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- 2020
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垃圾焚燒煙氣凈化低溫SCR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和經(jīng)驗總結(jié)
發(fā)布者:第一環(huán)保 瀏覽次數(shù):453垃圾焚燒作為垃圾處理的主要手段之一,在全球發(fā)展已經(jīng)有一百多年的歷史了。SCR系統(tǒng)作為煙氣凈化技術(shù)中氮氧化物的控制技術(shù)(簡稱脫硝技術(shù))是促進(jìn)垃圾焚燒技術(shù)推廣的重要保障手段,在全球垃圾焚燒領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。本文通過對歐洲、日本和中國的垃圾焚燒廠SCR工藝的介紹和分析,對SCR技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)和展望。
為了更好了解全球生活垃圾焚燒SCR技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,無錫市華星東方電力環(huán)??萍加邢薰荆ê喎Q“華星東方”)利用幾年時間走訪了全球數(shù)十座焚燒廠,并利用筆者公司在中國地區(qū)SCR的工程實踐經(jīng)驗,對SCR技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行分析,希望能為今后的行業(yè)發(fā)展提供一些借鑒和思路。
一、部分發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的SCR技術(shù)應(yīng)用的案例介紹
(一)歐洲首例SCR系統(tǒng)—Spittlau焚燒廠
通常認(rèn)為歐洲第一套采用低溫SCR系統(tǒng)的生活垃圾焚燒廠①,是奧地利維也納的Spittlau焚燒廠,該焚燒廠規(guī)模為3x400t/d處理量。接待筆者的焚燒廠負(fù)責(zé)人介紹,該廠始建于1969-1971年,在1987年遭遇火災(zāi)損毀。目前運(yùn)行的主體煙氣凈化系統(tǒng)于1989年重建并于1992年投入使用,其工藝為:ESP+ Acid scrubber + Basic scrubber +WESP+GGH+LNG+SCR,首次投入使用的SCR運(yùn)行在280度②,采用蜂窩式催化劑,其工藝流程見圖1。
圖1 Spittlau在2012年技改前工藝流程圖
2012年始,該廠再次對煙氣系統(tǒng)進(jìn)行了技改,將ESP調(diào)整為布袋除塵,換裝了新的蜂窩式催化劑,反應(yīng)溫度從280度降到190度,并設(shè)置了催化劑在線熱再生系統(tǒng),熱源采用天然氣加熱爐,其運(yùn)行溫度詳見圖2。
圖2 Spittlau技改后SCR系統(tǒng)運(yùn)行溫度
(二)超低溫運(yùn)行的SCR系統(tǒng)—RZR Herten焚燒廠
位于德國HERTEN地區(qū)的RZR焚燒廠,擁有4條生活垃圾焚燒線。其煙氣凈化工藝為:SDA+BHF+ GGH+Acid scrubber+ Basic scrubber+Fixed bed activated coke filters+SGH+SCR。筆者于2016年參觀了該工廠,該焚燒廠是筆者唯一見過的以160度的溫度運(yùn)行的SCR系統(tǒng),并連續(xù)平穩(wěn)使用8年,其煙氣凈化工藝流程詳見圖3。
圖3 RZR Herten焚燒廠全廠立面圖
