值来看，NOx的浓度最大值为199.41mg/m3，满足该厂的执行标准。

②2019年9月，1#、2#、3#炉的NOx平均浓度分别为182.88mg/m3、171.48mg/m3、183.99mg/m3。NOx平均浓度对比2016年至2018年较为明显的提升。2#炉的燃烧工况最好，NOx的最大值、最小值和平均值均为最小。

③以表1中的NOx排放平均值为参考，1#炉改造后NOx去除率为35%～47%，2#炉改造后NOx去除率为43%～53%，3#炉改造后NOx去除率为38%～50%。

④从2016年至2019年每年9月1#、2#、3#NOx每日排放数据来看， NOx的排放浓度均在200mg/m3之下，且运行情况稳定，其中，2019年较前三年NOx排放浓度有明显的提升。可能导致该情况的原因为：当地于2019年实行垃圾分类，垃圾成分有了明显的变化，进而导致烟气成分变化以及第一通道烟气温度场变化，具体原因可进行进一步研究。

3 结语

在SNCR技术改造之前，该厂通过调整运行工况等方法使NOx浓度控制在331.83mg/m3以下，满足国标GB18485-2001的限值。新的地方标准于2015年发布并于正式实施，该厂在2015年完成SNCR脱氮技术改造，并将NOx浓度控制在200mg/m3以下。从之后4年的NOx浓度数据来看，SNCR技术的NOx去除率在35%以上，且运行工况较为稳定。

《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）从2016年1月1日正式实施以来，要求垃圾焚烧电厂氮氧化物排放限值达到250mg/m3(日均值)、300mg/m3(小时均值)，到现在各地方环保部门提出更为严格的标准，福建省的征求意见稿要求日均值100mg/m3，小时均值120mg/m3；武汉、东莞要求控制在100mg/m3以下；南京、深圳要求控制在80mg/m3以下；浙江宁波、杭州、台州要求控制在75mg/m3以下等，氮氧化物排放限值越来越低是主流趋势。

进一步降低NOx排放浓度是必然趋势，建议该厂在将来再次技术改造时，综合考虑垃圾分类政策实施与调整对垃圾成分可能造成的影响，结合最新的PNCR及SCR技术，提出综合决策改造方案，以满足焚烧厂氮氧化物排放值达标。