CN106377991A - 一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法。其属于废气治理技术领域，装置包括依次连通的渗滤液储罐、第一流量控制系统、氨水稀释/尿素溶解罐、第二流量控制系统、第四流量控制系统和喷枪；连接在第四流量控制系统和喷枪之间的压缩空气储罐，以及电控系统。通过将输送至渗滤液储罐中的渗滤液输送到氨水稀释/尿素溶解罐内与氨水或尿素混合成还原剂，再将还原剂经喷枪喷出并与氮氧化物进行脱硝反应。该装置及方法与生产工况相结合，高浓度渗滤液一方面作为还原剂参与SNCR反应，另一方面贡献热值减少燃料消耗，解决了现有技术介质消耗高、调节周期长及与生产工况结合性较弱的技术问题。

Description

一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法
技术领域
本发明涉及废气治理技术领域，尤其涉及一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法。
背景技术
氮氧化物是造成大气灰霾的主要前驱体，“十二五”期间我国已将其列为约束性控制指标，其中火电、机动车及水泥行业氮氧化物排放居前三位，减排压力巨大。工业烟气氮氧化物控制方法主要包括过程控制和末端烟气脱硝技术。低氮燃烧技术属于过程控制，包括空气分级燃烧和燃料分级燃烧技术等，一般可以降低10％-20％的氮氧化物，要满足现行排放标准(火电-50mg/Nm3，水泥-400mg/Nm3)，还需要对烟气进行末端脱硝控制。
烟气末端脱硝技术主要包括选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原脱硝技术(SNCR)，其中SNCR是将氨水或尿素等还原剂喷入850-1100℃的烟气中实现氮氧化物还原，该技术不占用生产设备空间，易于改造，已被广泛用于锅炉、水泥等烟气脱硝的治理。由于SNCR极易受到喷入条件的影响，因此该技术实际脱硝效率最高仅为50％左右，在削减等量氮氧化物的情况下，SNCR还原介质消耗量要比SCR高出近40％，按2012年水泥行业氮氧化物排放总量331.2万吨削减50％计算，纯氨水消耗量近200万吨，SNCR技术运行成本高且在使用过程中容易造成氨逃逸等二次污染，因此如何在提高脱硝效率的同时降低还原剂消耗成为目前SNCR技术发展的重要方向。
我国垃圾含水量高(6-10％)，每年因垃圾产生的渗滤液达上千万吨，处理难度大、工艺复杂、成本高，渗滤液中氨氮浓度通常为900-10000mg/L，COD在4000-60000mg/L之间，高有机碳及氨氮的特点使得渗滤液易在高温还原气氛下分解为烷烃、CO、NH3等气体，这些气体能够与氮氧化物发生还原反应，将氮氧化物还原为氮气和水，因此采用渗滤液替代一部分脱硝还原剂，能够达到以废治废的目的，降低了渗滤液后处理工艺及费用，同时节约了氨水/尿素成本。此过程中可能涉及的化学反应包括：
CxHy+NO→N2+CO2+H2O
NH3+NO+O2→N2+H2O
公开号为CN104801171A的专利公开了一种利用有机/氨氮废液的SNCR烟气脱硝方法，该方法将3％-5％质量浓度的有机/氨氮废液喷入水泥窑分解炉高温区，废液来源丰富，但有机物/氨氮浓度较高时需要额外消耗一部分工艺水进行稀释，易造成窑内湿度较高，气态物质露点温度降低，物料热量消耗增加，且仅靠渗滤液还原脱硝效率较低，系统整体经济型欠佳。
公开号为CN105157044A的专利公开了一种垃圾焚烧炉渗滤液回喷脱硝装置及方法，通过渗滤液与氨水混合，返喷至垃圾焚烧炉炉膛，减少了工艺水用量的消耗，喷射流量随炉膛温度进行调节，但未考虑原滤液浓度以及出口气体组分对返喷流量的调节，炉膛出口氮氧化物浓度较高时反馈滞后，与燃烧工艺条件等结合较弱，不适于水泥窑分解炉内脱硝。
渗滤液返喷脱硝方法随着近年来SNCR在国内水泥窑的普遍应用而引起关注，但由于国外生活垃圾管理体系完善，渗滤液的处置技术较为完善，相关研究的借鉴意义不大，国内目前已公开的专利在技术的性能、智能化程度以及行业覆盖度上均存在各种问题，制约着该技术的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种介质消耗少、调节周期短且易于与生产工况相结合的一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置包括：
依次连通的渗滤液储罐、第一流量控制系统、氨水稀释/尿素溶解罐、第二流量控制系统、第四流量控制系统和喷枪；
