生活垃圾焚燒發電煙氣中NOx污染控制技術綜述

劉天璐 剛 杰 劉 超

（北京高能時代環境技術股份有限公司 北京 100095）

引言

現代社會發展中，人民群眾物質生活水平不斷提升，城市中的各類垃圾與日俱增，對人們的生活環境造成了嚴重威脅，目前我國城市生活垃圾的處理方式逐步從填埋轉為焚燒為主。我國當前應用最廣的城市垃圾焚燒設備是機械爐排爐[1]，該設備優勢眾多，性能良好。在垃圾含水率、垃圾成分等方面具備較強的適應性，同時也能夠對垃圾燃燒工況、燃燒空氣供給等進行調節，因此應用十分廣泛。

1 生活垃圾焚燒中NOX的生成過程

垃圾焚燒的過程中，NOX產生的方式一般包括以下幾種類型：即瞬時型（快速性）、熱力型以及燃料型，具體如下：

關于燃料型NOX：其一般是原料中的含氮有機化合物熱分解產生N、CN、HCN、NHi 等中間基團，后發生氧化反應所產生。在垃圾焚燒中，燃料型NOX大約占整個NOX產生量的90%。焚燒爐內的空氣量與燃料型NOX生成率息息相關，若內部空氣充足，則生成率相對較高，反之，生成率低。過量空氣系數為0.7 時，燃料型NOX轉化率近于零，但正常工況下，為保障焚燒爐正常運行，過量空氣系數取1.5～2[4]。

關于熱力型NOx：由前蘇聯科學家捷里多維奇（Zeldovich）提出，指在高溫環境下，空氣中的氮氧化生成NOX，又稱為溫度型NOX。溫度是反應的關鍵性影響因素，燃燒溫度在1800K 以下，熱力型NOX生成量很小，若溫度超過1800K，每增加100K，反應速率增大6～7 倍。由此可見，在垃圾燃燒系統中，熱力型NOX并非NOX形成的主要因素[4]。

關于瞬時型NOX：由費尼莫（Fenimore）于1971 年最先提出，指在高溫狀態下，垃圾中碳氫化合物在燃燒的過程中，會高溫分解產生CH 自由基，爐膛內的氮氣和CH 自由基會生成HCN 和N，再將進一步形成瞬時型NOX，由于CH 等活性根只有在深度富氧條件下才會大量生成，因此垃圾焚燒所生成的瞬時型NOX較少。

2 垃圾燃燒過程中對NOX進行控制的有效方式

2.1 燃燒控制技術

在垃圾焚燒煙氣中，燃燒型NOX是NOX生成的主要方式，在燃燒的過程中，控制NOX的方法首先要遵循3T+E 基本原則，包括優化設計垃圾焚燒鍋爐幾何尺寸，有效控制一次風供給，優化二次風供給，高溫條件下較長煙氣停留時間，煙氣再循環技術等，通過此類措施，NOX可控制在300mg/Nm3以內[5]。

2.2 選擇性非催化還原(SNCR)法

SNCR 主要是在爐膛中850～1100℃溫度區間，在O2共存條件下噴入氨液或尿素等還原劑，將NOX還原成氮氣和水。該系統投資和維護成本較低，操作簡單便捷，但脫硝效率相對較低。氨氮摩爾比、溫度等是SNCR 脫除NOX的主要影響因素[6]。由于焚燒爐溫度是在一定范圍內波動，故一般在余熱鍋爐設2～3 層SNCR 噴嘴以適應不同的溫度工況。提高氨氮比能提高NOX去除率，但同時氨泄漏相應增加，逃逸氨和氯化氫、三氧化硫合成氯化銨及硫酸氫氨沉淀在尾部受熱面，導致尾部受熱面結垢和堵塞，同時煙囪排出白煙。

2.3 選擇性催化還原（SCR）法

垃圾焚燒SCR 以NH3為脫硝劑，在180～240℃溫度區間內，在一定O2含量條件下，通過TiO2-V2O5等催化劑去除煙氣中NOX。SCR 脫硝效率較高，但需要低溫、低塵布置，受煙氣含硫量、氨逃逸量以及催化劑等影響較大。由于煙氣中含有一定的SO2、SO3，催化脫硝過程會伴隨副反應生成硫酸氫氨（ABS）。而ABS具有吸濕性、腐蝕性以及黏性，會在設備和管道上沉積，導致催化劑失活、流道堵塞等問題，故副產物ABS 的產生是垃圾焚燒SCR 工程運行中是最大的關注點。在工程設計過程中，降低煙氣中二氧化硫濃度有助于ABS 的控制，可結合實際經濟技術合理性比較考慮增加濕法脫硫工藝，以達到提升二氧化硫去除率的目的。

2.4 PNCR

PNCR 是新興的一種脫硝技術，采用氣力輸送將高分子脫硝劑輸送至爐膛內800～850℃反應窗口，使氨基與高分子的化學鍵斷鏈，釋放出含氨自由基與煙氣中NOX反應實現脫硝，脫硝效率可達80%。PNCR 技術在NOX排放日益嚴格的大背景下，具有良好的經濟效益。目前PNCR 技術在部分項目運行過程中存在脫硝劑輸送堵塞、噴槍堵塞、氨逃逸高等問題，可采用藥劑倉設伴熱帶、加裝空氣炮和破拱裝置、壓縮空氣定期清堵等方式解決[7]。

2.5 煙氣再循環

煙氣再循環技術是使用低空氣比燃燒技術降低NOX生成的技術。在垃圾焚燒系統中，抽取部分凈化后尾部煙氣作為部分二次風回流至焚燒爐，在爐內形成貧氧燃燒區抑制NOX生成。煙氣再循環技術不僅可以有效降低NOX排放量，而且能顯著抑制二噁英的產生[8]。

2.6 垃圾焚燒煙氣凈化系統常用脫硝工藝

我國垃圾焚燒發電項目在設計階段會根據該項目NOX排放標準選擇一定的工藝組合。目前氮氧化物減排越來越受到重視，垃圾焚燒氮氧化物排放濃度限值低于100mg/Nm3成為一個趨勢。一般情況下，采用燃燒控制、煙氣回流以及SNCR，NOX排放值仍無法穩定控制在100mg/m3以內，因此NOX排放限值為100mg/m3的垃圾焚燒項目一般采用SNCR+SCR、SNCR+PNCR的工藝組合。在一二線城市重點項目中輔以濕法脫酸，進一步提高脫硝效率。

結語

綜上所述，本文主要對NOX在城市垃圾焚燒中的生成方式進行了分析，同時對垃圾燃燒過程中NOX的有效控制方式進行了研究，闡述了目前常見的脫硝工藝。在今后發展中，應將系統運行穩定性、經濟性作為重點研究內容，以實現對工藝的全面優化。