如何控制垃圾焚烧发电烟气中的NOx污染排放

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。

(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NO_x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1mol NH₃。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NO_x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。

(2)SNCR系统设备

工程实例1：烟气体积流量为16500m³/h(标况、湿基、实际含氧量)，烟气组分含量为：H₂O 20%(体积分数)，O₂ 9%(体积分数)，NO初始浓度为400mg/m³，要求SNCR脱除后NO的浓度为200mg/m³，还原剂为25%氨水。设计中氨氮摩尔比选1.1，窗口温度为850℃，NH₃的消耗量为83.7kg/h。

工程实例2：烟气体积流量为87300m³/h(标况、湿基、实际含氧量)，烟气组分含量为：H₂O 24.2%(体积分数)，O₂ 6.46%(体积分数)，NO初始浓度为400mg/m³，要求SNCR脱除后的NO浓度为200mg/m³，还原剂为40%的尿素溶液。设计中氨氮摩尔比选为1.1，窗口温度为900℃，尿素的消耗量为25.2kg/h。

上述两个工程的工艺流程如图1所示。采用的还原剂分别为氨水和尿素。由还原剂消耗量可以看出：单位体积流量的还原剂消耗量差别较小，工艺流程简单，设备少，易于模块化设计，但脱硝效率难以满足较高的排放标准要求。氨水不需现场配制，但易发生泄漏爆炸事故，尿素需要增加溶液配制设备，但易于输送和储存，安全性好。此外，有部分地区如北京市，禁止使用氨水作为还原剂。

图2. SNCR工艺流程

3选择性催化还原(SCR)

SCR反应器的布置方式有高温高尘、高温低尘、低温低尘3种。3种布置方式的对比如表3所示。

表2. SCR反应器布置方式比较

垃圾焚烧烟气布袋除尘器出口的烟气温度为150℃，而采用高温布置需将烟温增加到350℃，耗能大。低温低尘布置则兼顾了催化剂磨损小和能耗小的两大优点，但低温SCR催化剂的性能有待进一步开发与提高。

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