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废液焚烧脱硝技术介绍

关注:541 发表时间:2019-02-17 10:44:07

1.废液焚烧脱硝技术简介

     废液焚烧领域的脱硝技术主要包括焚烧前配伍、焚烧过程中的氮氧化物处理、焚烧后的氮氧化物脱除。焚烧前配伍是指对于有机氮含量特别高的废液,在入炉前和含氮量低的废液进行混合配伍,尽量降低入炉废液的含氮量,从源头上降低氮氧化物的生成量。焚烧过程中氮氧化物处理指的是在焚烧过程中控制有机氮向氮氧化物的转化率,包括低氮燃烧器技术、空气分级燃烧技术。焚烧后的氮氧化物脱除是指在氮氧化物生成以后,通过还原技术使得烟气中的氮氧化物转化为氮气等组分,包括选择性非催化还原(SNCR)、选择性催化还原(SCR)以及通过氧化剂(如臭氧、双氧水等)将低价氮氧化物氧化为高价氮氧化物再通过碱液吸收的技术。对于不同的焚烧系统,根据物料及当地环保部门的要求,需要选择不同的技术路线。尤其是对于高含氮废液的焚烧,往往需要组合其中两种及以上的技术联合脱硝,才能达标排放。

    SNCR脱硝技术因投资低、布置简单,应用较为广泛,尤其是在烟气中氮氧化物含量低于1000Nm3/mg的场合。本文主要介绍SNCR脱硝在废液焚烧系统中的应用。

2.SNCR脱硝

     SNCR脱硝的原理是通过还原剂,如尿素溶液、氨水、氨气等在合适的温度窗口下,与烟气中的NO、NO2等发生反应,从而降低烟气中的氮氧化物。反应温度、停留时间、混合情况、氨氮摩尔比是影响SNCR效率的主要因素。

反应温度

   SNCR最佳的反应温度为800℃-1150℃,不同的还原剂略有差异。尿素的温度窗口:900℃-1150℃,氨水温度窗口下限略低于尿素,气氨温度窗口下限最低。温度过低,还原剂与氮氧化物反应的速率低,导致脱硝效率降低。温度过高,还原剂会被烟气中的氧气氧化成氮氧化物,反而会增加氮氧化物的含量。因此,还原剂喷射位置的选择至关重要。对废液焚烧炉而言,不同的物料炉内燃烧温度要求不同,喷枪的布置位置也将不同。以二燃室出口1100℃的焚烧炉为例,喷枪一般布置在二燃室出口至余热锅炉区域,并且在这个区域阶梯布置,以满足不同的负荷工况下的脱硝效率要求。

停留时间

    要获得最佳的脱硝效率,还原剂在温度窗口内的停留时间需大于0.5s。以目前应用成熟的电厂煤粉炉和CFB循环流化床锅炉为例,小型煤粉炉的SNCR脱硝效率一般只有30%,而CFB炉SNCR脱硝效率可达60%以上,差异如此大的原因之一就是因为CFB炉的喷枪布置在旋风分离器入口,烟气在旋风分离器内旋转运动,从而极大的增加了还原剂的停留时间。废液焚烧炉的炉体和烟道内衬有耐火砖和浇注料,温降速率小,在最佳温度窗口内的停留时间介于煤粉炉和CFB炉之间,脱硝效率一般在50%左右。

混合情况

    废液焚烧炉由于烟气体量小,炉膛、烟道、余热锅炉断面尺寸都比较小,还原剂通过喷枪喷入炉内后,混合情况较好。

氨氮摩尔比(NSR)

    氨氮摩尔比对SNCR脱硝效率有着非常大的影响,在一定的氨氮摩尔比区间内,脱硝效率随着氨氮摩尔比的增大而增大,一般的氨氮摩尔比控制在1-2之间,最大不超过2.5。具体的数值受烟气中飞灰等的影响,如果飞灰量大,还原剂会吸附在烟尘颗粒上,使得烟气中小颗粒的粉尘积聚从而被包裹在颗粒内部,此时就需要较大的氨氮摩尔比才能满足脱硝要求。但是,较大的氨氮摩尔比会增加物料的消耗,增加运行成本,且氨逃逸比较大,过量的氨会在后端的布袋除尘器中随着飞灰被收集,甚至到尾部工艺的废水中,使得飞灰和废水等有较大的异味。同时,有研究表明,随着氨氮摩尔比的增大,烟气中的N2O的含量也会增大。

    考虑到以上因素,SNCR喷枪的布置要兼顾反应温度、停留时间和混合情况。对废液焚烧炉,优先选择二燃室尾部、二燃室与余热锅炉入口烟道。此外,喷枪的雾化也很重要,以某废液焚烧系统为例,二燃室后设置旋风除尘器除尘,脱硝喷枪布置在旋风除尘器入口烟道上,如下图所示。图a和b分别为喷枪雾化粒径在100um和200um的雾滴轨迹云图。可以看出,在入口20m/s的烟气流速下,图b中雾滴穿透了烟气,喷射到对面的烟道内壁,长期运行会造成浇注料的脱落。

综上所述,废液焚烧系统中的SNCR脱硝效率受还原剂的种类、反应温度、停留时间、混合情况、氨氮摩尔比等多重因素的影响,在进行设计时,必须综合考虑,同时选择合适的喷枪位置,保证良好的雾化效果。对于烟气中氮氧化物浓度较高的废液,再辅以其他脱除技术,分阶段脱除,最终方可满足排放要求。



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