【摘要】：
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(jiǎn)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(guò)對(duì)歐洲、日本和中國(guó)的垃圾焚燒廠SCR工藝的介紹和分析，對(duì)SCR技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行總結(jié)和展望。
【關(guān)鍵字】：
垃圾焚燒，煙氣凈化，超低排放，近零排放，低溫脫硝，氮氧化物脫除，催化劑，SNCR，SCR，NOx，Sox，氨逃逸，SDA，Scrubber，BHF，ESP，WESP
【引言】：
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(wú)錫市華星東方電力環(huán)?？萍加邢薰荆ê?jiǎn)稱“華星東方”）利用幾年時(shí)間走訪了全球數(shù)十座焚燒廠，并利用筆者公司在中國(guó)地區(qū)SCR的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)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(guó)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(jiàn)圖1。
圖1 Spittlau在2012年技改前工藝流程圖
2012年始，該廠再次對(duì)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(jiàn)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(guó)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(jiàn)過(guò)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(jiàn)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(jì)了固定床的活性焦過(guò)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(huì)不斷富集進(jìn)而影響催化劑的性能。要確保系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)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(guò)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(xiǎn)，進(jìn)而減少對(duì)催化劑的影響，從而延長(zhǎng)了系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。此外，在這一溫度布置固定床的活性焦過(guò)濾裝置，有利于活性焦對(duì)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(guó)后，從該廠提供的催化劑檢修照片來(lái)看其運(yùn)行狀態(tài)良好，詳見(jiàn)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(jiàn)圖6。
（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(cè)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(shí)現(xiàn)了低溫SCR系統(tǒng)的工業(yè)化運(yùn)行，這一時(shí)間比歐洲1992年首例SCR系統(tǒng)投入的時(shí)間早了5年。在撰寫(xiě)本文時(shí)，筆者又進(jìn)一步了解了這個(gè)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(guò)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(jì)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(jì)要求
從上圖表來(lái)看，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)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(guó)目前個(gè)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(jì)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(jì)排放標(biāo)準(zhǔn)都低于上述排放標(biāo)準(zhǔn)，但日本實(shí)際運(yùn)行煙氣系統(tǒng)時(shí)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(jiàn)，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(duì)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(chǎng)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(jiàn)圖8。
圖8 廣島中工場(chǎng)運(yùn)行畫(huà)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(jiàn)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(jì)排放值為5mg/Nm3，但由于ESP的實(shí)際運(yùn)行效果為30mg/Nm3，未能達(dá)到設(shè)計(jì)值。因此，在投運(yùn)初期對(duì)催化劑產(chǎn)生了不小影響，后通過(guò)不斷清灰情況有所緩和。但粉塵對(duì)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(shí)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(guò)簡(jiǎn)單處理后直接排向大海，這種設(shè)計(jì)大大降低了處理廢水中氯離子的成本。如在非海邊地區(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(jì)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(lái)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(lái)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(jiàn)圖10。只是此種布置方式下的催化劑壽命是否會(huì)受到高硫煙氣的影響，還有待觀察。
二、中國(guó)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(guó)垃圾焚燒氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀：
在中國(guó)《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB 18485-2014的出臺(tái)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(tái)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(tái)的排放要求為列，部分新落地項(xiàng)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(shí)間內(nèi)使得中國(guó)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(guó)首批SCR系統(tǒng)典型應(yīng)用：
2009年前后，中國(guó)的生活垃圾焚燒市場(chǎng)啟動(dòng)了對(duì)NOx排放控制技術(shù)的調(diào)研和示范項(xiàng)目招投標(biāo)工作⑤。首先啟動(dòng)的是SNCR技術(shù)的引進(jìn)和開(kāi)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(xiàng)目合作開(kāi)發(fā)了第一套SNCR系統(tǒng)，隨后華星東方在江橋項(xiàng)目開(kāi)展了更高效率的SNCR技術(shù)的研發(fā)和實(shí)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(guó)在2012年同時(shí)啟動(dòng)了3個(gè)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(jì)，而江南和江北分別采用更低的160度和170度的設(shè)計(jì)，此3個(gè)項(xiàng)目均先后于2014年投入運(yùn)行。
