生活垃圾焚烧厂脱硝技术探讨

摘要：通过分析生活垃圾焚烧厂NOx生成机理、NOx脱除技术以及国内外垃圾电厂脱硝现状并结合我国具体情况，探讨适合我国生活垃圾焚烧厂切实可行的脱硝技术，为“十二五”及将来我国生活垃圾焚烧厂开展烟气脱硝工作提供借鉴。
关键词：焚烧炉；脱硝技术；氮氧化物
中图分类号：X701.2文献标识码：B文章编号：1004-8774(2011)03-31-04
0前言
随着全球经济快速发展和城市化进程的加快，城市土地越发趋于紧张，垃圾焚烧厂的建设和投运，有效缓解城市生活垃圾堆放所需场所问题。焚烧后垃圾重量减轻80%~85%[1]、体积减少95%~96%[1]，垃圾中的细菌等有害物质经焚烧后也被消除，有效控制了生活垃圾所带来的二次污染；垃圾焚烧所产生的热量还可以给城市供热或发电，变废为宝。但垃圾焚烧厂同燃煤、燃油等发电厂一样，排入大气环境中的烟气也会含有一定量的烟尘颗粒物，HCl、HF、SO2和NOx酸性气体以及二恶英类卤代化合物等大气污染物[1]。对此，我国的生活垃圾电厂在尾部均设计并安装脱酸反应塔、布袋除尘器等烟气净化设施，成功控制了烟尘、颗粒物和易溶性酸性气体。但烟气中的NOx，由于绝大部分为NO[1，2]，不易溶于水，通过现有的脱酸反应塔不能有效去除，致使高浓度排放。国家即将颁发的修订版《生活垃圾焚烧污染控制标准》目前正处于征求意见稿阶段，该标准一经正式颁发，多数垃圾焚烧电厂尾气中的NOx将大大超标，必须实施切实可行的NOx控制措施。本文将对生活垃圾焚烧电厂可能采取的切实可行脱硝技术进行探讨。
1垃圾焚烧电厂NOx产生机理[1，2]
1.1燃料型NOx(Fuel NOx)
生活垃圾焚烧电厂的燃料有两类，一类为城市生活垃圾本身所带有的有机类含氮化合物，另一类为在垃圾焚烧炉启动、停运或垃圾热值不够时所添加煤、重油或天然气等助燃燃料含有的含氮化合物，这两种燃料所含有的含氮化合物在垃圾焚烧炉内经高温燃烧后生成NOx。燃料型NOx在所有生成NOx中所占比例最高[2~4]。
1.2热力型NOx(Thermal NOx)
为确保生活垃圾充分燃烧所需的空气，鼓入垃圾焚烧炉中，其中的N2在高温条件下被氧化为NOx即生成热力型NOx。在焚烧炉炉膛的高温、高过量助燃空气区域易生成热力型NOx。
1.3快速型NOx(Prompt NOx)
快速型NOx指燃烧过程中，由助燃空气中的氮和燃料中的碳氢离子团(CH)等反应而生成NOx。与燃煤锅炉类似，快速型NOx在垃圾焚烧炉中生成量亦很少，可忽略[2~4]。
总体而言，垃圾焚烧过程中生成的NOx主要为NO和NO2，其中NO占据90%以上；NOx类型主要为燃料型NOx，另有少量热力型NOx。
2垃圾焚烧电厂NOx控制技术
针对垃圾焚烧电厂中NOx生成机理，对应的NOx控制技术主要分两类：一类针对燃烧过程进行控制，减少NOx的生成；另一类对已经生成的NOx进行脱除。
2.1燃烧过程控制技术
在燃烧过程中的控制技术主要有：低过量空气系数、分级燃烧方式和烟气再循环等技术，以尽量降低炉膛内的温度和过量空气系数。与此同时，为确保垃圾充分燃烧，以降低CO和二恶英类物质的生成，燃烧过程中控制NOx生成的技术应用较有限，势必转向烟气治理技术。
2.2烟气脱硝技术
针对烟气中已生成NOx进行脱除的技术主要有选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，即SCR技术)和选择性非催化还原技术(Selective Non-Catalytic Reduction，即SNCR技术)。
2.2.1SCR技术
含有氨基的还原剂与催化剂在温度窗口为200~450区间，快速、高效地将焚烧炉内烟气中的NOx选择性地还原为N2。SCR布置方式可采取高温高尘(High dust system)、高温低尘(Low dust system)和低温低尘(Tail-end system)这三种布置方式。采用高温高尘布置，SCR反应器布置在省煤器与空预器之间，工程上多为此种布置方式；高温低尘布置方式，SCR反应器布置在除尘器后，此时除尘器需采用高温除尘器，造价较高，工程上应用极少；低温低尘布置方式的SCR反应器布置在脱硫除尘之后。在垃圾焚烧炉中，由于生成的重金属含量较之大型火电厂高，更易引起催化剂中毒，大大削弱催化剂活性，在垃圾处理规模为33t/h的意大利Brescia垃圾焚烧厂采用高温高尘布置进行试验，运行2年后，催化剂腐蚀、堵塞严重，目前尚未有大规模的工程应用[5]。就垃圾电厂来说，工程上切实可行的多为低温低尘方式，如图1所示[3]，但此种布置方式的SCR脱硝装置，由于要采用热源，如本例的天然气对烟气再加热，其额外能源消耗巨大，运行费用十分昂贵。

图1垃圾焚烧电厂SCR法脱硝工艺流程示意图(以氨水作还原剂为例)