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垃圾焚烧厂烟气净化SCR改造设计和脱硝效果分析

2023-6-22 21:57| 发布者: 永一阀门| 查看: 355| 评论: 0

垃圾焚烧发电厂烟气脱硝一般采用SNCR工艺即可满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)排放要求。为改善环境,部分地市对辖区内的垃圾焚烧厂提出了更为严格的排放要求,甚至要求某些示范性工厂实现"零排放"。这也使得原有项目或新建项目需要考虑增加或布置SCR脱硝工艺,进一步降低烟气的NOx含量。某垃圾焚烧发电厂在原有半干法脱酸系统基础上增加SCR脱硝改造,使烟气中的NO_x降低到低于80 mg/Nm~3,同时二噁英在原有基础上降低50%。因此,本文分析了垃圾焚烧厂烟气净化SCR改造设计和脱硝效果。


垃圾焚烧烟气中含有大量的粉尘、HCL、SO2、NOx、二噁英、重金属等有害物质,目前,大多数项目采用SNCR+ 半干法+ 干法+ 活性炭喷射+ 布袋除尘器工艺进行烟气处理[1]。烟气中的NOx 和Ca(OH)2 的反应效率很低,烟气的脱硝主要靠SNCR工艺(选择性非催化还原)进行脱除,但是,在氨逃逸不超标情况下,SNCR 通常脱除效率只有40%~50%,只能满足250 mg/Nm3 的排放要求。随着国家标准和不同地方标准的出台,仅采用SNCR 已不能满足不同地方的排放要求,越来越多的项目需要采用SCR 工艺(选择性催化还原)进一步脱除NOx 的排放量。


在已经出台的相关标准和政策中,上海、深圳、海南等地的地方标准关于NOx的排放要求明显高于国家标准。另外,在其他未出台地方标准的省份,对于新建垃圾焚烧发电项目,很多地方政府对烟气排放的要求也明显高于国家标准,部分标准如表1 所示。

1 项目概况


本项目为深圳某垃圾焚烧发电厂,自深圳市地方标准出台后,部分已建成企业也逐步要求进行排放“提标”,NOx 排放要求满足《深圳市生活垃圾处理设施运营规范》(SZDB/Z 233—2017)。本项目原有烟气净化工艺为:SNCR+ 半干法脱酸+ 干法脱酸+ 活性炭吸附+ 布袋除尘器+ 引风机+ 烟囱,项目要求在引风机和烟囱之间增加SCR 脱硝系统。


2 方案设计


综合投资和运行成本方面的考虑,本项目采用“中温SCR 脱硝”工艺,运行温度为(230±5)℃,每条焚烧线配置一套SCR 脱硝系统,脱硝系统烟气处理流程为:引风机→ GGH → SGH →喷氨格栅→ SCR 反应器→ GGH →增压风机→烟囱。


前端脱硫除尘后,约145 ℃烟气经引风机后进入 GGH 换热器,与SCR 出口高温烟气换热后,温度升至195 ℃,然后烟气进入SGH,其间利用饱和蒸汽将烟气温度由195 ℃升至约230 ℃,约230 ℃的烟气进入SCR 反应器发生反应后将二噁英和NOx 脱除,从SCR 反应器出来的达标烟气进入GGH 换热器与除尘器出口的低温烟气混合后温度降至约180 ℃,然后经增压风机将烟气送入烟囱。考虑到改造系统的施工、催化剂的安装维护,整个SCR 系统设置了旁路系统,本项目中氨水储存使用电厂现有的SNCR 系统储存罐,三条焚烧炉可以共用氨水输送系统;本项目另外配套2 套催化剂再生系统。


3 主要设备


3.1 SCR 反应器


SCR 反应器内催化剂按照2+1 的方式布置,安装2 层,预留1 层,反应器设计成烟气竖直向下流动,反应器入口设气流均布装置。反应器配有可拆卸的催化剂测试元件,方便使用方根据运行工况对测试模块进行取样分析,以便确定催化剂运行情况及再生时间。反应器配有吹灰装置,采用声波吹灰,每层催化剂布置4 个吹灰点,单条线共有12 个点。


