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北極星大氣網報道:上海瀚昱低溫脫硝協同脫二惡英技術在垃圾焚燒煙氣中的運用
 
    

上海瀚昱低溫脫硝協同脫二惡英技術在垃圾焚燒煙氣中的運用

2021年1月1日,北極星大氣網訊:

一、前言

我國城市化速度地持續加快,城鎮人口數量快速增長,城市垃圾產生量越來越大,由此帶來的環境污染也越來越嚴重。目前比較普遍的垃圾處理方式有填埋、焚燒發電和綜合利用,其中,填埋處理方式因需占用大量的填埋場地以及垃圾發酵所產生的空氣污染問題而逐漸被限制使用。垃圾焚燒處理的優點是減量效果好,焚燒后的垃圾體積減少約90%,重量減少約80%,并且可以有效利用焚燒熱量供熱或直接發電,從而使垃圾成為新的資源,實現垃圾的二次利用,同時也實現了垃圾減量化、無害化和資源化,故其社會價值與經濟價值都較高。但是,垃圾在焚燒發電的同時也排放出相當多的有害氣體。

為了滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準GB 18485-2014》及《生活垃圾焚燒發電廠自動監測數據應用管理規定》要求,降低污染物排放,減少霧霾天氣,還國民一個藍天,業界提出了“藍色焚燒”、“綠色發展”概念,并倡議盡快建造面向未來的“藍色”垃圾焚燒廠。宏偉藍圖為:藍色焚燒廠達到最嚴格的煙氣排放標準,污水零排放,污染排放指標公眾可實時查詢。為早日實施“藍色焚燒”、“綠色發展”的美好藍圖,有必要投入足夠的人力、物力研發出藍色垃圾焚燒的“近零”超凈排放治理的系列技術,勇于創新,不拘泥于傳統技術,一旦發現可信、可靠、實用的突破性高新技術應毫不猶豫地加以推廣,并盡早付諸實施。

二、垃圾焚燒煙氣特點及治理技術分析

2.1 煙氣特點

垃圾焚燒煙氣有其特殊性,主要表現在以下幾個方面:

1)煙氣量較小、煙溫較低

垃圾焚燒鍋爐排放的煙氣量相對較小,1臺處理生活垃圾750 t/d的焚燒爐,煙氣排放量通常在150000 Nm3/h左右。通常垃圾的熱值較低,焚燒溫度偏低,所以總體煙溫較低,適合于布置SCR反應器的部位煙溫為150~160℃。

2)HCl濃度較高

垃圾焚燒煙氣中HCl濃度最高時可達1000 mg/Nm3左右,SO2的濃度根據燃燒的垃圾種類不同有所差異,一般在500 mg/Nm3左右。

3)煙氣含水量較高

生活垃圾通常含有一定比例的廚余濕垃圾,雖然經過儲料倉干燥,但仍然有較高的含水率,其水分進入鍋爐燃燒后增加了煙氣的含水率。因此,垃圾焚燒煙氣的水分含量通常在20%~30%范圍。

4)煙氣成分復雜

由于垃圾的來源非常復雜,且不太可控,所以,焚燒產生的煙氣成分也相當復雜。除了酸性氣體(HCl、SOx、NOx、HF、H2S等)外,還有重金屬(Hg、Pb、Cd等)、有機毒性污染物質(二噁英、呋喃PCDDs/Fs)等。焚燒后的粉塵顆粒物主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3、CuO、Cr2O3、NiO、C等組成。

2.2 各種脫硝技術分析

1)SNCR脫硝技術

SNCR技術需要在煙溫850~1200℃條件下,直接通過氨氣與氮氧化物反應生成氮氣與水。該方法設備簡單、投資較省,但脫硝效率低,約為40%~60%,且氨逃逸高(可超過10 ppm)是其致命缺陷。隨著垃圾焚燒煙氣排放標準的提高,NOx排放濃度基本上都要求≤80 mg/Nm3,有的甚至要求≤50 mg/Nm3。所以,單靠SNCR脫硝已無法滿足要求,必須與SCR脫硝技術聯合使用才行。

2)中高溫SCR脫硝技術

SCR技術具有脫硝效率高、穩定性好、運行可靠及氨逃逸率低等優點,但由于垃圾焚燒爐的結構特點及煙氣含有的Na、K、Ca、Mg、Hg、Pb、Cd等元素與酸性成分,易使催化劑中毒,影響其使用壽命,所以,SCR系統宜放在脫硫塔和除塵器之后。中高溫SCR催化劑的適用溫度為300~420℃,需將除塵器后的煙氣從150~160℃加熱至300℃以上,這需要消耗大量蒸汽,因而影響發電量,運行成本極高。因此,中高溫(300~420℃)或中溫(200~300℃)SCR脫硝雖然可行,但技術落后,設備龐大復雜,占地面積大,屬于典型的“耗能減排”,不宜推廣。

