垃圾焚烧氮氧化物生成与控制技术

1、垃圾焚烧氮氧化物生成及控制技术 对垃圾焚烧炉而言，由于其过量空气系数对垃圾焚烧炉而言，由于其过量空气系数较一般煤粉炉取得较大，要求一次风比列较一般煤粉炉取得较大，要求一次风比列也高，这样就使得其排出的也高，这样就使得其排出的NOx较一般锅较一般锅炉要高；炉要高； 在垃圾焚烧中，由于垃圾作为燃料的特性，在垃圾焚烧中，由于垃圾作为燃料的特性，燃烧中产生的燃烧中产生的NO占比占比90%到到95% ,NO2占占5%到到10%，燃烧温度越高，燃烧温度越高，NO/NO2越高。越高。 大气大气NO2浓度世界地图浓度世界地图 欧洲宇航局欧洲宇航局Envisat卫星卫星 2003年年1月至月至2004年年6月月

2、氮氧化物热力型快速型燃料型空气中氮在高温下产生燃料中的氮空气中的氮由于过量空气系数低 相对其他燃烧方式，垃圾在焚烧炉中的燃相对其他燃烧方式，垃圾在焚烧炉中的燃烧属于低温燃烧，热力型烧属于低温燃烧，热力型NO和快速型和快速型NO很少，燃料型很少，燃料型NO所占比例超过所占比例超过95%，因而，因而总总NO可用燃料可用燃料NO近似表示。近似表示。 典型组分典型组分NO排放比较排放比较 床温的影响床温的影响 垃圾典型组分垃圾典型组分NOx排放的关联排放的关联 多种典型组分混烧多种典型组分混烧NO排放排放 我国目前我国目前NO x排放标准不高，使用燃烧中脱硝就有可能满足现行的排放标准，排放标准不高，使

3、用燃烧中脱硝就有可能满足现行的排放标准，所以对于新建电站基本上都配有低所以对于新建电站基本上都配有低NO x燃烧器，在锅炉空间预留烟气脱硝的燃烧器，在锅炉空间预留烟气脱硝的安装空间；安装空间；但是燃烧过程脱硝技术可能会降低燃烧温度，造成锅炉的热效率下降；分级但是燃烧过程脱硝技术可能会降低燃烧温度，造成锅炉的热效率下降；分级燃烧如果配风不合理，会出现氧浓度过低，燃烧如果配风不合理，会出现氧浓度过低，CO浓度剧增，不完全燃烧热损失浓度剧增，不完全燃烧热损失增加；会造成炉膛内某些区域的还原性气氛，降低灰熔点，引起炉膛结渣与增加；会造成炉膛内某些区域的还原性气氛，降低灰熔点，引起炉膛结渣与腐蚀。腐蚀。

4、对于沿海和经济发达地区，由于环境容量有限，单独使用燃烧中脱硝技术无对于沿海和经济发达地区，由于环境容量有限，单独使用燃烧中脱硝技术无法满足要求，需要使用更高脱硝率的烟气脱硝技术，燃烧中脱硝技术作为烟法满足要求，需要使用更高脱硝率的烟气脱硝技术，燃烧中脱硝技术作为烟气脱硝技术的有益补充气脱硝技术的有益补充 ；随着我国经济的发展和环境标准的提升，烟气脱硝技术将成为我国电厂的必随着我国经济的发展和环境标准的提升，烟气脱硝技术将成为我国电厂的必需装备；需装备；低氮燃烧器（低氮燃烧器（LNB）/阶段燃烧阶段燃烧燃烧器被设计成可调整或不可调整式的分级进气燃烧器被设计成可调整或不可调整式的分级进气,以做阶段

5、式燃烧。以做阶段式燃烧。 燃料混合一部份的一次风燃料混合一部份的一次风(Primary air)由燃烧器喷入锅炉由燃烧器喷入锅炉,二次风则二次风则包围着燃料管进入锅炉通常都做涡旋式进入。包围着燃料管进入锅炉通常都做涡旋式进入。 阶段式燃烧是将燃料加热起来同时将与其结合在一起的氮释放出来阶段式燃烧是将燃料加热起来同时将与其结合在一起的氮释放出来,此自由氮存在于一个缺氧的气态环境中此自由氮存在于一个缺氧的气态环境中 。 剩下来的空气则留在燃烧程序的后段进入剩下来的空气则留在燃烧程序的后段进入,以便使未燃烧成氮氧化物以便使未燃烧成氮氧化物之气态碳化合物完成燃烧。之气态碳化合物完成燃烧。实施低氮燃烧器

