CN104028088A - 一种利用生活垃圾自身氨源脱除烟气中NOx的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用生活垃圾自身氨源脱除高温热处理系统烟气中NOx的方法，它是利用生活垃圾自身发酵和渗滤液发酵产生的含氨气体，与生活垃圾高温热处理过程的烟气中的NOx发生化学反应，其科学原理与通常的烟气脱硝方法SNCR法类似，巧妙地利用了生活垃圾高温热处理过程的温度窗口(850-1100℃)，不需要再向处理系统外加氨源，既节省处理费用，效果也好，绿色环保，安全可靠。经本发明处理后的生活垃圾高温热处理过程排放的烟气中，NOx≤100mg/Nm³。

Description

一种利用生活垃圾自身氨源脱除烟气中NOx的方法

技术领域

本发明涉及生活垃圾处理，具体涉及生活垃圾直接焚烧处理、热解气化处理或气化熔融处理过程产生的烟气脱除NOx的方法。

背景技术

据官方统计，中国2010年产生生活垃圾总量约6亿吨，其中城市生活垃圾1.55亿吨，占全世界城市生活垃圾年产量的30％。生活垃圾高温热处理是目前世界各国广泛采用的有效技术。高温热处理主要有三种方式：直接焚烧法、热解气化燃烧法及气化熔融法。但这三种高温热处理方法产生的烟气中都含有CO₂、SO₂、NO、NO₂、HCl、HF等酸性成分，以及在高温状态下由于垃圾分解不彻底或高温化学反应产生的苯类衍生物、二噁英等有毒有害成分。若不将其彻底净化处理，这些物质最终将通过烟囱排向大气，污染环境。

关于CO₂、SO₂、HCl、HF等酸性成分的治理文献上已公开许多有效的方法，但对于烟气中NO、NO₂(以下简称NOx)的治理，目前还没有找到较为廉价的方法。

工业上常用的脱除NOx方法主要有SCR(选择性催化还原，温度300－400℃)法和SNCR(选择性非催化还原，温度850－1100℃)法，以及碱吸收法。前两种方法都必须向烟气系统人为加入氨气，以还原NOx,使其还原为氮气和水。而碱吸收法又不能除去NO。

SCR法的原理是在温度为300-400℃情况下，使烟气与氨气通过脱硝催化剂床层，在催化剂作用下，其中的NOx与氨气发生反应被还原为氮气和水。但是在实际操作中，由于烟气量大，成分又很复杂，很容易造成催化剂的污染失效，故SCR法在实际应用时会遇到许多问题。

SNCR法的原理是在850-1100℃温度下，向烟气系统内喷入氨气或尿素等还原剂，它们将与烟气中的NOx发生选择性还原反应，生成氮气和水，该法不需要催化剂。其科学原理如下：

在850℃～1100℃的温度范围内，NH₃作为还原剂，与NOx发生如下化学反应：

4NH₃+4NO+O₂→4N₂+6H₂O

4NH₃+2NO+2O₂→3N₂+6H₂O

8NH₃+6NO₂→7N₂+12H₂O

由于反应效率的问题，一般都使喷入的氨源过量以使NOx得到充分还原。但这样易造成过量氨气随烟气逃逸形成二次污染和操作成本上升。

碱吸收法是采用石灰水或氢氧化钠的水溶液对烟气进行喷淋，以化学吸收其中的酸性成分。不过，碱液对NOx中的NO₂虽有一定吸收效果，但对NO的吸收效果非常不理想。此外，采用碱吸收法不仅同样需要增加操作费用，同时也会产生新的固渣。

鉴于此，有必要针对生活垃圾高温热处理过程的工艺特点，发明更为科学廉价的NOx治理工艺。

发明内容

本发明提供一种利用高温热处理过程中生活垃圾自身氨源脱除烟气中NOx的新方法，其科学原理与SNCR法的原理一致。不过，本发明不需要向烟气系统人为添加氨气或尿素，而是利用生活垃圾在热处理过程中自身释出的氨气，将其引入系统脱除烟气中的NOx。

在生活垃圾高温热处理系统中，热处理炉，包括焚烧炉(其中直接焚烧采用焚烧炉)和热解气化炉(而热解气化燃烧及气化熔融均需采用热解气化炉)内的工况温度均在850～1200℃之间，正好位于SNCR法的窗口温度范围内，因此为氨气和NOx发生还原反应提供了适宜的温度条件。为此，本发明的具体技术方案如下。

