首页 > 新闻 > 正文

垃圾焚烧发电烟气中NOx污染控制技术综述

时间:2018-07-11 10:27

来源:《环境工程》

作者:梁丽丽

垃圾焚烧技术由于其自身特点,有望成为未来中国城市垃圾处置的主要方式.而焚烧烟气中NOx污染的控制是垃圾焚烧技术得以广泛应用的重要前提.目前处理NOx的主流方法为SNCR和低温SCR.SNCR将还原剂直接喷入炉膛内,易操作,但脱硝效率较低.低温SCR采用低温低尘布置,能耗小,但硫酸氢铵的生成制约了低温催化剂的广泛应用.需进一步研发低温具有良好抗硫性能的催化剂,并在工程应用中优化反应器和脱硫工艺的设计,以减少NH4HSO4的生成,增加催化剂在线加热装置,从而延长催化剂的寿命。

引言

目前,垃圾围城已成为我国很多地区亟需解决的问题。城市生活垃圾在其保有量巨大的同时,每年还以两位数的速率增长。目前常用的城市生活垃圾处理处置方法包括卫生填埋、堆肥和焚烧。卫生填埋技术的基建和维护费用较低,但垃圾减容效果差,占地面积大;堆肥对垃圾种类要求严格,加之我国垃圾分类制度尚不完善,制约了其广泛应用;垃圾焚烧有着占地面积小、减量化显著等优点,尤其适合国内大中型城市,但垃圾焚烧后的烟气带来的二次污染问题,目前尚未完全解决。垃圾焚烧烟气的污染物控制,能否满足GB18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》或EU2000/76/EC中规定的污染物排放限值要求,成为该技术趋于成熟并广泛应用的重要标志。

垃圾焚烧尾气中含有HCl、SOx、NOx、粉尘、二恶英和重金属等污染物,目前已建成的垃圾焚烧炉普遍采用的烟气净化工艺流程为“锅炉尾气出口+半干法+干法+布袋除尘器+SCR”,对环保要求比较高的厂区,会增加SNCR脱硝和湿法脱酸,消石灰被用作脱酸工艺半干法+干法的吸收剂。近年来,为了后续SCR工艺的有效运行并降低SO2的排放浓度,也有采用NaHCO3作为脱酸吸收剂。采用活性炭吸附二恶英和重金属,以布袋除尘器去除粉尘,以SNCR和SCR联合去除NOx。故各工艺的高效运行是垃圾焚烧技术得以广泛应用的技术前提。

2008、2012、2014年,我国用于生活垃圾处理的7%;按处理量统计,填埋、堆肥和焚烧处理总量如表1所示。

从表1可以看出:2008年的集中处理率约65.7%;按处理量统计,填埋、堆肥和焚烧处理工艺比例分别为85.6%、1.3%和15.2%。2012年,集中处理率约84.9%;填埋、堆肥和焚烧处理所占比例分别为72.4%、2.7%和24.7%。2014年,集中处理率约为95.09%;填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占66.9%、1.64%和26.9%。6年内,填埋处理减少了1.87个百分点,堆肥处理增加了0.34个百分点,焚烧处理增加了11.7个百分点,2014年相比2012年,堆肥工艺处理量和设施数都呈现出下降趋势。截至2015年底,建成的生活垃圾焚烧厂近200座,总装机容量为4000MW。综上,焚烧以其独特优势将逐渐成为垃圾处理的主流方式。

本文结合实际工程分析了垃圾焚烧炉中控制NOx的方法和面临的问题,以期为垃圾焚烧炉烟气中氮氧化物的控制提供参考,为垃圾焚烧技术的推广提供支持。

1垃圾焚烧过程中NOx生成机制

目前,国内普遍采用的焚烧炉为机械炉排炉,因其对垃圾种类、含水率适应能力强、垃圾无需预处理、易于调节燃烧空气的供给及控制燃烧工况等特点,被广泛应用于垃圾焚烧系统。在垃圾焚烧过程中,NOx的产生方式包括热力型NOx、燃料型NOx和瞬时型NOx3种。

热力型NOx由过量的O2及O˙与N2反应生成,温度和氧浓度是应的关键因素。温度为1000℃时,NOx的浓度值接近于0,温度为1300℃时,NOx的浓度值为10×10-6,温度为1500℃时,NOx的浓度值为200×10-6。而机械炉排炉垃圾焚烧炉炉膛温度为800~1000℃。因此,热力型NOx不是垃圾焚烧系统中NOx生成的主要原因。

