浅谈生活垃圾焚烧烟气中NOx控制措施

浅谈生活垃圾焚烧烟气中NOx控制措施

贾男正芳

作者单位：广州环保投资集团有限公司  广东广州  510000

摘要：生活垃圾焚烧技术由于其自身特点，成为中国城市生活垃圾处置的主要方式，而焚烧烟气中NOx污染的有效控制是垃圾焚烧技术得以广泛应用的重要前提。本文分析和总结了生活垃圾焚烧发电厂燃烧工况调整与末端去除技术选型的控制措施，以高效的NOx净化系统设计和运行方法，实现焚烧烟气NOx稳定达标排放。

随着城市人口不断聚集，生活水平日益改善，生活垃圾产量随之迅速增长，生活垃圾高效环保的处理处置成为亟待解决的问题。垃圾焚烧技术具有占地小、垃圾减量化稳定化无害化程度高、能量利用率高以及二次污染程度低等优点，是目前国内应用比较普遍的垃圾处置方法。随着我国越来越重视垃圾焚烧烟气的污染控制，垃圾焚烧烟气排放标准日益严格。NOx作为生活垃圾焚烧烟气中的主要污染物之一，也是造成光化学污染及酸雨的重要因素。因此，焚烧烟气中NOx污染的控制是防止垃圾焚烧厂二次污染的关键，也是烟气净化效果达到规定排放指标的重要保证之一。

1.氮氧化物（NOx）生成原理

生活垃圾焚烧产生的NOx主要可分成两大类：一种为空气中所含有的氮和氧，在高温状态下反应而产生的热力型NOx，通常需达到1200℃以上高温时发生；另一种为生活垃圾中所含有的各种氮化合物，在燃烧时被氧化而产生的燃料型NOx。大部分NOx是来源于垃圾中所含有的氮，在低氮燃烧的前提下，其浓度一般在400mg/m3以内[1]。由于烟气中的NOx大多以NO的形式存在，且其不溶于水，无法借助脱酸塔加以去除，必须采用其它方法。

2. 氮氧化物（NOx）的常见控制措施

NOx是生活垃圾焚烧电厂的主要烟气污染物之一，在生产运营过程中，主要可从燃烧工况调整和末端去除两种来降低NOx的排放。

2.1燃烧工况调整

常见的燃烧工况调整手段主要有炉温控制、锅炉负荷的控制、垃圾料层控制、风压与风温的控制等，通过燃烧工况的调整可达到抑制NOx生成的目的。

2.1.1 炉温控制

垃圾焚烧炉炉温对NOx的产生存在显著影响。应严格控制焚烧炉炉膛温度在850至1050度之间，炉膛温度过高会使NOx剧烈生成，炉温过低会抑制氨水或尿素的反应效果，从而降低NOx的去除效率。通过试验发现，当炉温由980℃升高至1200℃，NOx产生量逐渐增加。

2.1.2锅炉负荷的控制

锅炉负荷对NOx的产生也存在一定影响。锅炉负荷越高，燃烧越旺盛，故锅炉负荷应尽量不超过额定负荷。NOx产生量较大时，可适当降低锅炉负荷，从而抑制NOx的生成。

  2.1.3 垃圾料层控制

垃圾焚烧炉垃圾料层的薄厚也会影响NOx的生成。在一定的风压和热值下，料层太薄，会使燃烧加剧，从而引起炉膛温度过高，促进NOx的生成。料层太厚，会使燃烧减弱，从而炉膛温度过低，达不到氨水或尿素的最佳反应温度，且助长二噁英的排放。

2.1.4风压与风温的控制

    燃烧时一次风压不宜过高，过高的一次风压也会造成剧烈燃烧，炉温突升，导致NOx剧烈生成。应根据垃圾的化学成分来确定风压的大小，找到合适的配比。一次风温的大小也能直接影响炉膛的燃烧和炉温，从而控制NOx的生成。当燃烧剧烈、炉温很高时，需减小一次风温，反之增加一次风温。另外，NOx过高时，适当提高二次风压和风量，二次风从前端风孔高速喷射进炉膛，可直接穿透火焰，抑制NOx的生成。

2.2 NOx末端去除方法

生活垃圾焚烧电厂中常见的NOx末端去除方法主要有SNCR、SCR或两者组合。SNCR工艺最大的优点是投资省，占地面积小，约为SCR工艺的1/3-1/7，运行成本低。SCR投资费用高，运行成本高、设备寿命短。而SNCR+SCR工艺则处理效果好，投资和运行成本比单纯用SCR低，设备使用寿命也比单用SCR长。此外，烟气再循环技术和PNCR也能作为辅助手段。