压缩空气储罐，其连接在所述第四流量控制系统和喷枪之间，用于输入压缩空气；
电控系统，其与所述第一流量控制系统、第二流量控制系统、第四流量控制系统电连接，用于对介质流量加以调节。
作为优选，所述装置还包括：
用于输送除盐水的除盐水输送泵；
第三流量控制系统，其分别与所述除盐水输送泵和第四流量控制系统相连通，并与所述电控系统电连接。
作为优选，所述装置还包括：
渗滤液输送泵，其与所述渗滤液储罐相连，用于向该渗滤液储罐内泵入渗滤液；
氨水/尿素输送泵，其与所述氨水稀释/尿素溶解罐相连，用于向该氨水稀释/尿素溶解罐泵入氨水或尿素。
作为优选，所述渗滤液输送泵前置渗滤液过滤器，该过滤器通过粒径小于5mm。
作为优选，所述电控系统通过反馈调节器对介质流量加以调节。
作为优选，所述渗滤液储罐内配备有与所述电控系统电连接的温度传感器、TOC传感器、氨氮检测传感器、压力传感器。
作为优选，所述渗滤液储罐顶部设置有通过管路与所述压缩空气储罐相连通的空气阀。
根据上述任一项所述的利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置，其利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的方法如下：
将输送至渗滤液储罐中的渗滤液输送到氨水稀释/尿素溶解罐内与氨水或尿素混合成还原剂，再将还原剂经喷枪喷出并与氮氧化物进行脱硝反应。
作为优选，渗滤液中有机物质量浓度可以为1％-20％；
氨水浓度为15％-40％；
喷枪入口液体压力为0.25-0.40MPa，压缩空气压力为0.30-0.50MPa。
作为优选，根据氮氧化物所处环境温度及氮氧化物的浓度，通过控制从渗滤液储罐流向氨水稀释/尿素溶解罐的渗滤液的流量对还原剂中氨质量浓度加以调节。
本发明所提供的利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法，具有如下优点和效果：
1、本装置及方法在不影响现有SNCR脱硝系统的基础上，添加渗滤液，一方面对浓氨水/尿素进行稀释/溶解，大大减少装置工艺水用量；另一方面，利用渗滤液中有机物及氨氮组分在高温下分解脱硝，强化还原区气氛，提高氮氧化物的脱除效率20％以上。
2、通过参数反馈，实时调整装置内介质流量，保证了生产系统的稳定，装置结构简单，可操作性强，能够直接对垃圾焚烧炉、燃煤锅炉、水泥分解窑等现有SNCR设备进行改造。
3、本装置可直接应用于水泥窑生活垃圾/干化污泥协同处置生产线，氮氧化物减排效果更加显著，并可省去渗滤液处理设备，具有明显的优势。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置。
图中：1-渗滤液输送泵、2-渗滤液储罐、3-第一流量控制系统、4-氨水/尿素输送泵、5-氨水稀释/尿素溶解罐、6-第二流量控制系统、7-除盐水输送泵、8-第三流量控制系统、9-反馈调节器、10-第四流量控制系统、11-压缩空气储罐、12-喷枪、13-电控系统、14-烟道。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置，其包括渗滤液储罐2、第一流量控制系统3、氨水稀释/尿素溶解罐5(用于稀释氨水或溶解尿素的罐)、第二流量控制系统6、第四流量控制系统10、压缩空气储罐11、喷枪12和电控系统13。渗滤液储罐2内装有垃圾渗滤液，其出口与第一流量控制系统3的入口相连通，该第一流量控制系统3的出口与内装有氨水或尿素的氨水稀释/尿素溶解罐5的入口相连通，该氨水稀释/尿素溶解罐5的出口与第二流量控制系统6的入口相连通，此第二流量控制系统6的出口与第四流量控制系统10的入口相连通，该第四流量控制系统10的出口和喷枪12的入口相连。压缩空气储罐11连接在第四流量控制系统10和喷枪12之间，用于输入压缩空气。电控系统13与第一流量控制系统3、第二流量控制系统6、第四流量控制系统10电连接，用于对介质流量加以调节。
为了便于将垃圾堆内生成的渗滤液输送到渗滤液储罐2内，于是，如图1所示，该装置还包括一渗滤液输送泵1，其与渗滤液储罐2相连。为了便于将氨水或尿素输送到氨水稀释/尿素溶解罐5，该装置还包括一氨水/尿素(氨水或尿素)输送泵4，其与氨水稀释/尿素溶解罐5相连。
如图1所示，该装置还包括用于输送除盐水的除盐水输送泵7和第三流量控制系统8。该第三流量控制系统8的入口与除盐水输送泵7相连通，出口与第四流量控制系统10的入口相连通。并且，此第三流量控制系统8也与电控系统13电连接，该电控系统13同样用于对介质流量加以调节。如图1所示，电控系统13通过反馈调节器9实现对介质流量加以调节。