3)低溫SCR脫硝技術

除塵器出口煙溫一般為150~160℃,為避免“耗能”問題,直接采取150℃的低溫SCR脫硝技術是較為科學合理的選擇。這樣既節約能耗與蒸汽損耗,工況煙氣體積較小,又無需安裝SGH加熱器及GGH換熱器,設備簡潔,節省了建設投資成本。

三、低溫SCR脫硝技術特點與優勢

3.1 低溫SCR脫硝技術優勢

750 t/d的垃圾焚燒爐為例,通過熱交換和加熱系統,將煙氣從150℃加熱至300℃,所需的過熱蒸汽量約為10 t/h,按一年運行300天計算,所消耗的過熱蒸汽量為72000噸,通常一噸蒸汽能發電200~300度,按上網電價0.6元/度計算,則因加熱煙氣耗費的發電量損失達到1800萬度電,直接經濟損失1080萬元。如此高昂的“耗能減排”運行成本是完全不符合國家“節能減排”宗旨的。

所以,垃圾焚燒發電廠的脫硝出路在于“150℃低溫脫硝技術”,150℃低溫脫硝技術的關鍵在于催化劑。只有150℃低溫脫硝技術才能徹底避免加熱器、換熱器及蒸汽消耗,運行成本才為最低。而如果采用中溫或中低溫脫硝(180~230℃),則仍然需要配置加熱器和換熱器,仍然存在較大的蒸汽耗費問題,發電量損失與經濟損失仍較大,運行成本仍較高。

上海瀚昱環保材料有限公司技術團隊經過十多年的持續研究,得到新型高效的抗中毒低溫SCR催化劑配方及其工藝技術,將低溫催化劑的工作溫度成功地拓寬到150~300℃,同時具備120~150℃穩定高效運行的能力,效率達到90%~99%,確保出口NOx排放<50 mg/Nm3,并已在諸多領域取得很好的業績,得到了廣泛認可。

3.2 “SNCR+低溫脫硝+脫二惡英”技術經濟性優勢

低溫SCR和SNCR各有優點,將兩個技術聯合使用,具有更好的性價比和更高的經濟效益。低溫SCR可以彌補SNCR的缺陷,在投資成本和脫硝效率間找到最優化的平衡。通過合理的設計,爐膛內的SNCR能脫除40%~60%的NOx,以減小低溫SCR的脫硝負擔,合理分配前后段的NOx脫除比例,從而,低溫催化劑用量及反應器都將變小,投資成本得以降低。同時,后端的SCR系統可以將前端的SNCR系統過量噴的氨充分利用,確保氨逃逸不超標。與單獨使用SCR技術相比,SNCR+SCR協同脫硝技術具有投資費用省,運行成本低,脫硝效率高,氨逃逸不超標(<3 ppm)等優點。

還可以在低溫SCR反應器中布置脫二惡英功能區,一塔兩用,脫硝與脫二惡英協同處理。對于原始二惡英濃度不是特別高的情況,可以直接利用“多功能低溫催化劑”直接將NOx與二惡英同時脫除,一塔兩功能。這種協同處理方式,技術先進,可以最大程度節約投資成本與運行成本,減少場地,節約脫二惡英耗費的活性炭,一舉多得。

1為750 t/d垃圾焚燒爐分別采用“SNCR+中高溫脫硝(300~420℃)”、“SNCR+中低溫脫硝(180~300℃)”、“SNCR+低溫脫硝(150~160℃)”三種脫硝技術的經濟性對比分析數據?梢钥闯,垃圾焚燒發電廠采用“SNCR+低溫SCR”聯合脫硝技術的年運行成本為135萬元,分別為“SNCR+中高溫脫硝”年運行成本1240萬元和“SNCR+中低溫脫硝”年運行成本713萬元的10.89%和18.93%,而建設投資僅為“SNCR+中高溫脫硝”和“SNCR+中低溫脫硝”的30%~40%。因此,無論從脫硝效率,還是從建設成本、運行成本、占用場地等方面考慮,“SNCR+低溫脫硝(150~160℃)”都是最佳選擇,也必將成為垃圾焚燒行業NOx超低排放技術的發展方向。

1 750 t/d垃圾焚燒爐脫硝技術的經濟性對比分析

 

