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摘要：为提高SNCR脱硝效率，我们尝试采用新的SNCR喷枪投退控制方式，即将第一烟道沿竖直方向取3个标高，每层标高横截面分成3个区域，每个区域设置若干支温度测点，测量该区域温度，然后取平均值作为该区域的温度值，SNCR喷枪跟踪该温度值进行投退。同时根据区域大小不同设置喷枪数量，便于喷射的还原剂尽快覆盖整个烟道。同时，我们还对新的控制方式和传统控制方式的脱硝效果进行了比较。
关键词：SNCR脱硝 温度均值 分区控制 脱硝效果比较
1.简介
国家从可持续发展的角度出发，不断严格限制排入大气中的氮氧化物，“十二五”规划要求十二五期间每年氮氧化物排放减少10%，国家标准《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）要求垃圾发电厂烟气中的氮氧化物排放达到250 mg/Nm3（日均值）以下，一线城市更是要求垃圾发电厂烟气中的氮氧化物排放达到80 mg/Nm3（日均值）以下。要達到以上要求，垃圾发电厂必须设置脱硝装置。
目前垃圾发电厂常用的脱硝技术有选择性非催化还原法（SNCR）和选择性催化还原法（SCR）两种。
与SCR相比，常规SNCR具有：不需要催化剂，旧设备改造少、占地面积小、建设周期短，投资运行费用少等优点，能使烟气中NOx降低到200 mg/Nm3（日均值）以下，满足国标和欧盟2010/75/EU标准要求。若要求更高，需要设置SCR脱硝装置。
由于垃圾成分对催化剂影响的原因，垃圾焚烧厂SCR烟气脱硝装置不能像火电厂一样将SCR设置在烟气温度350℃左右的烟气区域，而需要设置在烟道尾部的低温区（150℃左右），从150℃加热至350℃经济成本代价太大，需要采用低温催化剂。目前市场上成熟的低温催化剂工作温度区域位于180～230℃之间，而且低温催化剂成本很高，垃圾焚烧厂采用SCR装置由于需要将烟气温度提高以及采用成本很高的低温催化剂，这会导致投资和运行成本大幅增加，因此研究高效SNCR很有必要。
2.SNCR脱硝效率影响因素
研究表明，影响SNCR脱硝效率的影响因素有很多，主要有反应温度、NH3/NOx摩尔比、还原剂种类、烟气中含氧量等[1][2]。
研究表明，NH3还原NO的反应只能在一定温区内才能以一个合适的速率进行，我们称这个温度范围为SNCR的反应“温度窗口”。虽然很多因素会影响温度窗口的范围和最佳反应温度，但一般认为大致在871℃～1034℃[3][4]。
3.高效SNCR脱硝技术特点
目前，垃圾焚烧行业SNCR工艺是根据某一工况余热锅炉沿第一烟道温度场竖直分布情况，在适合脱硝反应的“温度窗口”标高处设置固定的SNCR喷枪，通过此喷枪向烟气中喷入还原剂，来脱除烟气中的氮氧化物。但由于机组负荷发生变化，原喷枪设置处温度与设计值会有较大偏差，SNCR的药剂喷入高度不再是最佳反应温窗。此外，由于第一烟道宽度大，且炉排炉焚烧时会出现偏烧现象，导致同一高度截面内温度不同。因此，现有的按照某一固定标高投入整层喷枪的形式脱硝效率较低。
高效SNCR技术是将第一烟道沿竖直方向取3个标高，每层标高横截面分成3个区域，每个区域设置若干支温度测点，测量该区域温度，然后取平均值作为该区域的温度值，SNCR喷枪跟踪该温度值进行投退。同时根据区域大小不同设置喷枪数量，便于喷射的还原剂尽快覆盖整个烟道。
4.系统介绍
4.1 系统设置
