生活垃圾焚烧常见烟气脱硝工艺的技术经济分析
yj蓝天
yj蓝天 Lv.16
2023年03月11日 08:52:40
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作者:沈宏伟,胡利华,郭无双,钱 琨单位:光大环境科技(中国)有限公司研究背景生活垃圾焚烧烟气脱硝技术以SNCR(选择性非催化还原)与低温SCR(选择性催化还原)为主,两者原理都是通过氨水、尿素等还原剂与NOx(氮氧化物)反应生成无害的氮气和水。不同在于SNCR为液态还原剂高温(一般850~1050℃)直接反应,发生在锅炉相应温度区间内,效率受限因素较多;低温SCR为气态还原剂在催化剂的作用下在180℃左右反应,设独立反应器,效率与稳定性高于SNCR。

作者:沈宏伟,胡利华,郭无双,钱

单位:光大环境科技(中国)有限公司

研究背景

生活垃圾焚烧烟气脱硝技术以SNCR(选择性非催化还原)与低温SCR(选择性催化还原)为主,两者原理都是通过氨水、尿素等还原剂与NOx(氮氧化物)反应生成无害的氮气和水。不同在于SNCR为液态还原剂高温(一般850~1050℃)直接反应,发生在锅炉相应温度区间内,效率受限因素较多;低温SCR为气态还原剂在催化剂的作用下在180℃左右反应,设独立反应器,效率与稳定性高于SNCR。

垃圾焚烧行业面临国补退坡,排放要求提高等困局,对技术降本增效需求飞速上升。因此本文建立垃圾焚烧SNCR与SCR的技术经济模型,研究SNCR与SCR脱硝过程中运行费用及其影响因素,从经济角度为行业脱硝技术高效低成本应用提供支撑。

研究方法

对垃圾焚烧SNCR和低温SCR技术工艺模型进行细化,并建立与之匹配的运行费用模型。

?还原剂储备系统:采用氨水作为还原剂,工艺简单,大部分地区没有保温需求,所以氨水储运能耗主要为泵电耗。还原剂制备能耗主要为氨水蒸发为氨气的能耗,采用蒸汽加热。采用尿素固体为还原剂则需考虑罐体保温,尿素溶解吸热等,尤其是尿素热解制备氨气消耗大量能量,需采用“蒸汽加热+电加热”的两级加热工艺。

?反应系统:SNCR反应发生在炉膛内,无需外能源,但氨水蒸发可能造成烟气余热损失。低温SCR位于除尘器后,烟温较低,需用蒸汽将烟气加热至180℃以上,能耗高。且反应器增加烟气阻力,增加风机能耗。

最终将脱硝过程中的物料消耗、能耗汇总乘以各自价格,可得SNCR、SCR脱硝过程的费用。

主要研究成果

以某500t/d垃圾焚烧项目为例,结合技术经济模型,对不同脱硝技术进行研究。

?在设备投资成本方面,低温SCR投资成本远高于SNCR,尿素工艺略高于氨水。

 

 

?SNCR系统简单,能耗低,还原剂是影响运行费用的最关键因素。另外液滴蒸发造成的发电损失也不可忽略。

 

 

?低温SCR运行费用远高于SNCR,其中蒸汽与用电费用占比最高,烟气加热费用远大于其他费用。尿素工艺运行费用显著高于氨水,源于尿素热解加热需求大于氨水,整体用电费用是氨水2倍以上。

 

 

?根据技术经济模型,以还原剂价格为变量,还可绘制不同还原剂的运行等费用线。对SNCR,当尿素/氨水价格位于下图曲线左方,采用氨水长期经济性更好,且越靠左,氨水的优势越大;反之,则尿素经济性更优。

 

 

?排放标准提高,还原剂用量上升,SNCR以及SNCR+SCR运行费用均上升。SNCR还原剂利用率低于SCR,因此运行费用上升幅度大于SNCR+SCR,但总费用仍远小于SNCR+SCR。

 

 

结论与展望

?还原剂以及蒸发热损失是SNCR的主要运行费用,还原剂占比近70%。

?氨水工艺SNCR经济性并不总优于尿素,可根据当地尿素/氨水价格比对照等费用线选择最优方案。

?氨水与尿素工艺蒸汽加热成本分别占SCR运行费用的73%和60%;使用尿素相比氨水年运行费用增加约73万。

?排放标准从200mg/m3提高到80mg/m3SNCR+SCR运行费用上升4.2%;SNCR上升83.3%,但整体费用SNCR仍远低于SNCR+SCR。

SNCR是应对我国河北、天津、海南等多地的NOx120mg/m3标准更经济的方案,且已有研究证明具备相应能力。但目前高效SNCR技术研究应用还不多,尤其如何保证高效脱硝的同时,氨逃逸控制在标准的8mg/m3以内,是亟需解决的一大难题。

对于排放标准更高,稳定性要求更高的项目,低温SCR技术仍是首选。在应用上建议尽量采用氨水工艺;在技术上,如何降低烟气加热能耗是关键。点击“阅读原文”查看全文

作者简介

沈宏伟硕士研究生学历,毕业于北京大学,现任职光大环境科技(中国)有限公司,任课题组组长。带领团队长期从事垃圾焚烧等领域的烟气污染物减排技术研究,在SNCR、SCR脱硝,高效湿法脱酸,高效小苏打脱酸以及超低排放工艺等方面取得了多项成果业绩,技术应用项目超130个。目前已获专利授权四十余项,并获浙江省建设科学技术奖一等奖等荣誉。

 


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