燃料型NOx由燃料中的氮元素在燃烧中氧化生成,其生成率与炉膛内的空气量关系密切:空气量充足时,生成率较高,空气量较低时,生成率较低。垃圾1300℃时,燃料型NOx约占总生成量的90%。

瞬时型NOx是在高温条件下,燃料中的碳氢化合物受热分解产生CH自由基,由CH自由基和炉膛内空气中的N2反应生成,由于燃料分解需要的温度高于常规的炉膛温度,因此瞬时型NOx生成量亦相对较小。

2垃圾焚烧过程中NOx控制方式

2.1燃烧控制技术

燃料型NOx是垃圾焚烧尾气中NOx生成的主要方式。在燃烧程中,通常通过空气分级燃烧、烟气分级燃烧和烟气再循环等技术控制燃料型NOx的生成。表2列举了利用不同形式的焚烧炉脱除NOx的效果。

2.2选择性非催化还原(SNCR)

温度和氨氮摩尔比是影响选择性非催化还原(SNCR)去除垃圾焚烧尾气中氮氧化物的主要因素。

2.2.1温度和氨氮摩尔比(NSR)的影响

SNCR去除烟气中NOx的主要原理如下:

NH3+NO→N2+H2O+H(1)

NH3+O2→NO+H2O+H(2)

从式(1)—式(2)可以看出:两个反应分别为还原反应与氧化反应,温度较低时,NH3和NO的反应速率较低,反应较难进行,NH3逃逸严重,随着温度的升高,两个反应同时进行,但是由于还原反应在整个过程中起控制作用,生成的NO少于反应消耗的NO,NO和NH3的浓度同时减小,从而起到脱硝作用。随着温度的进一步升高,氧化反应代替还原反应在整个过程中起控制作用,生成的NO多于反应消耗的NO,脱硝效率开始下降。烟气中的NOx主要以NO形式存在,约占95%,氨去除烟气中的NO的主要反应式为:

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O(3)

由式(3)可知:理论上去除1molNO将消耗1molNH3。工程中为了提高NO的转化率,需要加入过量NH3,n(NH3)∶n(NO)实际值与理论值的比值,称为氨氮摩尔比NSR。

李穹等的研究表明,SNCR的最佳反应温度为980℃,温度窗口为850~1050℃,氨氮摩尔比为1~1.5时,脱硝效率高达50%;LingLiang等的研究表明,最佳反应温度为900℃左右,脱硝效率大于40%;曹庆喜等的研究表明,最佳反应温度为925℃,氨氮摩尔比为1.5时,脱硝效率为60%;李可夫等的研究表明,尿素和氨水作为还原剂,对应的最佳温度窗口不同,尿素为900℃左右,氨水为850℃左右,且引起二者最适反应温度差别的因素是尿素热解消耗的热量大于氨水汽化消耗的热量。综合上述数据并结合工程经验可知,设计中常设定的氨水温度窗口为850℃左右,尿素的温度窗口为900℃左右,氨氮摩尔比为1.1~1.5时,脱硝效率可达50%。Gang-WooLee等的研究表明:还原剂NH3和烟气的混合程度也是影响NOx脱除效率的重要因素,同时喷入氨和压缩空气比单独喷入氨有更好的脱硝效果。工程中常采用二流体喷枪用压缩空气将还原剂雾化,以增强还原剂的渗透能力,从而增加还原剂与烟气的混合程度,增大脱硝效率。

编辑:张伟

1
  • 微信
  • QQ
  • 腾讯微博
  • 新浪微博

版权声明: 本网注明"来源:E20环境平台"、"来源:中国大气网"、"中国大气网讯"等字样的文字、图片内容,版权均属中国水网所有,如若转载,请注明来源。同时本网转载内容不代表本网观点。

网友评论 1人参与 | 0条评论

相关新闻

版权声明: 本网注明"来源:E20环境平台"、"来源:中国大气网"、"中国大气网讯"等字样的文字、图片内容,版权均属中国水网所有,如若转载,请注明来源。同时本网转载内容不代表本网观点。

010-88480317

news@e20.com.cn