6、改造对电厂现有的燃烧系统和炉膛结构影响较小，故实施低氮燃烧器改造对电厂现有的燃烧系统和炉膛结构影响较小，故易于实施且经济，但是此举无法满足较严的易于实施且经济，但是此举无法满足较严的NOx排放标准，国外通常排放标准，国外通常与烟气脱硝技术联合使用。与烟气脱硝技术联合使用。在规划新建大型燃煤机组时，应一次设计到位考虑设置低氮燃烧器。在规划新建大型燃煤机组时，应一次设计到位考虑设置低氮燃烧器。空气分级燃尽风空气分级燃尽风 主燃烧区之空气减量供应主燃烧区之空气减量供应,剩下来的空气分成一段或多段剩下来的空气分成一段或多段在主燃烧区的上方注入锅炉在主燃烧区的上方注入锅炉 主燃烧区的温度最高主燃烧区的温

7、度最高,此温度会使氮氧化此温度会使氮氧化,所以此区氧浓度所以此区氧浓度尽可能保持低尽可能保持低,可减少氮之氧化可减少氮之氧化 剩下来的空气剩下来的空气(全部空气量的全部空气量的30%左右左右)进入较低温之区域进入较低温之区域,因此可减低氮氧化物的形成因此可减低氮氧化物的形成 这种供风方式与这种供风方式与LNB相结合，一般可减少相结合，一般可减少NOx的生成量的生成量20-40%，实施时须对现有的供风系统和炉膛进行一定程，实施时须对现有的供风系统和炉膛进行一定程度的改造。度的改造。再燃烧再燃烧/阶段性燃烧技术阶段性燃烧技术燃料如同空气一样燃料如同空气一样,也成阶段性的进入锅炉中燃烧，一般分成主燃

8、区、再燃区也成阶段性的进入锅炉中燃烧，一般分成主燃区、再燃区和燃尽区和燃尽区一部份燃料一部份燃料(通常为通常为10%20%)注入主燃烧区上方的再燃区而不供入空气注入主燃烧区上方的再燃区而不供入空气目的是创造一个缺氧的还原性气氛，在此区域内燃料会与氮氧化物中之氧作目的是创造一个缺氧的还原性气氛，在此区域内燃料会与氮氧化物中之氧作用而将氮释放出来形成氮分子用而将氮释放出来形成氮分子N2、CO2及及H2O再燃烧所需之燃料不一定要和主燃烧器所用燃料相同再燃烧所需之燃料不一定要和主燃烧器所用燃料相同,通常通常,再燃烧所用燃料再燃烧所用燃料一定需要有较高的反应能力方能达到效果一定需要有较高的反应能力方能达

9、到效果,天然气天然气,油油,及超细媒粉（及超细媒粉（43)都曾都曾被用来做为再燃烧之燃料被用来做为再燃烧之燃料 再燃烧需配合过剩空气再燃烧需配合过剩空气(分离式燃尽风、炉顶风分离式燃尽风、炉顶风 OFA, Over Fire Air)从而在从而在燃尽区实现完全燃烧，将未燃烧的燃尽区实现完全燃烧，将未燃烧的CO和飞灰中的碳燃烧尽和飞灰中的碳燃烧尽再燃烧技术的脱硝效率一般可达再燃烧技术的脱硝效率一般可达40%，但需对原燃烧系统和制粉系统（采用，但需对原燃烧系统和制粉系统（采用超细煤粉的场合）及炉体实施较大的改造超细煤粉的场合）及炉体实施较大的改造烟气再循环烟气再循环 再循环烟气会将燃料所需之氧剥夺

10、再循环烟气会将燃料所需之氧剥夺,使火焰使火焰温度降低温度降低,从而减少氮氧化物的生成从而减少氮氧化物的生成 30%的烟气混入一次风，可降低的烟气混入一次风，可降低30-40%氮氮氧化物的生成氧化物的生成 再循环方式有将烟气引入送风机入口或将再循环方式有将烟气引入送风机入口或将烟气吹进二次风风箱以与二次风混合等方烟气吹进二次风风箱以与二次风混合等方式式SCR脱硝技术是指使用还原剂（脱硝技术是指使用还原剂（NH3等）在合适的温度范等）在合适的温度范围在有氧条件下在催化剂的作用下将围在有氧条件下在催化剂的作用下将NO x选择性的还原选择性的还原为无害的氮气和水；为无害的氮气和水；SCR脱硝技术具有脱