據(jù)其運(yùn)行人員介紹,因SCR系統(tǒng)運(yùn)行在較低的溫度,而設(shè)計了固定床的活性焦過濾裝置。運(yùn)行技術(shù)人員告知筆者即使在設(shè)置2段濕法洗滌塔之后,SO3會不斷富集進(jìn)而影響催化劑的性能。要確保系統(tǒng)長時間平穩(wěn)運(yùn)行,除了去除有毒金屬(如:汞等)和有機(jī)物外(二噁英/呋喃)③,固定床的活性焦過濾裝置也能有效阻擋三氧化硫,從而減少下游形成硫酸氫氨的風(fēng)險,進(jìn)而減少對催化劑的影響,從而延長了系統(tǒng)的運(yùn)行時間。此外,在這一溫度布置固定床的活性焦過濾裝置,有利于活性焦對二噁英的吸收,防止活性焦自燃,從圖4可以看出其SCR的運(yùn)行溫度僅為163.2度。
圖4 RZR Herten焚燒廠的上位機(jī)截屏圖
回國后,從該廠提供的催化劑檢修照片來看其運(yùn)行狀態(tài)良好,詳見圖5。而其催化劑則是采用了主流的釩鈦基40孔的蜂窩式催化劑,3+1層布置方式,詳見圖6。
圖5 催化劑檢修照片
圖6催化劑主要參數(shù)表
(三)我們的鄰居—日本東京光丘焚燒廠及其他
2016年華星東方引進(jìn)了三菱重工的煙氣超凈排放技術(shù),三菱重工是全球最早在生活垃圾焚燒廠研發(fā)低溫催化劑并使用低溫SCR技術(shù)的公司。據(jù)三菱介紹,其最早進(jìn)行SCR系統(tǒng)工業(yè)測試的焚燒廠是1984年的東京葛飾焚燒廠,隨后將其引入工業(yè)化運(yùn)行,1987年三菱重工在其建設(shè)的東京光丘二期焚燒廠首次實現(xiàn)了低溫SCR系統(tǒng)的工業(yè)化運(yùn)行,這一時間比歐洲1992年首例SCR系統(tǒng)投入的時間早了5年。在撰寫本文時,筆者又進(jìn)一步了解了這個工廠的最新情況,目前該焚燒廠為了適應(yīng)日本最新的排放值,正在重建過程中,其改建的煙氣工藝與Spittlau焚燒廠較為相似,圖7顯示了最新設(shè)計的污染物排放限值。
圖7 光丘焚燒廠的最新污染物排放設(shè)計要求
從上圖表來看,該項目的設(shè)計指標(biāo)屬于日本目前最嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn),而中國目前個別地區(qū)的污染物排放要求則更為嚴(yán)格,如華星東方設(shè)計和建設(shè)的:寧波鄞州、青島黃島、浙江海寧等焚燒廠的煙氣凈化系統(tǒng),其NOx設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn)都低于上述排放標(biāo)準(zhǔn),但日本實際運(yùn)行煙氣系統(tǒng)時則投入更多藥劑,排放更貼近零排放,不少筆者參觀的焚燒廠除了NOx排放控制在30-40ppm,約70mg/Nm3外,其余污染物指標(biāo)均小于1ppm運(yùn)行。
日本焚燒廠的主流煙氣凈化工藝,基本在1996年后確定:(降溫塔)+BHF+Wet Scrubber+SGH+SCR。其SCR的反應(yīng)溫度基本上都選擇在210-240度之間,催化劑則以板式、波紋板和蜂窩3種較為常見,如:東京板橋焚燒廠使用的是板式的催化劑,而東京有明工廠則使用的是蜂窩式的催化劑。
日本對SCR系統(tǒng)的煙氣加熱方式,多采用蒸汽加熱,其蒸汽加熱器占地較大,煙氣溫度需要從濕法洗滌塔出口的保溫溫度上升到200多度,其運(yùn)行能耗較高,如廣島中工場的就是采取了濕法洗滌塔后飽和溫度直接提升到210度運(yùn)行,詳見圖8。
圖8 廣島中工場運(yùn)行畫面
(四)低塵高硫布置案例—Amager Bakke焚燒廠
