垃圾焚烧炉SNCR脱硝特性影响因素分析及优化

垃圾焚烧炉SNCR脱硝特性影响因素分析
及优化
摘要：垃圾焚烧发电法可以实现垃圾处理资源化、无害化，然而焚烧带来的
氮氧化物污染问题依旧严峻。

针对上述问题，建立焚烧炉燃烧与脱硝数值模型并
构建物理模型，利用Fluent首先模拟气相组分燃烧过程并采用后处理方法获取
NO x与NH3分布状态。

然后基于燃烧结果模拟SNCＲ脱硝过程，研究喷射位置、喷
枪数量、氨氮摩尔比以及喷射速度对于脱硝特性的影响规律，分析烟道区域内
NO x与NH3分布状态、脱硝效率以及氨逃逸量的变化情况。

关键词：垃圾焚烧炉；SNCＲ脱硝；优化
引言
SNCR脱硝技术的原理是选择性非催化还原技术，即反应过程中不使用催化剂，而是在锅炉炉膛或者旋风分离桶入口的合适位置上喷入氨基还原剂。

这一过程中NOx还原为N2，反应的窗口温度维持在800~1100℃左右，且在烟道内停留的时间
相对较长，能够充分的反应。

在整个还原反应中，氨水是重要的还原剂。

相较于
其他技术，采用该技术具有较强的优势。

在工程应用的过程中，通过一次性投资
便可以实现长期的应用，这样的特点带来了较低的运行成本。

与此同时，设备本
身的占地面积相对较小，由于SNCR脱硝技术的经济性较高，因此更加适合当前
的国情。

当前我国每年产生垃圾约1.5亿t，其中将近1/3的垃圾被应用于发电。

而垃圾的发电量大约在300~400kW/t。

但由于燃烧过程中主要使用的是垃圾，燃
烧过程会产生大量的硫化物或其他有毒有害气体，由此产生了二次污染问题。

在
原有的垃圾焚烧工艺无法满足高标准环保要求的情况下，烟气脱硝技术已经成为
垃圾焚烧发电中的重要环保措施。

因此，SNCR脱硝技术的推广势在必行，也具有
重要的探讨意义。

1、SNCR脱硝生产中存在的问题
在SNCR喷射系统中，常用的方式是采用高压泵输送尿素溶液，用压缩空气
作为雾化介质，高压液体和高压气体两相混合经由喷头高速喷射雾化。

此方式通
常是采用扇形喷头，因喷头孔径较小，极易发生杂质或尿素结晶堵塞喷头的问题。

同时高压泵输送系统对泵等设备性能要求高，设备维护成本较高。

我们研究将尿
素溶液中转罐放置在喷雾塔高位平台，取消加压泵，尿素溶液由高位罐自流到脱
硝喷枪，配套开发自流式SNCR脱硝系统。

该系统尿素溶液在管道内流动动力只
是依靠高位落差产生的势能，自流式SNCR脱硝系统采的用圆形喷片来代替扇形
喷头，圆形喷片特点是雾化颗粒较大，射程较远。

喷雾塔热风炉内热风为旋风，
同时满足SNCR脱硝的温度范围及空间高度足够，有足够反应时间，用圆形喷片
喷射尿素可以满足脱硝需求。

圆形喷片口径大，喷头堵塞几率大幅度降低，能够
持续稳定工作，实现持续稳定达标排放。

实际使用中发现圆形喷片有较严重滴液
现象，对炉壁产生腐蚀，危害设备。

现研发设计一种新型喷枪，解决喷头堵塞、
喷头滴液问题。

2垃圾焚烧炉SNCR脱硝特性影响
2.1氨水存储输送系统
在整个垃圾焚烧烟气工程中氨水存储输送系统的主要作用是用于接收或者存
储氨水，并且把氨水输送到计量混合模块。

当前市场上在售的工业氨水浓度一般
在20%~25%之间。

这样的浓度对于SNCR脱硝技术来说需要进行稀释，在实践中通
常会把浓度稀释到脱硝工艺所需要的3%~5%。

在氨水存储输送系统中，由氨水罐
车输送氨水，并把氨水注入到氨水罐中存储，最终通过氨水输送泵以及输送管道
送到计量混合单元中。

在整个系统中，氨水存储罐是系统的核心设备，通常有两
层不锈钢进行防漏设计，混凝土围堰进行围护。

罐体中安装液位开关、安全阀、
排空管以及溢流保护开关和压力变送器等各种保护设施。

在这些设施设备中，液
位开关的作用是当整个SNCR系统运行时，如果氨水存储罐中氨水液位较低时，
通过DCS控制系统自动关停脱销系统；溢流保护开关的作用是在向氨水存储罐体
中加入氨水时，氨水液位过高时，溢流开关会自动停止氨水加注；排空管的主要
作用则是防止氨水存储罐内部压力过高或者过低；压力变送器则能够对氨水存储
罐内部的压力进行实时监测；安全阀可以在排空管发生意外堵塞时确保安全罐不
会因为压力过高或过低而发生变形。

