爐排式垃圾焚燒爐SNCR脫硝技術應用

爐排式垃圾焚燒技術近年來在我國得到快速發展及廣泛運用，隨著近年來國家對環境治理的高度重視，如何有效降低高溫焚燒后煙氣中氮氧化物等有害物質的排放，是垃圾焚燒項目建設中必須解決的關鍵問題。
由于SNCR脫硝工藝是對燃燒后的煙氣進行脫硝，不需要催化劑，運行成本較經濟，配置較簡單，已成為中低參數垃圾焚燒鍋爐脫硝的首選。該脫硝技術原理是用NH3、尿素等還原劑噴入爐內與NOx進行選擇性反應，由于不用催化劑，因此必須在爐膛高溫區加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850～1250 ℃的區域，還原劑(尿素)迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行反應生成無污染的N2和H2O。
1 脫硝工藝說明
1.1工藝原理
選擇性非催化還原法( Selective Non－Catalytic Reduction 簡稱SNCR) 是在不需要催化劑的情況下，將氨基還原劑(氨水) 噴入溫度為 850～1250 ℃的煙氣中，還原劑有選擇性地與煙氣中的NOx發生化學反應，將NOx還原成氮氣(N2)和水(H2O)的方法。SNCR脫硝過程中的主要化學反應為:
4NH3 +4NO + O2→4N2 +6H2O
4NH3 +2NO +2O2→3N2 +6H2O
1.2工藝流程
垃圾焚燒鍋爐的SNCR脫硝工藝流程見圖1所示。首先，氨水罐車將20%的氨水溶液輸送到廠區氨站的氨水溶液儲罐內，然后氨水溶液由高流量輸送泵輸送到鍋爐側，經稀釋計量模塊精確計量脫硝反應所需的氨水溶液量后，用除鹽水將氨水溶液進一步稀釋至約 10%以內，最后輸送到噴槍，通入壓縮空氣將稀釋后的氨水溶液霧化并噴入高溫煙氣中進行脫硝反應。
1.3 脫硝系統主要設備和物料
1.3.1 主要設備和物料
( 1) 外購氨水
按1 臺鍋爐脫硝裝置至少3天用量進行還原劑公用區設計，脫硝還原劑使用20%濃度的氨水。
( 2) 氨水溶液儲罐
設置1只304不銹鋼材質的氨水溶液儲罐，滿足最少7天的脫硝系統用量要求。儲罐為立式平底結構，裝有液位顯示等儀表設備。
( 3) 氨水溶液供應裝置
設置1套氨水溶液供應裝置，包含2臺高流量的多級SS變頻離心泵、過濾器、可調節的背壓控制閥等設備及用于遠程監測和控制系統壓力、溫度的儀表。
( 4) 稀釋計量裝置
稀釋計量裝置為SNCR脫硝控制的核心裝置，用于精確計量和獨立控制還原劑流量。該裝置模塊采用獨立的還原劑流量控制方式，通過流量調節閥與就地控制器的結合自動調節還原劑流量，對NOx濃度、鍋爐負荷變化作出響應。稀釋計量裝置包括2臺變頻稀釋水泵、流量調節閥、流量計、壓力儀表等。
( 5) 分配裝置
分配裝置用于精確分配到每支噴射器的還原劑和壓縮空氣的壓力及流量，包括調節閥、壓力儀表和流量儀表等設備。
( 6) 水沖洗系統
脫硝系統管道需設置水沖洗系統。
1.3.2 工藝水系統
工藝水系統中的稀釋水、沖洗水、冷卻水采用常溫除鹽水，直接由機組側母管提取，品質符合除鹽水參數要求。
1.3.3 壓縮空氣系統
壓縮空氣系統由儲氣罐、空氣管道等設備組成。由建設方提供雜用和儀用壓縮空氣氣源，品質符合壓縮空氣參數要求。
1.3.4 噴射系統還原劑噴射系統包括噴射器及套管等部件，采用壓縮空氣將還原劑霧化并噴入高溫煙氣中。
1.3.5 控制系統
根據脫硝裝置運行監控要求配置完整的儀表和控制系統，并提供與全廠控制系統對接的軟硬件接口。
2 技術要點及注意事項
2.1 溫度場分布
由于爐排式垃圾焚燒鍋爐所具有的燃燒動態特性，在鍋爐運行中爐膛溫度會在短時間內迅速變化，所以，必須在爐膛不同高度處分別安裝幾個噴射器，以保證在適當的溫度部位噴入脫硝劑。為了確定合適的噴入點位置，脫硝系統設計時建議采用計算流體動力學分析( CFD)及化學動力學模型( CKM)計算。
2.2 噴霧形狀模擬
從噴槍射出的氨水霧滴應具有合理的液滴尺寸、分布和穿透性，以促進氨與煙氣中 NOx的接觸和混合。脫硝系統中采用了扇形噴嘴布置的雙流體噴槍(壓縮空氣及氨水溶液)，合理的分布使脫硝反應無霧化盲區。
3 總結
在垃圾焚燒鍋爐SNCR脫硝系統的設計、安裝、調試及優化過程中，通過3種數值模擬方式，合理確定SNCR反應區域的噴槍位置和數量，使脫硝效率達到理想的效果。
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