反应器预留了催化剂维修及更换所需的起吊装置和平台,SCR 反应器本体设计温度不小于350 ℃,能承受运行温度400 ℃的考验,而不产生任何损坏。


本工程使用某进口品牌的中温蜂窝催化剂。催化剂模块采用框架结构,耐高温、耐腐蚀,并便于运输、安装、起吊。催化剂设计反应温度为(230±5)℃,能满足该烟气温度下长期运行,同时催化剂最高能承受运行温度400 ℃,而不会产生任何损坏。


3.2 增压风机


由于增加的SCR 脱硝系统GGH、SGH、催化剂反应器及烟道等会造成压力损失,原有引风机能力不满足SCR 脱硝系统所需的运行能力,所以要新增增压风机,每台炉设置1 台。该增压风机通过变频器进行转速控制,并将现有的引风机控制在一定范围内运行。另外,停炉时或者再生加热时,该风机和挡板一起同时使用,从而进行流量控制。


3.3 SGH 蒸汽换热器


方案中SGH 加热采用260 ℃饱和蒸汽,并对SCR 脱硝系统饱和蒸汽进汽阀进行程序化控制,可以根据烟气加热器的不同工况进行温度调节,保证烟气在设定温度范围内与氨气进行反应。SGH 采用翅片式换热管,基材选用20 G 钢,为防止湍流振动,SGH中间用隔板分隔成左右两组。


3.4 GGH 烟气换热器


方案采用GGH+SGH 联合升温方案,设计中充分考虑了蒸汽耗量、排烟温度、占地面积等多方面因素,确保排烟温度低于195 ℃。GGH 壳侧与管侧材质具有良好的抗腐蚀性,壳体材质满足防腐要求,管侧材质采用ND 钢。


3.5 喷氨系统及再生系统


SCR 脱硝系统氨水使用原有SNCR 脱硝系统的氨水罐,从氨水罐备用接口连接到氨水输送泵,送到混合器使氨气蒸发并同稀释风混合均匀送入SCR 喷氨格栅。


催化剂表面析出硫铵,会致使脱硝性能下降。催化剂表面硫铵的升华温度为320 ℃左右,据此设置加热器热风循环系统,以达到使催化剂恢复活性的目的。


4 运行效果


项目建成后,按照协议要求,对脱硝系统进行了(72+24)h 的试运行验收,邀请第三方检测单位对SCR 脱硝前后的指标进行了同步取样分析,并对(72+24)h 时间内SCR 系统的原料、能源消耗进行了统计分析,具体数据如表2 所示。

由表2 数据可以看出,经过SNCR 脱硝后,NOx最高均值为221 mg/Nm3,通过SCR 脱硝系统后,脱硝效果明显,根据喷氨量的不同,脱硝效率也有所不同,在氨逃逸不超标的情况下(≤ 3 mg/Nm3),脱硝效率最高可以达到84.8%,并全部满足≤ 80 mg/Nm3的排放要求;SCR 催化剂对二噁英的脱除也有50%以上的效果;其他各项消耗全部达到设计要求。


为进一步了解催化剂的效能变化、验证SCR 的性能指标,在SCR 脱硝系统运行一年半后重新邀请第三方检测单位对这三条生产线SCR 工艺前后同时进行烟气成分检测,并对其他运行数据进行统计,结果如表3 所示。


由表3 可以看出,该系统运行稳定,在正常使用一年半后还有超过80% 的脱硝效率,并且脱除二噁英的效果明显。该催化剂质量保证期为3 a,如果脱酸系统和除尘系统运行正常,满足排放要求,实际使用寿命应该会更长。


5 结论


在保证氨逃逸不超标的情况下(≤ 3 mg/Nm3),SCR 的脱硝效率能够超过80%,并且运行稳定可靠。SCR 脱硝选用合适的催化剂,具有协同脱除二噁英的作用,本项目协同脱除二噁英的效率超过50%。

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