最后，整个系统可以根据工艺的实际需要安
装一些安全辅助设施。

基于氨水和氨气不稳定的化学性质与空气混合后可能会极
易发生燃烧或爆炸，因此设置辅助安全设施尤为重要。

通过安全辅助设施的布置，可以有效防止作业人员发生重度危险或者在发生火灾时及时进行处理。

2.2计量混合分配模块
如图1所示，计量混合分配模块将氨水和除盐水进行计量混合，并将氨水定
向分配给焚烧炉的12支喷枪，如果存在多台焚烧炉，每台焚烧炉应单独配给一
套计量混合模块。

该模块通过压力表监测除盐水和氨水的供给情况，氨水进口管
路使用电磁流量计控制调节还原剂用量，除盐水使用转子流量计控制用量，气动
调节阀直接控制两条管路的开关，压力变送器可监测电磁流量计的工作状况是否
正常。

电磁流量计的质量和精准性是决定SNCR脱硝系统脱硝效果的重要因素之一，氨水和除盐水在静态混合器中进行混合后，将稀释氨水输送到喷射模块，此
处应该设置氨气泄露报警装置以及清洗喷淋系统，防止氨水发生泄露等意外情形。

图1计量混合模块工艺图
2.3喷射速度影响
为研究喷射速度对于脱硝过程的影响，本节设置7种模拟工况。

各工况喷射
速度与原始工况喷射速度比值位于0.4～1.6，工况设置见表1。

表1喷射速度工况设置
由图2(a)可知，在烟道区域内，当氨水喷射速度从5.6m/s增大到22.4m/s 时，出口截面(27m)上NOx平均浓度分别比18m高度处下降较多，且随着喷射速
度增加下降幅度也在增加，在工况5(喷射速度19.6m/s)效果最好，但是当喷射
速度继续增大到22.4m/s时脱硝效果反而变差。

分析原因可知当喷射速度在一定
范围内持续增大时有利于氨水液滴与烟气进行充分混合与换热，在较短时间内液
滴能够析出NH3，从而延长NH3与NOx反应时间。

同时，速度变大意味着液滴具
有的动能增加，这样能够保证更多氨水液滴更快到达漩涡中心区域参与还原反应，引起NOx浓度的下降幅度增大。

当速度达到22.4m/s时，由于氨水液滴蒸发速率
过快可能导致反应区域内温度下降，从而降低脱硝效果，或者由于液滴在烟气气
流影响下继续运动到烟道壁面附近的低温、低NOx浓度区域，造成脱硝反应速率
降低、NOx浓度的下降幅度减小。

观察图2(b)可以发现，当喷射速度变化时，
18～27m烟道区域内NH3平均浓度随烟道高度变化趋势基本一致，说明改变喷射
速度几乎不会影响NH3分布状态。

最终在27m高度截面上，各工况下NH3浓度差
值小于0.6×10－6。

图2不同喷射速度时烟道横截面NOx、NH3平均浓度
结语
综上所述，在垃圾处理中，垃圾焚烧逐渐成为一种重要的垃圾处理方式。

但垃圾焚烧过程中由于会产生大量的氮氧化合物，对环境造成了二次污染。

针对这样的现状可以进行使用SNCR脱硝技术进行处理。

在使用过程中通过对系统的模型搭建以及技术工艺的应用优化，能够更好的满足工程系统的应用，从而提高污染物处理的效果，将氮氧化合物对环境造成影响降到最低，从而充分发挥垃圾焚烧的应用价值，并且有效实现环境保护的预期目标。

参考文献
[1]刘亚伟，王超，陈颖，等.SNCR脱硝技术在生活垃圾焚烧电厂的应用[J].中国环保产业，2018(09):38-41.
[2]黄霞，刘辉，吴少华.选择性非催化还原(SNCR)技术及其应用前景[J].电站系统工程，2008，24(1)：12-14.。