本项目在某2×600t/d垃圾焚烧发电项目的2号线上进行，在2号余热锅炉第一烟道25.6m、28.8m、31.85m布置三层喷枪，并在22.4m预留孔位。每层左右两侧各布置1支喷枪，前墙布置5支喷枪，左右两侧各布置2个温度测点，前墙布置4个温度测点。具体如下图所示：
每层中间区域喷枪3.2a、3.2b、3.2c跟踪温度测量装置2.2a、2.2b、2.2c、2.2d测得温度的平均值，当某层中间区域温度均值与其他层中间区域温度均值相比更接近最佳反应温度，则该层喷枪3.2a、3.2b、3.2c投入使用，其他层喷枪3.2a、3.2b、3.2c退出。
每层左侧区域喷枪3.1a、3.1b跟踪温度测量装置2.1a、2.1b测得温度的平均值，当某层左侧区域温度均值与其他层左侧区域温度均值相比更接近最佳反应温度，则该层喷枪3.1a和3.1b投入使用，其他层喷枪3.1a和3.1b退出。
每层右侧区域喷枪3.3a、3.3b跟踪温度测量装置2.3a、2.3b测得温度的平均值，当某层右侧区域温度均值与其他层右侧区域温度均值相比更接近最佳反应温度，则该层喷枪3.3a和3.3b投入使用，其他层喷枪3.3a和3.3b退出。
4.2 系统设备
系统包括氨水溶液和软水混合分配单元、还原剂喷射系统、压缩空气分配单元、其他配件及备品备件，并将系统控制接入DCS，可实现对SNCR系统的远程操控及监控。
5.试验数据结果分析
5.1 固定2号炉喷枪试验数据对比
为减少变量，我们第一次对比在2号炉上进行，对比工况分别为SNCR喷枪投自动、SNCR喷枪退自动固定投喷，并选取1号线单独运行时的数据进行补充对比。
由于流量计显示值波动太大，故选取氨水储罐液位作为氨水耗量的统计指标，每次数据采集都在只有一条线单独运行的时候进行。
通过上表可知：
（1）1号线的烟气量均值小于2号线，理论上氨水耗量与烟气量是成线性关系的。所以我们以1号线为基准，对2号线的两种试验工况氨水耗量进行了折算，具体结果如下： 2号炉固定喷枪氨水折算量与实际统计量相差不大（仅为4.6%），但喷枪投自动的氨水折算量与实际统计量相差较大（高达39.4%），因此2号炉喷枪投自动工况下实际统计的氨水耗量可靠性较差。
（2）假设同体积烟气中的氮氧化物含量相同，忽略其他影响因素，我们以1号线为基准，利用烟气量对2号线的两种试验工况氮氧化物排放浓度进行了折算，具体结果如下：
在上述假设条件下，三个试验的NOx排放浓度均相差不大，喷枪投自动的SNCR脱硝方式效率未体现出优越性。此外，单纯对比2号炉喷枪投自动和不投自动两种情况下的NOx排放浓度也相差不大（分别为165.47mg/Nm3和164.23mg/Nm3），喷枪投自动的SNCR脱硝方式效率也未体现出优越性。
5.2 1～9月历史数据对比
由于上一组对比试验中出现了氨水耗量统计不准确的可能性，我们调取了进行试验的生活垃圾焚烧发电项目两条焚烧线1～8月的历史数据，具体数据见下表：
根据理论计算和工程实践经验，我们判断上表中2号炉4月、5月、6月氨水耗量台账记录数据是不准确的，故不对以上几个数据进行分析。
通过上表可知，1～8月期间，虽然每月各条线的氨水耗量不同，但同一个月度中2号炉吨垃圾氨水耗量均略高于1号炉，其中1月份和3月份2号炉吨垃圾氨水耗量比1号炉耗量分别高25.26%和17.54%，7月份和8月份两台炉吨垃圾氨水耗量偏差较小，均在3%以内。同时，在有数据可查的7月和8月中，2号炉的氮氧化物排放浓度略低于1号炉，但偏差较小，均在3%以内。
由此可见，通过长时间对比1号炉和2号炉SNCR投自动工况下的数据，2号炉的SNCR自动控制运行方式并未体现出优势。