南京江北項(xiàng)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(xiàng)目，位于中國(guó)江蘇省南京市，日處理城市生活垃圾2000噸，采用4臺(tái)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(xiàng)目的整個(gè)煙氣凈化系統(tǒng)。
該項(xiàng)目脫硝系統(tǒng)采用SNCR+SCR的聯(lián)合工藝，設(shè)計(jì)煙氣流量11.62萬(wàn)Nm3/h（濕基），設(shè)計(jì)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(jì)效率≥46.7%，設(shè)計(jì)條件如下：
為減少硫酸氫氨對(duì)催化劑的影響⑥，工程師在設(shè)計(jì)半干法時(shí)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(xiàng)目于2013年開(kāi)始建設(shè)，于2014年先后投入半干法和脫硝系統(tǒng)。在該項(xiàng)目投標(biāo)方案設(shè)計(jì)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(yàn)，具有不確定性，設(shè)計(jì)增加了SGH系統(tǒng)和催化劑備用層，并設(shè)計(jì)兼容了蜂窩式催化劑的布置，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)并未使用殼牌提供的石化行業(yè)方案。事實(shí)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(jì)也成為了國(guó)內(nèi)170-180度段低溫SCR系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考范例。
（三）華星東方對(duì)低溫催化劑應(yīng)用的探索和實(shí)踐：
2014年SCR系統(tǒng)投入使用，初期脫硝效率在170度時(shí)效率滿足并超出設(shè)計(jì)值要求的46.6%效率，但隨著時(shí)間的推移，粉塵對(duì)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(píng)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(cè)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(kāi)始了一次對(duì)1號(hào)爐SCR反應(yīng)器的壓差測(cè)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(shí)32天，期間多次對(duì)SCR入口粉塵取樣測(cè)試，其數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍為3-5 mg/Nm3。
隨后，工程師對(duì)催化劑進(jìn)行了效率測(cè)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(jiàn)圖11。
圖11 粒子狀催化劑效率測(cè)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(shí)，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(cè)前，我們對(duì)2號(hào)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(cè)，此時(shí)2號(hào)線的累計(jì)有效使用時(shí)間約為5個(gè)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(cè)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(guó)進(jìn)行了部分理化分析，數(shù)據(jù)詳見(jiàn)圖12（注：圖12中的1號(hào)線樣品為上文所述壓差測(cè)試前的取樣，2號(hào)線樣品為上文所述效率測(cè)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(cè)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(jiàn)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(shí)，粒子狀催化劑在中國(guó)其他同類項(xiàng)目中的應(yīng)用也遇到了類似問(wèn)題。
在上述問(wèn)題出現(xiàn)后，壓差問(wèn)題直接導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法投入，而如此低溫的設(shè)計(jì)工況，沒(méi)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(wèn)題，華星東方投入了大量人力物力財(cái)力，對(duì)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(wèn)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(wèn)題。為了提升催化劑的抗硫性，憑借我們初期設(shè)計(jì)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(shí)，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(yàn)數(shù)據(jù)，華星東方工程師先后將幾個(gè)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(yàn)裝置中，詳見(jiàn)圖13。
本文僅就南京江北定制催化劑的實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行介紹。首先，進(jìn)行的是定制催化劑的阻力測(cè)試，實(shí)驗(yàn)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(dòng)，沒(méi)有明顯變化。
其次，對(duì)催化劑的效率進(jìn)行了安裝初期（詳見(jiàn)圖14）、投運(yùn)30天（詳見(jiàn)圖15）、150天（詳見(jiàn)圖16）、210天（詳見(jiàn)圖17）的4次取樣測(cè)試，以下為4次測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)
定制的催化劑在開(kāi)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(shí)，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(méi)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(cè)試數(shù)據(jù)
30天監(jiān)測(cè)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(cè)試數(shù)據(jù)
150天監(jiān)測(cè)，噴氨量分別做了17 L/h和25L/h兩種工況，對(duì)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(cè)試數(shù)據(jù)
由于幾次催化劑監(jiān)測(cè)，其性能呈逐步下降趨勢(shì)。在第4次測(cè)試前，SCR停止噴氨約20小時(shí)，測(cè)試時(shí)噴氨量為15L/h和25L/h兩種工況，對(duì)應(yīng)NSR為7（噴氨量25L/h未測(cè)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(jiàn)，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(cè)試前停止噴氨20小時(shí)，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(zhǎng)時(shí)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(duì)催化劑的活性恢復(fù)有促進(jìn)作用。