11、硝率高，选择性好，成熟可靠等优点，脱硝技术具有脱硝率高，选择性好，成熟可靠等优点，是国外电站广泛采用的脱硝技术；是国外电站广泛采用的脱硝技术；SCR技术首先在七十年代后期在日本的工业电站得到应用，技术首先在七十年代后期在日本的工业电站得到应用，随后在随后在欧洲、美国等地区得到广泛的应用。欧洲、美国等地区得到广泛的应用。 高悬浮微粒状态脱硝过程高悬浮微粒状态脱硝过程 低悬浮微粒状态脱销过程低悬浮微粒状态脱销过程 尾端脱销流程尾端脱销流程(垃圾焚烧发电常用垃圾焚烧发电常用)SCR喷氨法催化剂反应器(SCR反应器)置于空气预热器前的高尘烟气中锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器去湿法

12、烟气脱硫系统NH3空气NH3NH3+空气SCR喷氨法催化剂反应器置于空气预热器与静电除尘器之间锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器NH3NH3+空气湿法烟气脱硫系统空气去烟囱空气SCR喷氨法催化剂反应器布置在FGD(湿法烟气脱硫装置)之后锅炉静电除尘器SCR反应器空气预热器NH3储罐蒸发器NH3NH3+空气湿法烟气脱硫系统空气气/气加热器去烟囱空气气/油燃烧器或蒸汽换热器SNCR是由美国是由美国Exxon公司首先开发成功、首先在日本得到商业应用；公司首先开发成功、首先在日本得到商业应用；SNCR无需催化剂，选择的还原剂与无需催化剂，选择的还原剂与SCR相同，也为相同，也为NH3

13、、氨水或尿素、氨水或尿素 SNCR以还原剂在锅炉上方和水平烟道喷入，与烟气中的以还原剂在锅炉上方和水平烟道喷入，与烟气中的NO x有选择的有选择的反应生成无害的反应生成无害的N2和和H2O；SNCR工艺的反应温度为工艺的反应温度为9001100，温度窗口较窄，脱硝率不高，一，温度窗口较窄，脱硝率不高，一般为般为5060%。SNCR改造投资成本较低，比较适合对现有锅炉的改造投资成本较低，比较适合对现有锅炉的SNCR改造。改造。 低于低于850主要是反应（主要是反应（2），而高于），而高于1100主要是反应（主要是反应（3），只），只有在有在8501100之间才会发生反应（之间才会发生反应（1），

14、即使在这个温度区间，），即使在这个温度区间，仍然会发生反应（仍然会发生反应（2）和（）和（3），所以喷入的氨气的量要比当量比要），所以喷入的氨气的量要比当量比要大一些。大一些。 选择性非催化脱硝法(SNCR)炉墙上多层氨喷口位置示意图喷入氨/尿素燃烧器烟气1050oC-950oC SCR与与SNCR技术中发生的反应相同，根本技术中发生的反应相同，根本差别在于是否采用金属催化剂差别在于是否采用金属催化剂.为了克服为了克服SCR和和SNCR这两种方法的缺点，提出了这两种方法的缺点，提出了SCR/SNCR联用技术，即在高温区使用联用技术，即在高温区使用SNCR法，在炉膛内喷入还原剂将法，在炉膛内喷入

15、还原剂将NOx还原；在尾部烟道中安装还原；在尾部烟道中安装SCR反应器，利用反应器，利用SNCR中逃逸中逃逸的的NH3将将NOx进一步还原，利用这种组合方式可以将采用进一步还原，利用这种组合方式可以将采用SNCR出口的出口的NOx浓度再降浓度再降5060%左右，氨的泄漏量小于左右，氨的泄漏量小于5 ppm。由于上游使用了由于上游使用了SNCR降低了降低了SCR的入口的入口NOx的负荷，可以减的负荷，可以减少少SCR催化剂的使用量，降低催化剂的初投资；而下游的催化剂的使用量，降低催化剂的初投资；而下游的SCR利用利用SNCR逃逸的逃逸的NH3可以减少可以减少NH3的逃逸量。的逃逸量。 SNCR/SCR混合法可利用逃逸的氨作为后混合法可利用逃逸的氨作为后部部SCR的还原剂，从而可使其脱硝效率逐的还原剂，从而可使其脱硝效率逐步升级最终可达到步升级最终可达到70%以上。以上。 由于两种工艺联用，由于脱硝后的氨氮以由于两种工艺联用，由于脱硝后的氨氮以及烟气成分分布以及工艺参数很难精确测及烟气成分分布以及工艺参数很难精确测定，因此控制调试难度较大定，因此控制调试难度较大。 从从SCR、SNCR和和SCR