通过以上对比，我们初步认定在现有试验条件下，根据目前采集到的数据，2号炉SNCR采用新的控制方式并未体现出优越性。可能的原因有以下几点：
（1）2号炉SNCR系统新的自动控制方式的核心控制参数为对应区域的平均温度值，自动控制系统采用的温度数据可能与该区域温度的真实值仍有一定的偏差。
（2）由于不同层高、同一层高的不同区域没有物理隔断，所以还原剂喷入炉膛后，可能扩散至其他区域，导致部分还原剂未全部在设计反应区域内反应。根据相关文献介绍的SNCR反应原理，部分还原剂进入其他区域，可能发生氮氧化物的生成反应。
（3）SNCR脱硝反应机理复杂，影响因素众多，与反应温度、NH3/NOx摩尔比、还原剂种类、烟气中含氧量等都有關系。虽然温度是其中重要的影响因素，但在新的控制方式下，由于还原剂喷入不同层、不同区域，可能导致某种程度上削弱了温度对反应效果的影响力。
6.结论
我们认为如果新建项目投产后的实际垃圾热值与设计垃圾热值基本一致，且项目实际运行过程中垃圾热值稳定，运行工况无大幅波动，那么根据余热锅炉第一烟道温度分布情况，固定投喷在最佳反应温窗布置的SNCR喷枪，它的脱硝效率是最高的，其他任何形式的SNCR投喷方式的脱硝效果都不会超过它。
本次试验的新型SNCR运行方式，暂未体现出其相较于传统运行方式的优越性，但考虑到新型SNCR运行方式中诸多控制变量的测定值与实际值一致性存在不确定性，建议修改喷枪切换温度等设定值，进行长期观察试验，以获得更多且更准确的运行数据。
参考文献：
[1]黄霞，刘辉，吴少华.选择性催化还原（SNCR）技术及其应用前景[J].电站系统工程，2008，24（1）：12～14.
[2]卢志民.SNCR反应机理及混合特性研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[3]梁丽丽.垃圾焚烧发电烟气中NOx污染控制技术综述[J].环境工程，2017，35（2）：64～66.
[4]胡利华，杨姝.SNCR脱硝技术在垃圾焚烧发电厂应用效率分析[J].科技通报，2015，31（2）：61～63.
关键词：SNCR脱硝 温度均值 分区控制 脱硝效果比较
1.简介
国家从可持续发展的角度出发，不断严格限制排入大气中的氮氧化物，“十二五”规划要求十二五期间每年氮氧化物排放减少10%，国家标准《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）要求垃圾发电厂烟气中的氮氧化物排放达到250 mg/Nm3（日均值）以下，一线城市更是要求垃圾发电厂烟气中的氮氧化物排放达到80 mg/Nm3（日均值）以下。要達到以上要求，垃圾发电厂必须设置脱硝装置。
目前垃圾发电厂常用的脱硝技术有选择性非催化还原法（SNCR）和选择性催化还原法（SCR）两种。
与SCR相比，常规SNCR具有：不需要催化剂，旧设备改造少、占地面积小、建设周期短，投资运行费用少等优点，能使烟气中NOx降低到200 mg/Nm3（日均值）以下，满足国标和欧盟2010/75/EU标准要求。若要求更高，需要设置SCR脱硝装置。
由于垃圾成分对催化剂影响的原因，垃圾焚烧厂SCR烟气脱硝装置不能像火电厂一样将SCR设置在烟气温度350℃左右的烟气区域，而需要设置在烟道尾部的低温区（150℃左右），从150℃加热至350℃经济成本代价太大，需要采用低温催化剂。目前市场上成熟的低温催化剂工作温度区域位于180～230℃之间，而且低温催化剂成本很高，垃圾焚烧厂采用SCR装置由于需要将烟气温度提高以及采用成本很高的低温催化剂，这会导致投资和运行成本大幅增加，因此研究高效SNCR很有必要。