Amager Bakke的建設(shè)規(guī)模為2x840t/d的處理量,煙氣凈化工藝為:ESP+SCR+ECO+Acid scrubber+Basic scrubber+Condensing scrubber+ Venturi Scrubber,詳見圖9。SCR系統(tǒng)采用波紋板式催化劑,運(yùn)行溫度為270度。該焚燒廠在SCR系統(tǒng)的上游布置了ESP,未設(shè)置脫酸裝置,SCR入口粉塵設(shè)計排放值為5mg/Nm3,但由于ESP的實際運(yùn)行效果為30mg/Nm3,未能達(dá)到設(shè)計值。因此,在投運(yùn)初期對催化劑產(chǎn)生了不小影響,后通過不斷清灰情況有所緩和。但粉塵對催化劑的性能和使用壽命產(chǎn)生了一定影響,由于該焚燒廠投產(chǎn)時間不久,還需持續(xù)觀察。
圖9 Amager Bakke焚燒廠的工藝流程圖
該焚燒廠位于海邊,因在SCR系統(tǒng)前未設(shè)置脫酸工藝,故脫酸全部由濕法系統(tǒng)承擔(dān),其因此增加的廢水排放經(jīng)過簡單處理后直接排向大海,這種設(shè)計大大降低了處理廢水中氯離子的成本。如在在非海邊地區(qū),則應(yīng)在SCR系統(tǒng)之前設(shè)置脫酸,或在SCR系統(tǒng)之后設(shè)置半干法或干法脫酸裝置,以便減少了廢水處理成本。筆者認(rèn)為,采取高溫濾筒或設(shè)計PTFE濾袋可耐受的運(yùn)行溫度,在SCR系統(tǒng)前置小蘇打干法脫酸工藝,更有利于系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。
圖10 Amager Bakke焚燒廠的排放數(shù)據(jù)截屏
從該焚燒廠煙氣工藝投運(yùn)后的效果來看,不僅大大降低了系統(tǒng)阻力降,避免了多次使用GGH和SGH系統(tǒng),而且由于提升了SCR運(yùn)行溫度,從上述的排放數(shù)據(jù)來看,SCR系統(tǒng)獲得了極其高的脫除效率,其NOx排放日均值達(dá)到了驚人的0.1mg/Nm3,詳見圖10。只是此種布置方式下的催化劑壽命是否會受到高硫煙氣的影響,還有待觀察。
二、中國垃圾焚燒氮氧化物排放現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及低溫SCR系統(tǒng)的典型應(yīng)用
(一)中國垃圾焚燒氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀
在中國《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB 18485-2014的出臺后,NOx的排放值被確定為250mg/Nm3,11%的基準(zhǔn)含氧量。但在隨后幾年中,各地都陸續(xù)出臺了更為嚴(yán)苛的地方標(biāo)準(zhǔn)。以浙江、山東、江蘇、廣東,河北、海南等地新出臺的排放要求為列,部分新落地項目簽署的NOx排放要求達(dá)到了100mg/Nm3。而在部分地區(qū),焚燒廠被要求執(zhí)行火電廠排放標(biāo)準(zhǔn)、地方行政法規(guī)或通知中要求的排放標(biāo)準(zhǔn),其甚至達(dá)到了50mg/Nm3,6%基準(zhǔn)含氧量,這在短時間內(nèi)使得中國在低溫SCR領(lǐng)域的工程技術(shù)和催化劑技術(shù)的發(fā)展變得迫在眉睫。
(二)中國首批SCR系統(tǒng)典型應(yīng)用
2009年前后,中國的生活垃圾焚燒市場啟動了對NOx排放控制技術(shù)的調(diào)研和示范項目招投標(biāo)工作⑤。首先啟動的是SNCR技術(shù)的引進(jìn)和開發(fā)工作,華星東方(注:公司前身名為華星電力,2015年底將煙氣事業(yè)部剝離后變更設(shè)立為華星東方)首先與日本荏原公司在福建漳州項目合作開發(fā)了第一套SNCR系統(tǒng),隨后華星東方在江橋項目開展了更高效率的SNCR技術(shù)的研發(fā)和實踐工作。2011年,隨著部分地區(qū)NOx排放要求的進(jìn)一步提升,中國在2012年同時啟動了3個低溫SCR示范工程,分別是:北京首鋼魯家山,南京光大江南,南京上環(huán)投江北④。其中魯家山采用的是240度的SCR系統(tǒng)設(shè)計,而江南和江北分別采用更低的160度和170度的設(shè)計,此3個項目均先后于2014年投入運(yùn)行。
