爐排式垃圾焚燒技術近年來在我國得到快速發(fā)展及廣泛運用，隨著近年來國家對環(huán)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(zhì)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(jīng)濟，配置較簡單，已成為中低參數(shù)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(nèi)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(qū)加入還原劑。還原劑噴入爐膛溫度為850～1250 ℃的區(qū)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(fā)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(qū)氨站的氨水溶液儲罐內(nèi)，然后氨水溶液由高流量輸送泵輸送到鍋爐側(cè)，經(jīng)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(nèi)，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(tǒng)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(qū)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(zhì)的氨水溶液儲罐，滿足最少7天的脫硝系統(tǒng)用量要求。儲罐為立式平底結(jié)構(gòu)，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(diào)節(jié)的背壓控制閥等設備及用于遠程監(jiān)測和控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)閥與就地控制器的結(jié)合自動調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)閥、壓力儀表和流量儀表等設備。
( 6) 水沖洗系統(tǒng)
脫硝系統(tǒng)管道需設置水沖洗系統(tǒng)。
1.3.2 工藝水系統(tǒng)
工藝水系統(tǒng)中的稀釋水、沖洗水、冷卻水采用常溫除鹽水，直接由機組側(cè)母管提取，品質(zhì)符合除鹽水參數(shù)要求。
1.3.3 壓縮空氣系統(tǒng)
壓縮空氣系統(tǒng)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(zhì)符合壓縮空氣參數(shù)要求。
1.3.4 噴射系統(tǒng) 還原劑噴射系統(tǒng)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(tǒng)
根據(jù)脫硝裝置運行監(jiān)控要求配置完整的儀表和控制系統(tǒng)，并提供與全廠控制系統(tǒng)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(tài)特性，在鍋爐運行中爐膛溫度會在短時間內(nèi)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?shù)臏囟炔课粐娙朊撓鮿?。為了確定合適的噴入點位置，脫硝系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)。
3 總結(jié)
在垃圾焚燒鍋爐SNCR脫硝系統(tǒng)的設計、安裝、調(diào)試及優(yōu)化過程中，通過3種數(shù)值模擬方式，合理確定SNCR反應區(qū)域的噴槍位置和數(shù)量，使脫硝效率達到理想的效果。