2.SNCR脱硝效率影响因素
研究表明，影响SNCR脱硝效率的影响因素有很多，主要有反应温度、NH3/NOx摩尔比、还原剂种类、烟气中含氧量等[1][2]。
研究表明，NH3还原NO的反应只能在一定温区内才能以一个合适的速率进行，我们称这个温度范围为SNCR的反应“温度窗口”。虽然很多因素会影响温度窗口的范围和最佳反应温度，但一般认为大致在871℃～1034℃[3][4]。
3.高效SNCR脱硝技术特点
目前，垃圾焚烧行业SNCR工艺是根据某一工况余热锅炉沿第一烟道温度场竖直分布情况，在适合脱硝反应的“温度窗口”标高处设置固定的SNCR喷枪，通过此喷枪向烟气中喷入还原剂，来脱除烟气中的氮氧化物。但由于机组负荷发生变化，原喷枪设置处温度与设计值会有较大偏差，SNCR的药剂喷入高度不再是最佳反应温窗。此外，由于第一烟道宽度大，且炉排炉焚烧时会出现偏烧现象，导致同一高度截面内温度不同。因此，现有的按照某一固定标高投入整层喷枪的形式脱硝效率较低。
高效SNCR技术是将第一烟道沿竖直方向取3个标高，每层标高横截面分成3个区域，每个区域设置若干支温度测点，测量该区域温度，然后取平均值作为该区域的温度值，SNCR喷枪跟踪该温度值进行投退。同时根据区域大小不同设置喷枪数量，便于喷射的还原剂尽快覆盖整个烟道。
4.系统介绍
4.1 系统设置
本项目在某2×600t/d垃圾焚烧发电项目的2号线上进行，在2号余热锅炉第一烟道25.6m、28.8m、31.85m布置三层喷枪，并在22.4m预留孔位。每层左右两侧各布置1支喷枪，前墙布置5支喷枪，左右两侧各布置2个温度测点，前墙布置4个温度测点。具体如下图所示：
每层中间区域喷枪3.2a、3.2b、3.2c跟踪温度测量装置2.2a、2.2b、2.2c、2.2d测得温度的平均值，当某层中间区域温度均值与其他层中间区域温度均值相比更接近最佳反应温度，则该层喷枪3.2a、3.2b、3.2c投入使用，其他层喷枪3.2a、3.2b、3.2c退出。
每层左侧区域喷枪3.1a、3.1b跟踪温度测量装置2.1a、2.1b测得温度的平均值，当某层左侧区域温度均值与其他层左侧区域温度均值相比更接近最佳反应温度，则该层喷枪3.1a和3.1b投入使用，其他层喷枪3.1a和3.1b退出。
每层右侧区域喷枪3.3a、3.3b跟踪温度测量装置2.3a、2.3b测得温度的平均值，当某层右侧区域温度均值与其他层右侧区域温度均值相比更接近最佳反应温度，则该层喷枪3.3a和3.3b投入使用，其他层喷枪3.3a和3.3b退出。
4.2 系统设备
系统包括氨水溶液和软水混合分配单元、还原剂喷射系统、压缩空气分配单元、其他配件及备品备件，并将系统控制接入DCS，可实现对SNCR系统的远程操控及监控。
5.试验数据结果分析
5.1 固定2号炉喷枪试验数据对比
为减少变量，我们第一次对比在2号炉上进行，对比工况分别为SNCR喷枪投自动、SNCR喷枪退自动固定投喷，并选取1号线单独运行时的数据进行补充对比。
由于流量计显示值波动太大，故选取氨水储罐液位作为氨水耗量的统计指标，每次数据采集都在只有一条线单独运行的时候进行。
通过上表可知：
（1）1号线的烟气量均值小于2号线，理论上氨水耗量与烟气量是成线性关系的。所以我们以1号线为基准，对2号线的两种试验工况氨水耗量进行了折算，具体结果如下： 2号炉固定喷枪氨水折算量与实际统计量相差不大（仅为4.6%），但喷枪投自动的氨水折算量与实际统计量相差较大（高达39.4%），因此2号炉喷枪投自动工况下实际统计的氨水耗量可靠性较差。