南京江北項目,全稱南京江北靜脈產(chǎn)業(yè)園生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化工程項目,位于中國江蘇省南京市,日處理城市生活垃圾2000噸,采用4臺日處理500t的往復(fù)式機(jī)械爐排焚燒爐,煙氣凈化采用“SNCR+SDA+NaHCO3噴射+AOC噴射+BHF+SGH+SCR”處理工藝,華星東方承接了該項目的整個煙氣凈化系統(tǒng)。
該項目脫硝系統(tǒng)采用SNCR+SCR的聯(lián)合工藝,設(shè)計煙氣流量11.62萬Nm3/h(濕基),設(shè)計采用殼牌SDS壁流式粒子催化劑模塊,還原劑為25%濃度的氨水,運(yùn)行溫度170度,設(shè)計效率≥46.7%,設(shè)計條件如下:
為減少硫酸氫氨對催化劑的影響⑥,工程師在設(shè)計半干法時候,采用了持續(xù)小蘇打噴射工藝作為脫酸補(bǔ)充手段,以確保進(jìn)入SCR系統(tǒng)的SOx小余10mg/Nm3。該項目于2013年開始建設(shè),于2014年先后投入半干法和脫硝系統(tǒng)。在該項目投標(biāo)方案設(shè)計階段,華星東方考慮到粒子狀催化劑缺少相同工況的運(yùn)行經(jīng)驗,具有不確定性,設(shè)計增加了SGH系統(tǒng)和催化劑備用層,并設(shè)計兼容了蜂窩式催化劑的布置,整個系統(tǒng)設(shè)計并未使用殼牌提供的石化行業(yè)方案。事實證明這為日后更換蜂窩式催化劑提供了必要的條件,該設(shè)計也成為了國內(nèi)170-180度段低溫SCR系統(tǒng)設(shè)計的參考范例。
(三)華星東方對低溫催化劑應(yīng)用的探索和實踐
2014年SCR系統(tǒng)投入使用,初期脫硝效率在170度時效率滿足并超出設(shè)計值要求的46.6%效率,但隨著時間的推移,粉塵對粒子固定床式的催化劑模塊產(chǎn)生了巨大影響,導(dǎo)致催化劑壓差持續(xù)攀升,微塵滯留在催化劑模塊持續(xù)造成的催化劑堿金屬中毒。為了評定是否可繼續(xù)使用此催化劑,華星東方進(jìn)行了進(jìn)一步的測試。
2015年底,在確認(rèn)各系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行后,特別是確認(rèn)除塵器運(yùn)行穩(wěn)定后,重新填入全新的粒子催化劑模塊,華星東方開始了一次對1號爐SCR反應(yīng)器的壓差測試(2015年12月14日-2016年1月18日),結(jié)果顯示:SCR反應(yīng)器阻力從600Pa上升至3300Pa,用時32天,期間多次對SCR入口粉塵取樣測試,其數(shù)據(jù)波動范圍為3-5 mg/Nm3。
隨后,工程師對催化劑進(jìn)行了效率測試,由于SDA投入運(yùn)行近1年,人員尚在磨合期,期間SOx的日均值可平穩(wěn)控制在20mg/Nm3以下,其部分脫硝相關(guān)數(shù)據(jù),詳見圖11。
圖11 粒子狀催化劑效率測試數(shù)據(jù)
如2014年投入新的催化劑相似,2015年12月投入的新催化劑,也具有較好的化學(xué)活性,噴氨量在11L/h左右時,約49%的脫硝效率,氨逃逸控制在3~4mg/Nm3,平均NSR約為2.8。
在進(jìn)行上述檢測前,我們對2號線的催化劑性能分別于2015年9月18日/19日及10月15日/16日還進(jìn)行了2次效率檢測,此時2號線的累計有效使用時間約為5個多月,在控制相同邊界條件如:噴氨量,氨逃逸量,鍋爐負(fù)荷,煙氣流量等數(shù)據(jù)的情況下,其2次檢測效率約在30-40%之間。2015年11月華星東方工程將粒子狀催化劑送美國進(jìn)行了部分理化分析,數(shù)據(jù)詳見圖12(注:圖12中的1號線樣品為上文所述壓差測試前的取樣,2號線樣品為上文所述效率測試后取樣)。