四、SNCR+低溫脫硝的應用案例

1)項目概況

本項目為某垃圾焚燒發電公司一條400 t/d垃圾焚燒線的SCR脫硝項目,煙氣處理流程為:SNCR爐內脫硝+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+SCR。因該垃圾焚燒廠之前所用的為國外進口品牌的催化劑,原催化劑運行溫度要求為230℃,實際運行溫度約為242℃,為滿足該進口催化劑的溫度要求,增設了GGH和SGH裝置。

SCR脫硝系統煙氣處理流程為:引風機→GGH→SGH→噴氨格柵→SCR反應器→GGH→增壓風機→煙囪。SCR反應器前采用煙氣-煙氣換熱器(GGH)+蒸汽-煙氣加熱器(SGH)對煙氣進行升溫,煙氣溫度約150℃進入GGH,GGH的吸熱側煙氣出口溫度升至約195℃,其余溫差經由SGH加熱器補充,最終將煙氣加熱至約230~245℃后進入SCR反應器。SCR出口煙氣進入GGH放熱側,回收利用煙氣余熱,最后經過增壓風機進入煙囪排放,排煙溫度約175℃,整個運行過程中蒸汽耗量為3.8 t/h左右。

2)低溫脫硝運行效果

本項目由于受原SCR系統及引風機系統的容量及能力限制,無法實現真正的150℃低溫脫硝,但通過安裝使用上海瀚昱的低溫催化劑后,仍然可以顯著降低催化劑運行反應溫度,明顯減少加熱蒸汽的用量。項目投運后,全部達到超低排放要求。

由表2數據可以看出,SNCR系統開啟后,SCR系統前端的NOx均值為258~277 mg/m3,煙氣通過SCR系統后,脫硝效果十分顯著,平均效率達到92.1%,滿足尾端NOx<50 mg/m3的超低排放要求。

2 SCR系統運行數據(SNCR系統開啟)

 

為進一步驗證SCR催化劑的能力,業主方停用SNCR系統,結果如表3所示。由表3數據可知,即使SNCR系統關閉,瀚昱的低溫SCR脫硝催化劑仍滿足NOx<50 mg/m3的超低排放要求。

3 SCR系統性能檢測數據(SNCR系統關閉后)

 

SCR系統運行4個月后,為解決蒸汽耗量高的問題,上海瀚昱將該SCR系統的脫硝溫度進一步降低,但由于原引風機的裕量不夠,以及壓降問題、設備漏風問題等,只允許將溫度降到195℃左右,即便如此,也大大降低了蒸汽耗量,帶來的經濟效益相當顯著。如表4所示,當煙氣溫度降低到190℃左右時,瀚昱低溫SCR催化劑脫硝效率能完全滿足超低排放要求,而蒸汽耗量從原來的3.8 t/h降到了1.7 t/h,下降幅度超過50%,大大降低運行成本。按一年運行330天計算,該400t/d垃圾焚燒爐每年可以節約蒸汽量:2.1 t/h*24 h*330 d=16632 t/y;按每噸蒸汽發電200~300度(取250度),上網電價0.6元/度,直接經濟效益為249.48萬元。

4 SCR系統運行數據(煙溫降低后)

 

五、總結與建議

通過對垃圾焚燒爐各種脫硝技術的對比分析,并輔以實際的工程經驗,可以得出結論:低溫SCR脫硝技術應該最符合垃圾焚燒爐煙氣特點并能給業主方帶來切實的經濟效益;SNCR技術只能作為輔助手段,可以采用SNCR和低溫SCR兩種工藝聯合的方式來降低初期投資成本;特別是“SNCR+低溫SCR+脫二惡英”的協同治理技術能最大程度降低運行成本,具有很高的應用價值與廣闊的推廣前景。作為低溫SCR技術的關鍵,上海瀚昱所提供的低溫SCR脫硝催化劑被證明在垃圾焚燒中有著優異的脫硝表現,能進一步降低原中溫SCR系統的運行溫度,減少業主方的能耗損失,達到真正的“節能減排”目的,為我國的環保事業添磚加瓦。

目前可能垃圾焚燒行業為蓬勃發展期,可享受國家與地方政府的各種優惠政策,所以,整體效益較好,不會特別計較加熱煙氣所用的蒸汽能耗及發電量損失問題,但如果將來優惠政策減少或取消,垃圾焚燒企業就必須認真對待能耗問題與運行成本問題,否則企業的利潤將無法得到保障。


原文網址:http://huanbao.bjx.com.cn/news/20210101/1126615.shtml

      

 
發布時間:2021/1/4 22:22:35    被閱覽數: 1003 次  [ 打印本頁 ]    [ 關閉窗口 ]