渗滤液储罐2内配备有与电控系统13电连接的温度传感器、TOC传感器、氨氮检测传感器、压力传感器。罐内渗滤液重新添加后更新TOC和氨氮数据，反馈电控系统13及时调节。渗滤液储罐2顶部设置有空气阀及管路，定期输送罐内发酵产生的气体至压缩空气储罐11。
上述利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置可应用到水泥窑、垃圾焚烧炉、燃煤锅炉等设备上，其利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的方法如下：
将垃圾堆放产生的渗滤液运输至厂区，渗滤液中有机物质量浓度可以为1％-20％，如3％、5％、10％、16％、18％等，较高浓度有机物可为炉内高温区提供热值，降低原煤喷入量。渗滤液输送泵1前置渗滤液过滤器，该过滤器通过粒径小于5mm，过滤后的固体随原煤/垃圾返回炉内彻底分解。渗滤液通过渗滤液泵1输送至渗滤液储罐2中，经过第一流量控制系统3输送至氨水稀释/尿素溶解罐5内，氨水/尿素输送泵4向氨水稀释/尿素溶解罐5内输送氨水或尿素，采用浓氨水，氨水浓度为15％-40％，如18％、20％、25％、30％、35％等，由渗滤液稀释至质量浓度为10％-20％，减少氨水运输频次和工艺水消耗；采用尿素，掺入渗滤液溶解成质量分数在20％-60％的溶液。氨水稀释/尿素溶解罐5内置搅拌装置，将渗滤液和氨水或尿素搅拌配匀，混合成还原剂，还原剂经第二流量控制系统6与压缩空气混合后流向与喷枪12相连的第四流量控制系统10，通过喷枪12喷入炉内高温区，与氮氧化物进行脱硝反应。所述高温区，氨水为主还原剂时，具体温度在850-1100℃之间，尿素为主还原剂时，具体温度在900-1150℃之间。喷枪12为4-6支，分别对称设置在烟道14内，采用耐腐蚀喷嘴，喷枪12伸入烟道内长度及角度均可根据实际工况条件进行调节，喷枪喷入量由检测参数反馈至电控系统13进行调整。优选地，喷枪12在烟道内布置长度可为烟道直径的30％-50％，如32％、45％、50％等，布置角度与水平呈30°-75°，如35°、45°、50°、70°等。喷枪12入口液体压力为0.25-0.40MPa，如0.28Mpa、0.30Mpa、0.33Mpa、0.35Mpa、0.37MPa等；压缩空气压力为0.30-0.50MPa，如0.31MPa、0.33MPa、0.35MPa、0.38MPa、0.42MPa等。为了保证喷枪12入口处液体还原剂的压力，可在装置内输送管路上增设加压泵。水泥窑的烟道出口和分解炉的出口设置有与电控系统13电连接的NOx和O2传感器，用于监测氮氧化物的浓度，以便电控系统13根据监测数据及时调整装置的运行状态。
上述利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的方法，可根据氮氧化物所处环境温度及氮氧化物的浓度，通过控制从渗滤液储罐2流向氨水稀释/尿素溶解罐5的渗滤液的流量对还原剂中氨质量浓度加以调节。若烟道内温度位于850-900℃，NOx浓度较高时，调减渗滤液流量至额定值的4/5，提高还原剂氨质量浓度，确保装置对氮氧化物脱除的高效性和稳定性。相比于渗滤液直接返喷脱硝方法，此方法脱硝效率可以提高氮氧化物脱除效率15％-20％。
除盐水输送泵7用于向装置内输送除盐水，除盐水用于防止系统管路结垢、堵塞，另外，还原剂浓度较高时对还原剂进行稀释，具体的渗滤液输送管路段需添加除垢剂。
利用本实施例中的利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法，加以脱硝的实验案例如下：
在1台垃圾焚烧炉上进烟气脱硝，烟气量为63145Nm3/h，垃圾渗滤液中TOC含量为53000mg/L，氨氮含量为80900mg/L，浓氨水浓度为60％，氮氧化物浓度为282mg/Nm3，浓氨水配比流量为0.06m3/h，渗滤液配比流量为0.18m3/h，还原剂总流量为0.24m3/h，氨浓度为21.1％，还原剂喷入位置位于焚烧炉余热锅炉前890℃区域，脱硝后窑尾烟气中氮氧化物浓度为104mg/Nm3，脱硝效率为63.1％。