一种利用生活垃圾自身氨源脱除烟气中NOx的方法，其原理见附图1，它包括如下步骤：

步骤1：在生活垃圾进入热处理炉之前，首先将其送入专门设计封闭的垃圾堆仓1(见中国专利ZL201210089262.0)中发酵5-10天。期间，它将释放出含有NH₃(由于生活垃圾的特殊性，其中含有大量蛋白质、氨基酸等有机胺成分，在发酵情况下大部分将转变为氨)和H₂S、CH₄、H₂O、CO₂等成分的降解气，它将与堆仓内的空气一道通过垃圾降解气输出管道8输出；

步骤2：由于发酵作用，生活垃圾将同时释出渗滤液，它将通过垃圾渗滤液管道一10进入垃圾渗滤液收集罐，并继而通过垃圾渗滤液管道二11进入甲烷化沼气发酵池7，沼气池7的沼气通过沼气输出管道12输出；

步骤3：降解气、沼气和空气将经由降解气、沼气、空气的混合气管道13，在鼓风机3作用下分别由混合气进热解气化炉或焚烧炉管道14送入热解气化炉(或焚烧炉)4和混合气进燃烧系统管道15燃烧系统5；

步骤4：含有NH₃、H₂S、CH₄、H₂O、CO₂、O₂、N₂等成分的混合气进入热解气化炉(或焚烧炉)4和燃烧系统5后，在SNCR法原理的窗口温度850-1100℃下，与系统中产生的NOx发生还原反应，生成N₂和H₂O,实现脱硝目标。

上述的方法，当系统产生的氨出现过剩时，经脱硝之后的残余的氨将随烟气一道进入下游工序进行水洗、碱洗等工序予以脱除。

本发明专利具有以下优点：

1.利用生活垃圾自身氨源脱除脱生活垃圾高温热处理过程产生的NOx，治理效果好，排放的烟气中NOx可实现完全达标(浓度＜100mg/m³)。

2.不需要催化剂，不需要外加氨源，不仅可节约氨资源，降低处理成本，又可提高生产安全性--因为若有氨储罐置于现场不仅将需要额外投资而且非常不安全；

3.流程简单、易于控制、可靠性强、绿色环保。

附图说明

图1为本专利发明实施采用的流程图。其中：1生活垃圾堆仓；2生活垃圾堆；3鼓风机；4热解气化炉或焚烧炉；5燃烧系统；6垃圾渗滤液收集罐；7沼气池；8垃圾降解气输出管道；9发酵后垃圾输出进热解气化炉或焚烧炉管道；10垃圾渗滤液管道一；11垃圾渗滤液管道二；12沼气输出管道；13降解气、沼气、空气的混合气管道；14混合气进热解气化炉或焚烧炉管道；15混合气进燃烧系统管道；16热解气或烟气进燃烧系统管道；17高温烟气出燃烧系统管道。

具体实施方式

实施例1：:某生活垃圾热解气化处理装置，气化炉和燃烧系统尺寸分别为Φ1800×4500mm，3000×2500×6000mm，日处理量120t。生活垃圾在堆仓1中发酵7天，发酵温度为48℃。期间，它将释放出含有NH₃和H₂S、CH₄、H₂O、CO₂等成分的降解气，它将与堆仓内的空气一道通过垃圾降解气输出管道8输出；

步骤2：由于发酵作用，生活垃圾将同时释出渗滤液，它将通过垃圾渗滤液管道一10进入垃圾渗滤液收集罐，并继而通过垃圾渗滤液管道二11进入甲烷化沼气发酵池7，沼气池7的沼气通过沼气输出管道12输出；

步骤3：降解气、沼气和空气将经由降解气、沼气、空气的混合气管道13，在鼓风机3作用下分别由混合气进热解气化炉或焚烧炉管道14送入热解气化炉(或焚烧炉)4和混合气进燃烧系统管道15送入燃烧系统5；