圖12 粒子狀催化劑的部分理化分析數(shù)據(jù)
上述測定表明4條線催化劑均出現(xiàn)了K、Ca、Na、Mg等堿金屬中毒現(xiàn)象;3#線催化劑表面S未見明顯升高現(xiàn)象,其余幾條線S出現(xiàn)了升高現(xiàn)象;除2#線外,其余催化劑均有Cl含量升高現(xiàn)象;1#到4#線催化劑活性分別下降24%和31% 、4%和5%、27%和28%、25%和40%。與此同時,粒子狀催化劑在中國其他同類項目中的應(yīng)用也遇到了類似問題。
在上述問題出現(xiàn)后,壓差問題直接導(dǎo)致系統(tǒng)無法投入,而如此低溫的設(shè)計工況,沒有任何一家進(jìn)口催化劑廠商愿意嘗試供貨。為更好地解決江北催化劑堵塞和硫酸氫氨中毒的問題,華星東方投入了大量人力物力財力,對粒子催化劑進(jìn)行了初步元素分析,確認(rèn)了其釩的有效含量。為了改善催化劑堵塞的問題,采取了更好的成型配方將催化劑做成了蜂窩式,以解決壓差問題。為了提升催化劑的抗硫性,憑借我們初期設(shè)計預(yù)留的備用層空間,加倍調(diào)整了催化劑使用量,并減少了催化劑的總釩含量和改善釩在催化劑內(nèi)的分布。同時,工程師調(diào)整了SCR上下游系統(tǒng)的運(yùn)行工況如:溫度和煙氣含水等,改善催化劑的運(yùn)行工況。
隨后,工程師尋找了不同的催化劑代工廠,用定制的蜂窩式催化劑替換了原有的粒子狀催化劑。為獲取更多的試驗數(shù)據(jù),華星東方工程師先后將幾個不同配方的催化劑試樣分別布置到瀚藍(lán)環(huán)境的佛山焚燒廠,上海嘉定焚燒廠內(nèi)的試驗裝置中,詳見圖13。
圖13 華星東方工程師在嘉定焚燒廠內(nèi)進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)取值
本文僅就南京江北定制催化劑的實驗情況進(jìn)行介紹。首先,進(jìn)行的是定制催化劑的阻力測試,實驗數(shù)據(jù)表明自2015年11月20日投入運(yùn)行至2016年6月18日期間,SCR反應(yīng)器阻力隨鍋爐負(fù)荷維持在560Pa~600Pa之間波動,沒有明顯變化。
其次,對催化劑的效率進(jìn)行了安裝初期(詳見圖14)、投運(yùn)30天(詳見圖15)、150天(詳見圖16)、210天(詳見圖17)的4次取樣測試,以下為4次測試的相關(guān)數(shù)據(jù)(運(yùn)行溫度170-175度)。
圖14 定制催化劑初裝效率測試數(shù)據(jù)
定制的催化劑在開始運(yùn)行階段,具有較好的化學(xué)活性,噴氨量在8~15L/h范圍內(nèi)時,具有約61%脫硝效率,氨逃逸平均值控制在4~8mg/Nm3之間,平均NSR值為3.6和4.8,脫硝效率隨噴氨量上升沒有明顯變化,氨逃逸值變化明顯。
圖15 定制催化劑30天效率測試數(shù)據(jù)
30天監(jiān)測在穩(wěn)定運(yùn)行后,噴氨量維持在11~12L/h之間,脫硝平均效率約52%,氨逃逸平均值2~3mg/Nm3,平均NSR為3。
圖16 定制催化劑150天效率測試數(shù)據(jù)
150天監(jiān)測,噴氨量分別做了17 L/h和25L/h兩種工況,對應(yīng)NSR分別為6.0和6.1,脫硝平均效率約32.4%和42.9%,氨逃逸平均值2.1mg/Nm3和7.9mg/Nm3。
圖17 定制催化劑210天效率測試數(shù)據(jù)
由于幾次催化劑監(jiān)測,其性能呈逐步下降趨勢。在第4次測試前,SCR停止噴氨約20小時,測試時噴氨量為15L/h和25L/h兩種工況,對應(yīng)NSR為7(噴氨量25L/h未測得數(shù)據(jù)),脫硝平均效率54.2%和59.3%,氨逃逸平均值3.8mg/Nm3和10.6mg/Nm3。