在1台4500t/d新型干法水泥窑上进烟气脱硝，垃圾渗滤液中TOC含量为8000mg/L，氨氮含量为150600mg/L，浓氨水浓度为40％，分解炉内烟气流量为638715Nm3/h，氧含量为6.3％，入口氮氧化物浓度为851mg/Nm3，浓氨水配比流量为0.30m3/h，渗滤液配比流量为0.29m3/h，还原剂总流量为0.59m3/h，氨浓度为21.1％，还原剂喷入位置位于分解炉还原区之后1020℃区域，脱硝后窑尾烟气中氮氧化物浓度为286mg/Nm3，脱硝效率为66.4％。
在1台4500t/d水泥窑协同废弃物生产线上进烟气脱硝，采用垃圾筛分挤压产生的渗滤液，渗滤液中TOC含量为14000mg/L，氨氮含量为93800mg/L，分解炉内烟气流量为659041Nm3/h，氧含量为10.1％，入口氮氧化物浓度为635mg/Nm3，尿素输送量为0.28t/h，渗滤液配比流量为0.65m3/h，还原剂总流量为0.82m3/h，尿素浓度为34.8％，还原剂喷入位置位于分解炉燃烧区之后1100℃区域，脱硝后窑尾烟气中氮氧化物浓度为233mg/Nm3，脱硝效率为63.3％。
综上所述，本实施例中的利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置及方法在不影响现有SNCR脱硝系统的基础上，添加渗滤液，一方面对浓氨水/尿素进行稀释/溶解，大大减少装置工艺水用量；另一方面，利用渗滤液中有机物及氨氮组分在高温下分解脱硝，强化还原区气氛，提高氮氧化物的脱除效率20％以上。通过参数反馈，实时调整装置内介质流量，保证了生产系统的稳定。该装置结构简单，可操作性强，能够直接对垃圾焚烧炉、燃煤锅炉、水泥分解窑等现有SNCR设备进行改造。该装置可直接应用于水泥窑生活垃圾/干化污泥协同处置生产线，氮氧化物减排效果更加显著，并可省去渗滤液处理设备，具有明显的优势。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置，其特征在于，包括：
依次连通的渗滤液储罐、第一流量控制系统、氨水稀释/尿素溶解罐、第二流量控制系统、第四流量控制系统和喷枪；
压缩空气储罐，其连接在所述第四流量控制系统和喷枪之间，用于输入压缩空气；
电控系统，其与所述第一流量控制系统、第二流量控制系统、第四流量控制系统电连接，用于对介质流量加以调节。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
用于输送除盐水的除盐水输送泵；
第三流量控制系统，其分别与所述除盐水输送泵和第四流量控制系统相连通，并与所述电控系统电连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：
渗滤液输送泵，其与所述渗滤液储罐相连，用于向该渗滤液储罐内泵入渗滤液；
氨水/尿素输送泵，其与所述氨水稀释/尿素溶解罐相连，用于向该氨水稀释/尿素溶解罐泵入氨水或尿素。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述渗滤液输送泵前置渗滤液过滤器，该过滤器通过粒径小于5mm。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述电控系统通过反馈调节器对介质流量加以调节。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述渗滤液储罐内配备有与所述电控系统电连接的温度传感器、TOC传感器、氨氮检测传感器、压力传感器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述渗滤液储罐顶部设置有通过管路与所述压缩空气储罐相连通的空气阀。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的装置，其利用垃圾渗滤液脱除烟气中氮氧化物的方法如下：
将输送至渗滤液储罐中的渗滤液输送到氨水稀释/尿素溶解罐内与氨水或尿素混合成还原剂，再将还原剂经喷枪喷出并与氮氧化物进行脱硝反应。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
渗滤液中有机物质量浓度可以为1％-20％；
氨水浓度为15％-40％；
喷枪入口液体压力为0.25-0.40MPa，压缩空气压力为0.30-0.50MPa。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：根据氮氧化物所处环境温度及氮氧化物的浓度，通过控制从渗滤液储罐流向氨水稀释/尿素溶解罐的渗滤液的流量对还原剂中氨质量浓度加以调节。
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