（2）假设同体积烟气中的氮氧化物含量相同，忽略其他影响因素，我们以1号线为基准，利用烟气量对2号线的两种试验工况氮氧化物排放浓度进行了折算，具体结果如下：
在上述假设条件下，三个试验的NOx排放浓度均相差不大，喷枪投自动的SNCR脱硝方式效率未体现出优越性。此外，单纯对比2号炉喷枪投自动和不投自动两种情况下的NOx排放浓度也相差不大（分别为165.47mg/Nm3和164.23mg/Nm3），喷枪投自动的SNCR脱硝方式效率也未体现出优越性。
5.2 1～9月历史数据对比
由于上一组对比试验中出现了氨水耗量统计不准确的可能性，我们调取了进行试验的生活垃圾焚烧发电项目两条焚烧线1～8月的历史数据，具体数据见下表：
根据理论计算和工程实践经验，我们判断上表中2号炉4月、5月、6月氨水耗量台账记录数据是不准确的，故不对以上几个数据进行分析。
通过上表可知，1～8月期间，虽然每月各条线的氨水耗量不同，但同一个月度中2号炉吨垃圾氨水耗量均略高于1号炉，其中1月份和3月份2号炉吨垃圾氨水耗量比1号炉耗量分别高25.26%和17.54%，7月份和8月份两台炉吨垃圾氨水耗量偏差较小，均在3%以内。同时，在有数据可查的7月和8月中，2号炉的氮氧化物排放浓度略低于1号炉，但偏差较小，均在3%以内。
由此可见，通过长时间对比1号炉和2号炉SNCR投自动工况下的数据，2号炉的SNCR自动控制运行方式并未体现出优势。
通过以上对比，我们初步认定在现有试验条件下，根据目前采集到的数据，2号炉SNCR采用新的控制方式并未体现出优越性。可能的原因有以下几点：
（1）2号炉SNCR系统新的自动控制方式的核心控制参数为对应区域的平均温度值，自动控制系统采用的温度数据可能与该区域温度的真实值仍有一定的偏差。
（2）由于不同层高、同一层高的不同区域没有物理隔断，所以还原剂喷入炉膛后，可能扩散至其他区域，导致部分还原剂未全部在设计反应区域内反应。根据相关文献介绍的SNCR反应原理，部分还原剂进入其他区域，可能发生氮氧化物的生成反应。
（3）SNCR脱硝反应机理复杂，影响因素众多，与反应温度、NH3/NOx摩尔比、还原剂种类、烟气中含氧量等都有關系。虽然温度是其中重要的影响因素，但在新的控制方式下，由于还原剂喷入不同层、不同区域，可能导致某种程度上削弱了温度对反应效果的影响力。
6.结论
我们认为如果新建项目投产后的实际垃圾热值与设计垃圾热值基本一致，且项目实际运行过程中垃圾热值稳定，运行工况无大幅波动，那么根据余热锅炉第一烟道温度分布情况，固定投喷在最佳反应温窗布置的SNCR喷枪，它的脱硝效率是最高的，其他任何形式的SNCR投喷方式的脱硝效果都不会超过它。
本次试验的新型SNCR运行方式，暂未体现出其相较于传统运行方式的优越性，但考虑到新型SNCR运行方式中诸多控制变量的测定值与实际值一致性存在不确定性，建议修改喷枪切换温度等设定值，进行长期观察试验，以获得更多且更准确的运行数据。
参考文献：
[1]黄霞，刘辉，吴少华.选择性催化还原（SNCR）技术及其应用前景[J].电站系统工程，2008，24（1）：12～14.
[2]卢志民.SNCR反应机理及混合特性研究[D].杭州：浙江大学，2006.
[3]梁丽丽.垃圾焚烧发电烟气中NOx污染控制技术综述[J].环境工程，2017，35（2）：64～66.
[4]胡利华，杨姝.SNCR脱硝技术在垃圾焚烧发电厂应用效率分析[J].科技通报，2015，31（2）：61～63.