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垃圾焚烧发电烟气中NOx污染控制技术

北极星环保网来源:环境工程 梁丽丽2018/3/7 9:32:45我要投稿
所属行业: 大气治理  关键词:垃圾焚烧发电 垃圾焚烧技术 SCR

北极星环保网讯: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的处理,则是垃圾焚烧技术得以广泛应用的重要前提。目前处理NOx的方法为SNCR和低温SCR。SNCR将还原剂直接喷入炉膛内,易操作,脱硝效率较低。

垃圾焚烧技术

低温SCR采用低温低尘布置,能耗小,硫酸氢铵的生成制约了低温催化剂的广泛应用。需进一步研发在低温时抗硫性能较好的催化剂,工程中优化反应器和脱硫工艺的设计,以减少硫酸氢铵的生成,增加催化剂在线加热装置,延长催化剂的寿命。

目前,“垃圾堆成山”已经成为我国很多地方急需要解决的问题,城市垃圾在其巨大存有量的同时,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、减量化等优点,尤其适合中国,尤其是国内大中型城市,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标准中规定的污染物排放限值要求,成为该技术趋于成熟并得到有效应用的重要标志。

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,对于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工艺的有效运行和降低SO2的排放浓度,也有采用NaHCO3作为脱酸的吸收剂。采用活性炭吸附二恶英和重金属,采用布袋除尘器去除粉尘,采用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技术前提。

2009年、2013年和2014年中国城市建设统计年鉴报告显示,2008年、2012年和2014年我国用于生活垃圾处理的卫生填埋、堆肥和焚烧的总厂数和垃圾处理总量如下表1所示:

表1中国城市垃圾处理处置方法和处理能力变化趋势

垃圾焚烧技术

从表中数据可以看出,2008年,集中处理率约为65.7%;按处理量统计,填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占85.6%、1.3%和15.2%;2012年,集中处理率约为84.9%;按处理量统计,填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占72.4%、2.7%和24.7%。

2014年,集中处理率约为95.09%;按处理量统计,填埋、堆肥和焚烧处理比例分别占66.9%、1.64%和26.9%。6年内,填埋减少了1.87个百分点,堆肥增加了0.34个百分点,焚烧处理增加了11.7个百分点,2014年相比于2012年,堆肥处理量和厂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。焚烧以其独特的优势逐渐成为了垃圾处理的首选方式。

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技术参考,并为垃圾焚烧技术的广泛推广提供支持。

1垃圾焚烧过程中NOx生成方式

目前,国内采用的焚烧炉普遍为机械炉排炉,因其对垃圾种类、含水率适应能力强、垃圾不需要预处理、易于调节燃烧空气的供给、易于控制燃烧工况等因素被广泛应用于垃圾焚烧系统。在垃圾焚烧过程中,NOx产生的方式有三种,分别是热力型NOx、燃料型NOx和瞬时型NOx。

热力型NOx由过量的O2及O根与N2反应生成,温度和氧浓度是反应的关键因素。温度为1000℃时,NOx的浓度值接近于零,温度为1300℃时,NOx的浓度值为100ppm,温度为1500℃时,NOx的浓度值为200ppm,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,生成量较低。生成量随着空气量的增加而增加。垃圾焚烧炉选用的过剩空气系数为2.1,当炉膛温度为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,CH自由基和炉膛内空气中的氮气反应生成,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生成量较小。

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