步骤4：含有NH₃、H₂S、CH₄、H₂O、CO₂、O₂、N₂等成分的混合气进入热解气化炉(或焚烧炉)4和燃烧系统5后，在SNCR法原理的窗口温度850-1100℃下，与系统中产生的NOx发生还原反应，生成N₂和H₂O，这时，气化炉底部温度为1060℃，燃烧系统平均温度为968℃。反应后，从燃烧系统经管道17排出的烟气流量为21360Nm³/h，其中含NOx＝68mg/Nm³，残余氨含量为2mg/Nm³，它将通过后续水洗、脱硫等操作除去。

实施例2：:某生活垃圾直接焚烧处理装置，气化炉和燃烧系统尺寸分别为Φ2400×5200mm，4000×3000×6500mm，日处理量300t。生活垃圾在堆仓1中发酵5天，发酵温度为45℃。之后，经过如实施例1的步骤1至步骤4操作后，最终在焚烧炉上部(燃烧系统)中，烟气中的NOx与鼓风机3送来的氨气与空气的混合气体中的氨气发生反应。这时，焚烧炉上部(燃烧系统)平均温度为862℃。反应后，从燃烧系统经管道17排出的烟气流量为52500Nm³/h，其中含NOx＝78mg/Nm³，残余氨含量为3mg/Nm³，它将通过后续水洗、脱硫等操作除去。

实施例3：:某生活垃圾直接焚烧处理装置，气化炉和燃烧系统尺寸分别为Φ3000×6200mm，5000×4500×7000mm，日处理量500t。生活垃圾在堆仓1中发酵6天，发酵温度为46℃。之后，经过如实施例1的步骤1至步骤4操作后，最终在焚烧炉上部(燃烧系统)中，烟气中的NOx与鼓风机3送来的氨气与空气的混合气体中的氨气发生反应。这时，焚烧炉上部(燃烧系统)平均温度为885℃。反应后，从燃烧系统经管道17排出的烟气流量为87680Nm³/h，其中含NOx＝91mg/Nm³，残余氨含量为5mg/Nm³，它将通过后续水洗、脱硫等操作除去。

实施例4：:某生活垃圾热解气化处理装置，气化炉和燃烧系统尺寸分别为Φ2400×5400mm，4000×3500×6500mm，日处理量360t。生活垃圾在堆仓1中发酵7天，发酵温度为45℃。之后，经过如实施例1的步骤1至步骤4操作后，最终在气化炉和燃烧系统中，烟气中的NOx与鼓风机3送来的氨气与空气的混合气体中的氨气发生反应。这时，气化炉底部温度为1085℃，燃烧系统平均温度为929℃。反应后，从燃烧系统经管道17排出的烟气流量为63275Nm³/h，其中含NOx＝61mg/Nm³，残余氨含量为2mg/Nm³，它将通过后续水洗、脱硫等操作除去。

Claims (2)

1.一种利用生活垃圾自身氨源脱除烟气中NOx的方法，其特征是它包括如下步骤：

步骤1：在生活垃圾进入热处理炉之前，首先将其送入专门设计封闭的垃圾堆仓(1)中发酵5-10天，期间，它将释放出含有NH₃和H₂S、CH₄、H₂O、CO₂成分的降解气，它将与堆仓内的空气一道通过垃圾降解气输出管道(8)输出；

步骤2：由于发酵作用，生活垃圾将同时释出渗滤液，它将通过垃圾渗滤液管道一(10)进入垃圾渗滤液收集罐，并继而通过垃圾渗滤液管道二(11)进入甲烷化沼气发酵池(7)，沼气池(7)的沼气通过沼气输出管道(12)输出；

步骤3：降解气、沼气和空气将经由降解气、沼气、空气的混合气管道(13)，在鼓风机(3)作用下分别由混合气进热解气化炉或焚烧炉管道(14)送入热解气化炉或焚烧炉(4)和混合气进燃烧系统管道(15)燃烧系统(5)；

步骤4：含有NH₃、H₂S、CH₄、H₂O、CO₂、O₂、N₂等成分的混合气进入热解气化炉或焚烧炉(4)和燃烧系统(5)后，在SNCR法原理的窗口温度850-1100℃下，与系统中产生的NOx发生还原反应，生成N₂和H₂O,实现脱硝目标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：当系统产生的氨出现过剩时，经脱硝之后的残余的氨将随烟气一道进入下游工序进行水洗予以脱除。