生活垃圾焚烧发电烟气中NOx污染控制技术综述

刘天璐 刚 杰 刘 超

（北京高能时代环境技术股份有限公司 北京 100095）

引言

现代社会发展中，人民群众物质生活水平不断提升，城市中的各类垃圾与日俱增，对人们的生活环境造成了严重威胁，目前我国城市生活垃圾的处理方式逐步从填埋转为焚烧为主。我国当前应用最广的城市垃圾焚烧设备是机械炉排炉[1]，该设备优势众多，性能良好。在垃圾含水率、垃圾成分等方面具备较强的适应性，同时也能够对垃圾燃烧工况、燃烧空气供给等进行调节，因此应用十分广泛。

1 生活垃圾焚烧中NOX的生成过程

垃圾焚烧的过程中，NOX产生的方式一般包括以下几种类型：即瞬时型（快速性）、热力型以及燃料型，具体如下：

关于燃料型NOX：其一般是原料中的含氮有机化合物热分解产生N、CN、HCN、NHi 等中间基团，后发生氧化反应所产生。在垃圾焚烧中，燃料型NOX大约占整个NOX产生量的90%。焚烧炉内的空气量与燃料型NOX生成率息息相关，若内部空气充足，则生成率相对较高，反之，生成率低。过量空气系数为0.7 时，燃料型NOX转化率近于零，但正常工况下，为保障焚烧炉正常运行，过量空气系数取1.5～2[4]。

关于热力型NOx：由前苏联科学家捷里多维奇（Zeldovich）提出，指在高温环境下，空气中的氮氧化生成NOX，又称为温度型NOX。温度是反应的关键性影响因素，燃烧温度在1800K 以下，热力型NOX生成量很小，若温度超过1800K，每增加100K，反应速率增大6～7 倍。由此可见，在垃圾燃烧系统中，热力型NOX并非NOX形成的主要因素[4]。

关于瞬时型NOX：由费尼莫（Fenimore）于1971 年最先提出，指在高温状态下，垃圾中碳氢化合物在燃烧的过程中，会高温分解产生CH 自由基，炉膛内的氮气和CH 自由基会生成HCN 和N，再将进一步形成瞬时型NOX，由于CH 等活性根只有在深度富氧条件下才会大量生成，因此垃圾焚烧所生成的瞬时型NOX较少。

2 垃圾燃烧过程中对NOX进行控制的有效方式

2.1 燃烧控制技术

在垃圾焚烧烟气中，燃烧型NOX是NOX生成的主要方式，在燃烧的过程中，控制NOX的方法首先要遵循3T+E 基本原则，包括优化设计垃圾焚烧锅炉几何尺寸，有效控制一次风供给，优化二次风供给，高温条件下较长烟气停留时间，烟气再循环技术等，通过此类措施，NOX可控制在300mg/Nm3以内[5]。

2.2 选择性非催化还原(SNCR)法

SNCR 主要是在炉膛中850～1100℃温度区间，在O2共存条件下喷入氨液或尿素等还原剂，将NOX还原成氮气和水。该系统投资和维护成本较低，操作简单便捷，但脱硝效率相对较低。氨氮摩尔比、温度等是SNCR 脱除NOX的主要影响因素[6]。由于焚烧炉温度是在一定范围内波动，故一般在余热锅炉设2～3 层SNCR 喷嘴以适应不同的温度工况。提高氨氮比能提高NOX去除率，但同时氨泄漏相应增加，逃逸氨和氯化氢、三氧化硫合成氯化铵及硫酸氢氨沉淀在尾部受热面，导致尾部受热面结垢和堵塞，同时烟囱排出白烟。

2.3 选择性催化还原（SCR）法

垃圾焚烧SCR 以NH3为脱硝剂，在180～240℃温度区间内，在一定O2含量条件下，通过TiO2-V2O5等催化剂去除烟气中NOX。SCR 脱硝效率较高，但需要低温、低尘布置，受烟气含硫量、氨逃逸量以及催化剂等影响较大。由于烟气中含有一定的SO2、SO3，催化脱硝过程会伴随副反应生成硫酸氢氨（ABS）。而ABS具有吸湿性、腐蚀性以及黏性，会在设备和管道上沉积，导致催化剂失活、流道堵塞等问题，故副产物ABS 的产生是垃圾焚烧SCR 工程运行中是最大的关注点。在工程设计过程中，降低烟气中二氧化硫浓度有助于ABS 的控制，可结合实际经济技术合理性比较考虑增加湿法脱硫工艺，以达到提升二氧化硫去除率的目的。

2.4 PNCR

PNCR 是新兴的一种脱硝技术，采用气力输送将高分子脱硝剂输送至炉膛内800～850℃反应窗口，使氨基与高分子的化学键断链，释放出含氨自由基与烟气中NOX反应实现脱硝，脱硝效率可达80%。PNCR 技术在NOX排放日益严格的大背景下，具有良好的经济效益。目前PNCR 技术在部分项目运行过程中存在脱硝剂输送堵塞、喷枪堵塞、氨逃逸高等问题，可采用药剂仓设伴热带、加装空气炮和破拱装置、压缩空气定期清堵等方式解决[7]。

2.5 烟气再循环

烟气再循环技术是使用低空气比燃烧技术降低NOX生成的技术。在垃圾焚烧系统中，抽取部分净化后尾部烟气作为部分二次风回流至焚烧炉，在炉内形成贫氧燃烧区抑制NOX生成。烟气再循环技术不仅可以有效降低NOX排放量，而且能显著抑制二噁英的产生[8]。

2.6 垃圾焚烧烟气净化系统常用脱硝工艺

我国垃圾焚烧发电项目在设计阶段会根据该项目NOX排放标准选择一定的工艺组合。目前氮氧化物减排越来越受到重视，垃圾焚烧氮氧化物排放浓度限值低于100mg/Nm3成为一个趋势。一般情况下，采用燃烧控制、烟气回流以及SNCR，NOX排放值仍无法稳定控制在100mg/m3以内，因此NOX排放限值为100mg/m3的垃圾焚烧项目一般采用SNCR+SCR、SNCR+PNCR的工艺组合。在一二线城市重点项目中辅以湿法脱酸，进一步提高脱硝效率。

结语

综上所述，本文主要对NOX在城市垃圾焚烧中的生成方式进行了分析，同时对垃圾燃烧过程中NOX的有效控制方式进行了研究，阐述了目前常见的脱硝工艺。在今后发展中，应将系统运行稳定性、经济性作为重点研究内容，以实现对工艺的全面优化。