由此可見,水及NH3、SOx、Na2O等可溶物易占據(jù)催化劑活性位,阻斷煙氣在活性位與還原劑接觸,影響脫硝效率。210天測試前停止噴氨20小時,依靠SNCR氨逃逸及活性位水溶液中氨的蒸發(fā),仍有30%左右的效率,重新噴氨后達(dá)到了54%以上的脫硝效率,已基本達(dá)到安裝初期效率。長時間的高NSR運(yùn)行后停止噴氨,有利于活性位水分的蒸發(fā)、氨氣的析出和可溶物結(jié)晶隨煙氣沖刷而帶走,對催化劑的活性恢復(fù)有促進(jìn)作用。
在4次檢測后,工程師對定制催化劑進(jìn)行了監(jiān)測分析,期間共采集試樣8例,其中6例為催化劑,分別標(biāo)記為一層南、一層中、一層北、二層南、二層中、二層北。
測試結(jié)果如下:
①一層催化劑中雜質(zhì)累積量明顯高于二層催化劑(非催化劑組分SiO2、SOx、FeOx等含量相對較高);
②一層中催化劑水分含量及SOx、Na2O等可溶性物質(zhì)含量明顯多于其他部位,而其他難溶性雜質(zhì)含量又明顯低于其他部位。
③可溶性物種如SOx,Na2O,K2O等呈梯度分布(一層催化劑含量明顯高于二層催化劑);不溶性的物種如CaO,Al2O3,MgO、P2O5等兩層催化劑沉積量相近且中部明顯少于兩側(cè)。
④所檢催化劑未見明顯硫酸氫氨附著。
2017年7月間,即在催化劑投入1年多后,我們再次對3號爐的定制催化劑進(jìn)行了性能檢測,其測試結(jié)果詳見圖18。
圖18 定制催化劑第5次效率測試數(shù)據(jù)
可以看出,運(yùn)行1年多后的蜂窩式催化劑的活性下降了一半,已無法滿足運(yùn)行需求,隨后我們將催化劑樣品送同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行理化分析,確認(rèn)為硫酸氫氨和部分堿金屬中毒。通過新購置的加熱爐進(jìn)行了一次離線熱再生(詳見圖19),該催化劑恢復(fù)了一部分活性,至此該配方的催化劑試驗結(jié)束。
圖19 定制催化劑進(jìn)行熱再生
隨后經(jīng)過與催化劑廠商的進(jìn)一步溝通和提供實驗數(shù)據(jù),Ceram愿意在我司確保10mg/Nm3的SOx濃度的控制情況下,提供催化劑使用。目前,進(jìn)口的Ceram催化劑仍在持續(xù)運(yùn)行和檢測中,以便確認(rèn)此類工況運(yùn)行是否能夠達(dá)到常規(guī)技術(shù)協(xié)議約定的3年使用壽命。
(四)中國快速發(fā)展的低溫SCR市場和相關(guān)業(yè)績
隨著首批投產(chǎn)的3個示范項目陸續(xù)積累的工程經(jīng)驗后,中國生活垃圾焚燒市場的低溫SCR市場獲得了快速發(fā)展。
除了相對風(fēng)險較小的240度運(yùn)行項目外,如:北京順義,寧波慈溪,山東泰安,山東臨沂,山東萊西,青島小澗西等;
以南京江北設(shè)計為雛形的布置在SDA下游的180-190度低溫SCR項目陸續(xù)投產(chǎn)。如:寧波鄞州,湖北仙桃,深圳鹽田技改,青島黃島,西安高陵等一批項目,開啟了中國低溫SCR市場的快速發(fā)展。
隨著煙氣凈化超低排放技術(shù)的推廣,布置于SDA和濕法洗滌塔下游的SCR系統(tǒng)也獲得了一定的推廣,如:廣東增城,深圳東部,深圳老虎坑,浙江海寧,??谌?,杭州建德等。
截止目前,華星東方參與的中國建設(shè)和在建SCR系統(tǒng)的焚燒廠已經(jīng)超過了30座,而全中國建設(shè)和在建SCR系統(tǒng)的焚燒廠已經(jīng)超過了100座。
三、低溫SCR工藝應(yīng)用的一些總結(jié)
綜合上述發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的工程案例和中國地區(qū)的工程實踐,華星東方在SCR系統(tǒng)工程實踐中積累了部分經(jīng)驗:
(一)不同煙氣凈化工藝布置下SCR系統(tǒng)的設(shè)計
SCR作為煙氣凈化系統(tǒng)中去除氮氧化物的主要設(shè)施,應(yīng)根據(jù)整體煙氣凈化中煙氣的含水率,Sox和粉塵的濃度,項目的投資概算和運(yùn)行要求進(jìn)行設(shè)計,可選擇的主流SCR布置工藝如下:
(1)采用SDA+BHF +GGH+SGH+SCR布置的工藝方式,運(yùn)行溫度控制在240度左右,SOx的運(yùn)行控制要求相對較為寬松,催化劑選型用量相對較少。該工藝成熟投資小,風(fēng)險小。
(2)采用SDA+BHF+GGH1+WET+GGH2+SGH+SCR工藝布置方式,運(yùn)行溫度控制在180-190度,可不考慮熱再生系統(tǒng)。該工藝成熟,投資大,風(fēng)險最小。
(3)采用SDA+BHF +SGH+SCR布置的工藝方式,運(yùn)行溫度控制在180度左右,SOx的運(yùn)行排放值不宜超過10mg/Nm3,控制煙氣含水率,同時設(shè)計考慮催化劑的熱再生措施。該工藝在全球尚未有3年以上連續(xù)運(yùn)行案例,雖然投資小,但催化劑壽命具有一定的縮短風(fēng)險,還需進(jìn)一步觀察。
(4)采用ESP/BHF+SCR+ECO工藝布置方式,運(yùn)行溫度控制在240-280度之間,應(yīng)考慮設(shè)置吹灰裝置,宜考慮在除塵裝置前設(shè)置小蘇打干法脫酸裝置;該工藝案例投產(chǎn)時間尚短,還需積累工程經(jīng)驗,但該工藝具有較高的經(jīng)濟(jì)性。
(二)催化劑的選型在不同工藝布置下的選擇
目前催化劑應(yīng)用主要有板式,蜂窩式,波紋板式三種⑦,但在國內(nèi)垃圾焚燒領(lǐng)域的實踐中由于板式的占地較大,除筆者在日本見過有類似工程實踐外(如:東京板橋焚燒廠),國內(nèi)應(yīng)用過的主要有:粒子狀,蜂窩式和波紋板式樣三種:
(1)在催化劑選型時,應(yīng)避免采用粒子狀催化劑;在布袋除塵器之后直接布置SCR系統(tǒng),應(yīng)優(yōu)先選用蜂窩式催化劑;在濕法洗滌工藝下游布置SCR系統(tǒng),可選用蜂窩式和波紋板是催化劑。
(2)入口煙氣溫度170℃~175℃,SO2濃度長期運(yùn)行在10mg/Nm3(平均值)左右,固態(tài)硫酸氫銨的生成溫度降低,對催化劑的影響低于前期估值,但仍明顯高于240度段的布置。
(三)SCR系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行的注意要點(diǎn)
(1)SCR反應(yīng)器入口煙氣均布裝置宜進(jìn)行CFD模擬,確保氣流分布均勻,避免局部沖刷催化劑影響效率及催化劑壽命。
(2)脫硝效率隨NSR升高而增大,但影響有限;NSR實測值遠(yuǎn)大于理論值,約為理論值的10倍。過量的氨噴射量,并未造成氨逃逸的顯著增高,富裕的氨最終都將以溶液的形式占據(jù)到活性位上,造成催化劑性能的降低。
(3)催化劑選型用量應(yīng)當(dāng)考慮氨逃逸的設(shè)計值,部分地區(qū)對此有限制,如:北京已經(jīng)對氨逃逸排放作出了強(qiáng)制性規(guī)定為2.5mg/Nm3。在未做出強(qiáng)制性排放要求的地區(qū),可以參考筆者所在公司主編的《垃圾發(fā)電站煙氣凈化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》DL/T1967-2019,選擇5mg/Nm3的逃逸值進(jìn)行設(shè)計。
(4)低溫環(huán)境下,通過增加催化劑的供應(yīng)量來保證脫硝效率和延長使用壽命是可行的一種方法。
(5)在擋板門的選型和設(shè)計時,一定要確保其性能。在SCR系統(tǒng)運(yùn)行和切換時,一定要避免長時間切換至旁路運(yùn)行,以避免SCR反應(yīng)器內(nèi)腐蝕。