生活垃圾焚烧常见烟气脱硝工艺的技术经济分析

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。

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/m³，SNCR+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NO_x120mg/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。