2.2.1 选择性非催化还原法（SNCR）

SNCR是将氨水或尿素等还原剂通过喷枪雾化后喷入焚烧炉内的高温区，将NOx分解成N2与O2的方法。该工艺不需要催化剂，但脱硝效率低，高温喷射对锅炉受热面安全有一定影响。还原剂喷枪的的雾化效果与NOx去除效果显著相关，其主要取决于压缩空气与还原剂的配比。在喷枪不变的情况下，加大还原剂的用量，调整压缩空气压力，使其更加满足喷枪的设计参数，有助于加强喷枪的雾化效果，达到更好的反应条件。但还原剂的使用不能过量，不仅造成资源浪费，还会导致氨逃逸，过量喷氨生成的氯化铵导致烟囱排出的烟气变成白烟，而且还会产生铵盐沉积在锅炉省煤器上，影响设备安全。

2.2.2 选择性催化还原法（SCR）

SCR布置在袋式除尘器后端，袋式除尘器出口烟气经升温后进入SCR反应塔，塔内设置催化剂，以喷入烟气中的氨作为还原剂，使NOx在催化剂的作用下发生还原反应。SCR工艺广泛应用于燃天然气、燃煤锅炉的烟气治理中，若使用于含有较高浓度的SOx、颗粒物等烟气时，则会降低触媒活性，并且颗粒物附着会造成阻塞管道

[2]。因此，在垃圾焚烧厂使用SCR技术去除NOx时，一般先去除烟气内的酸性污染物及颗粒物，烟气再进入SCR系统去除NOx。按照催化剂的不同，SCR可以分为低温催化剂SCR和中温催化剂SCR。

2.2.3 烟气再循环技术

烟气再循环技术是将低温、低氧的烟气返回炉内燃烧区，降低燃烧区氧量和局部温度，增强还原性气体含量，遏制NO前驱物（NCO、NO、HNO等）向NO的转化，是一种在燃烧过程中控制NOx生成的低氮燃烧技术[3]。目前，烟气再循环技术已被广泛应用，它的原理是提取一部分通向空气预热器中的烟气，使其在炉内被二次利用。简而言之，就是利用惰性气体的特性，使其带走一部分热量，降低炉内氧的浓度，从而控制火焰温度，降低燃烧效率，减少NOx的产生。烟气再循环的优点是效率极高，每回收五分之一的烟气，NOx的排放量可减少四分之一。其缺点是使用再循环风机，增加了厂用电耗，同时风机在高温下运行维护费用也较高。

2.2.4 高分子选择性脱硝技术

高分子选择性脱硝（PNCR）是我国现代锅炉烟气脱硝的新兴技术。高分子脱硝剂是整个PNCR 技术的核心，它是以高分子材料作为载体，把氨基成分聚合负载在高分子材料上，形成粉体状材质。该粉末材料利用气力输送装置直接喷入炉膛中，喷射的温度窗口在700~900℃之间，高温下氨基和高分子连接的化学键断裂，释放出大量的氨基，氨基与烟气中NOx发生反应，从而达到去除NOx目的[4]。高分子脱硝剂为干燥粉末状，在高温下高分子碳骨架自然分解成 CO2释放，对锅炉及其他设施不会产生影响。PNCR 工艺主要有点是工艺系统简单，不需要增加过多的设备，锅炉尾部烟道无需改造；运行维护成本较低，仅为SCR的1/10；固态粉末状运输、储存安全方便。

为了解决目前社会公众关注的垃圾焚烧烟气排放的敏感问题，适应新形势下对污染治理高要求的发展趋势，本文分析和总结了生活垃圾焚烧发电厂燃烧工况调整与末端去除技术选型的控制措施，以高效的NOx净化系统设计和运行方法，实现焚烧烟气NOx稳定达标排放。在实际的建设与生产运营中，生活垃圾焚烧烟气中NOx控制措施应根据确定的烟气排放标准合理选择，既要满足烟气长期稳定达标排放的要求，同时要考虑烟气净化系统的建设投资与运行成本，根据项目实际情况综合权衡、合理确定，以促进企业实现资源回收、经济效益、环境效益。

[1]孔丝纺，彭丹，程学勤. 垃圾焚烧中NOx的生成及控制技术进展.资源节约与环保，2020，2：8-10.

[2]龚燊，赵联淼. SCR脱硝技术在中国生活垃圾焚烧厂的运用及发展分析.环境工程，2019，37（增刊）：647-651.

[3]王炜. 某垃圾焚烧厂烟气再循环脱硝改造应用研究. 资源节约与环保. 2021(12): 124-126 . 

[4]刘建伟，赵高辉. 城市生活垃圾资源化综合处理技术研究和应用进展. 科学技术与工程. 2019(34): 40-47.