危险废物焚烧处置烟气污染控制技术 烟气脱硝

危险废物焚烧处置烟气污染控制技术  烟气脱硝

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（2）NOx污染控制技术

NOx是NO和NO2 的统称，依据氮氧化物生成机理，可分为热力型、燃料型和快速型NOx三类，其中快速型NOx 生成量很少，可以忽略不计。

热力型NOx：是指当炉膛温度在1500 ℃以上时，空气中的氮气在高温下被氧化生成NOx 。随着温度T的升高，其反应速率按指数规律。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。

燃料型NOx：指的是燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成的NOx ，其生成量主要取决于空气燃料的混合比。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。

快速型NOx：指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团(CH)等反应而生成NOx。在这3种途径中，快速型NOx 所占的比例不到5%。

在温度低于1300 ℃时，几乎没有热力型NOx。对常规燃煤锅炉而言，NOx 主要通过燃料型生成途径而产生。

在生活垃圾焚烧过程中，NOx主要有三个来源：

1）垃圾自身具有的有机和无机含氮化合物在焚烧过程中与O2发生反应生成NOx；

2）助燃空气中的N2在高温条件下被氧化生成NOx；

3）助燃燃料（如煤、天然气、油品等）燃烧生成NOx。

通过加强控制手段抑制NOx的形成或者将已经生成的NOx还原成为N2分子，是减少焚烧炉尾气NOx排放最为有效的手段。目前应用非常广泛的控制技术主要包括三类：焚烧控制、选择性非催化还原技术（SNCR）、选择性催化还原技术（SCR）。

通过控制焚烧过程的工艺参数降低NOx的烟气排放浓度。主要有：

1）降低焚烧区域的温度。在1400℃以上，空气中的N2即与O2反应生成NOx。通过控制焚烧区域的最高温度低于1400℃，并且减少“局部过度燃烧”的情况发生，即可控制这部分NOx的生成。由于垃圾中某些高热值燃料（如塑料、皮革等）集中在某一区域燃烧造成该区域的局部温度可能超过1400℃，从而增加NOx的生成量，一般将垃圾坑中的垃圾混合均匀就可避免此类情形发生。

2）降低O2浓度。通过调节助燃空气分布方式，降低高温区O2浓度，从而有效减少N2和O2的高温反应。这是一种非常经济有效的方式。热解气化焚烧炉即是采用此机理。

3）创造反应条件使NOx还原为N2。

以上三类控制技术，在垃圾焚烧系统中具体实现时有以下几种形式：

a）低空气比。降低焚烧炉的空气过剩系数，使得O2的量足以用于固废焚烧需要但不足以生成大量的NOx和CO。已有研究成果表明：在过剩空气比为1.2时，热解气化焚烧炉烟气中NOx含量只有过剩空气比为2.0时的NOx含量的1/4~1/5。

b）调整助燃空气布气孔位置。将部分助燃空气由炉排下供风转移到炉排上面供风，使得离开主反应区后未被焚毁的污染物与由炉排上方供应的空气混合后继续反应。

c）分阶段燃烧。通过设置燃料和助燃空气的入口，实现垃圾分阶段焚烧的目的，其作用与2）相同，逐步焚毁离开前面反应区时未被焚毁的污染物。

d）烟气循环。将烟气循环回到高温焚烧区域，稀释空气中的O2浓度，降低焚烧温度。

e）气体再燃烧。在焚烧系统的后燃烧区引入燃料气体燃烧，生成各种类型的CH自由基，使得在主燃烧区生成的NOx在后燃烧区被还原为N2分子。

很多情况下，燃料或者空气的分阶段供应可以通过“低氮燃烧器”系统实现。日本Mitsubishi提供的MACT技术包是目前最先进的焚烧控制系统之一，它包括一个污染最小化燃烧器和一个气体再燃装置。

在焚烧炉内注射化学物质，如氨和尿素，在焚烧温度为1800°F至2000°F（750℃~900℃）的区域，NOx与氨或尿素反应被还原为N2。尿素分解成为NH3后参与反应，没有反应完全的NH3与烟气中的HCl反应生成NH4Cl，烟气中残留的NH3一般小于10ppm。

这是一种后燃烧控制技术。在催化剂作用下，通过注射氨或尿素（NH3/NO=1：1，摩尔比），使NOx被催化还原为N2。催化剂一般为TiO2-V2O5，当温度低于300℃时，催化剂活性不够，而当温度高于450℃时NH3就会被分解；因此催化反应的温度一般控制300~400℃之间。

就NOx的去除效果而言，SCR对NOx的去除率达到了90%以上，在300~400℃条件下TiO2-V2O5的脱硝率甚至可以达到；先进的焚烧控制技术可以达到60~70%的去除率；而SNCR对NOx的去除率也可达到50%左右。

就成本-效率分析，SCR和先进的焚烧控制系统（如日本Mitsubishi提供的MACT技术包）基本相当，明显比SNCR技术昂贵。

就副产物和其他污染物而言，SNCR和SCR均产生NH3污染问题。SCR释放的NH3（大约10 ppm）要低于SNCR系统。而且，SCR系统要求对排放出来的烟气（150℃左右）进行再次升温（300~400℃），消耗更多的能量，增加CO2的排放量；最终，当SCR系统的催化剂失活以后就成为了需要进行特殊处理的危险废物。

综合考虑各项脱硝技术的成本和效率，目前在焚烧烟气净化系统中SNCR的应用作为广泛，美国环保局、欧盟均推荐采用SNCR作为固体废物焚烧烟气脱硝工艺。