在4次檢測(cè)后，工程師對(duì)定制催化劑進(jìn)行了監(jiān)測(cè)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(cè)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(duì)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(jiàn)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?cè)俅螌?duì)3號(hào)爐的定制催化劑進(jìn)行了性能檢測(cè)，其測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)圖18。
圖18 定制催化劑第5次效率測(cè)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(wú)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(guò)新購(gòu)置的加熱爐進(jìn)行了一次離線熱再生（詳見(jiàn)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(yàn)結(jié)束。
圖19 定制催化劑進(jìn)行熱再生
隨后經(jīng)過(guò)與催化劑廠商的進(jìn)一步溝通和提供實(shí)驗(yàn)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(cè)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(guó)快速發(fā)展的低溫SCR市場(chǎng)和相關(guān)業(yè)績(jī)：
隨著首批投產(chǎn)的3個(gè)示范項(xiàng)目陸續(xù)積累的工程經(jīng)驗(yàn)后，中國(guó)生活垃圾焚燒市場(chǎng)的低溫SCR市場(chǎng)獲得了快速發(fā)展。
除了相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較小的240度運(yùn)行項(xiàng)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(jì)為雛形的布置在SDA下游的180-190度低溫SCR項(xiàng)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(xiàng)目，開(kāi)啟了中國(guó)低溫SCR市場(chǎng)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，?？谌冢贾萁ǖ碌?。
截止目前，華星東方參與的中國(guó)建設(shè)和在建SCR系統(tǒng)的焚燒廠已經(jīng)超過(guò)了30座，而全中國(guó)建設(shè)和在建SCR系統(tǒng)的焚燒廠已經(jīng)超過(guò)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(guó)家和地區(qū)的工程案例和中國(guó)地區(qū)的工程實(shí)踐，華星東方在SCR系統(tǒng)工程實(shí)踐中積累了部分經(jīng)驗(yàn)：
（一）不同煙氣凈化工藝布置下SCR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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(xiàng)目的投資概算和運(yùn)行要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(duì)較為寬松，催化劑選型用量相對(duì)較少。該工藝成熟投資小，風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)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(guò)10mg/Nm3，控制煙氣含水率，同時(shí)設(shè)計(jì)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(xiǎn)，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(shí)間尚短，還需積累工程經(jīng)驗(yàn)，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(guó)內(nèi)垃圾焚燒領(lǐng)域的實(shí)踐中由于板式的占地較大，除筆者在日本見(jiàn)過(guò)有類似工程實(shí)踐外（如：東京板橋焚燒廠），國(guó)內(nèi)應(yīng)用過(guò)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(shí)，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(zhǎng)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(duì)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(jì)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(shí)測(cè)值遠(yuǎn)大于理論值，約為理論值的10倍。過(guò)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(jì)值，部分地區(qū)對(duì)此有限制，如：北京已經(jīng)對(duì)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(jì)。
（4）低溫環(huán)境下，通過(guò)增加催化劑的供應(yīng)量來(lái)保證脫硝效率和延長(zhǎng)使用壽命是可行的一種方法。
（5）在擋板門(mén)的選型和設(shè)計(jì)時(shí)，一定要確保其性能。在SCR系統(tǒng)運(yùn)行和切換時(shí)，一定要避免長(zhǎng)時(shí)間切換至旁路運(yùn)行，以避免SCR反應(yīng)器內(nèi)腐蝕。
參考文獻(xiàn)：
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②Steven Wood1,Mick Fanning2,Matt Venn3,Kevin Whiting4, REVIEW OF STATE-OF-THE-ART WASTE-TOENERGY TECHNOLOGIES
③Hans-UlrichHartenstein，F(xiàn)ixed bed activated coke filters for the control of toxic metals and organics from waste incinerators — the second generation
④席婧茹，煙氣脫硝技術(shù)在國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒項(xiàng)目中的應(yīng)用
⑤聶永豐，國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
⑥吳爽 康君波，V2O5—WO3/TiO2催化劑在垃圾焚燒SCR工程中的應(yīng)用
⑦陳立松，潘峰，何曉翠，楊正蓉，硅金粉在 SCR 煙氣脫硝催化劑中的應(yīng)用研究
作者簡(jiǎn)介：
吳浩侖，碩士。無(wú)錫市華星東方電力環(huán)?？萍加邢薰?總經(jīng)理，畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織固體回收燃料技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC300 Solid Revovered Fuels）國(guó)內(nèi)技術(shù)對(duì)口工作組專家，中國(guó)城市環(huán)境衛(wèi)生協(xié)會(huì)垃圾焚燒專家委員會(huì)委員，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)垃圾發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員。主要從事生活垃圾焚燒廠煙氣凈化工程管理，參與了上百座焚燒廠的煙氣凈化工程的工藝設(shè)計(jì)和建設(shè)。參與起草和編寫(xiě)了《生活垃圾焚燒處理與能源利用工程技術(shù)規(guī)范》、《垃圾發(fā)電站煙氣凈化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》DL/T1967-2019、《生物質(zhì)電廠煙氣凈化工程系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》。
原文發(fā)表于 《環(huán)境衛(wèi)生工程》
