1垃圾焚烧炉SNCR脱硝系统的优化与研究

垃圾焚烧炉SNCR脱硝系统的优化与研究摘要：随着社会的进步和发展渐渐地出现了很多难题，比如说垃圾处理。一些垃圾如果得不到妥善的处理不仅会造成环境的污染，还会污染空气。鉴于上述的这些问题发明出了垃圾焚烧炉并且也推出了SNCR脱硝系统使该问题得到解决。关键字：垃圾焚烧炉；SNCR脱硝系统；优化；研究一、背景与意义近些年来随着经济的快速发展人民的生活水平越来越高，人口数量的激增所带来的众多的社会问题也随之而来。这其中因为日益加剧的环境污染问题已经不仅仅只是局限于我国而成为全世界都要面临的重大问题。现如今的环境污染已经不仅仅只是长期闲置的废弃物所造成的环境污染那么的简单了，比如食品、塑料袋、秸秆焚烧所造成的污染等等；特别是城市中所造成的生活垃圾已经在与日俱增了，每年所造成的生活垃圾都要比往年的垃圾产量增加许多，使原本就已经伤痕累累的居住环境雪上加霜，同时也成为了阻碍社会发展一大隐患。安全有效的处理垃圾成为了各国人民共同探讨的课题。就目前而言，人们想出的处理垃圾的方法主要有焚烧法、堆肥法、填埋法；但是却都不能根治。首先焚烧法虽然可以将垃圾焚烧发电但是将没有分类过的垃圾一同混合在一起燃烧会产生可以致癌的有害空气（二恶英）同时焚烧发电的费用过高并且收效甚微，所以此法很不可取。堆肥法就是将垃圾一同放入高温发酵的密闭空间内，但由实践可得出的结论是发酵的出的肥质并不好且投资大见效慢同时如果处理的不得当并会随之产生会难闻的气味还有可能会造成二次污染，使空气进一步恶化。填埋法就是将垃圾混合填埋到某一个地点，通过土壤中的分解因子将垃圾进行分解，但是如果填埋处理不到不仅不会起到垃圾分解的效果反而还会是遗留在垃圾中的大量残留物潜伏在土壤中渗透到地下水中影响水质，该办法因为存在极大地危险隐患而且需要占用大量的土地将污染留给子孙后代所以该办法并不值得提倡。以北京市为例，据统计目前光北京市一年的垃圾产量就约为500万吨，并且在其周边的城郊乡镇就林林总总的分布着4000余座大大小小的垃圾填埋场，俨然形成了一种“垃圾包围城市”的严峻态势，然而像这种传统的垃圾填埋法不仅占用了原本就土地资源短缺的北京市的大量土地面积，和水资源，并且还散发出阵阵的恶臭影响空气。二、氮氧化物的危害及其生成由于中国近几年空气环境日益恶化，氮氧化物的排量大量增加，对酸雨，空气质量的影响越来越大。据统计2004年中国的垃圾产量约1.9亿吨，已经超越美国成为世界第一垃圾产量国，预测到2030年垃圾产生量将增加到4.8亿吨，如何降低并且安全有效的处理已迫在眉睫。目前对于生态环境危害最大的有害气体就要数氮氧化物了，其中包括NO,NO2，N2O3，N2O4，等等。近些年来酸雨降临的次数越来越多，每逢有酸雨的来袭就会造成不可估量的财产损失，而NO就是导致酸雨的主要因素之一。同时NO还会参与到光合反应当中形成化学烟雾。相信大家都知道南极圈上空的臭氧层空洞吧，据统计在2000年的时候南极上空的臭氧空洞就达到了2800万平方公里其面积如果不能够得以控制谁都不清楚今年的臭氧空洞的面积会不会继续扩大，而NO就是造成臭氧层破坏的主要元凶之一。NO在大气层低空被氧化成NO2，NO2是一种红棕色并且带有很强烈刺激性的气体，它的毒性是NO的五倍之多由此可知一旦被人体吸入就会很容易和血液融合，使血液中的氧气含量下降导致缺氧引起中枢神经麻痹还会使呼吸道粘膜粘连从而导致肺癌的发生。NO2不仅对于人体中的中枢神经和呼吸道有着巨大的危害同时也会对心、肝、肾都有着非常大的损害。不同浓度的NO2都会对人身健康产生不同的影响。当浓度达到5.0ppm时就会闻到带有刺激性的气味，当达到50ppm时人体会在一分钟之内就会产生呼吸异常，并且鼻子会受到带有强烈的刺激性的气味，当浓度达到200ppm时被吸入之后人体会在瞬间死亡，由此可以想象NO2对人体的危害是有多么的巨大。随着我国近些年来科技的迅速发展，研究垃圾处理的技术已经达到国际领先水平，其自主研发的一整套垃圾处理的方法和设备就是杜绝垃圾的二次污染减少二氧化碳的排放量真正意义上的做到垃圾处理。三、燃烧控制技术垃圾焚烧法最早是由美国人在1901年提出的。当时是为了垃圾减容，但是由于垃圾燃烧过程中产生的烟尘无法得以控制，所以并没有得到广泛的使用。到了六十年代随着科技的进步也伴随着人们对环境污染越来越重视烟气处理的技术能够得到快速的进步，至此这种垃圾焚烧的处理技术也首次在欧洲得到了发展和普及。日本因为垃圾焚烧量急剧增加在20世纪70年代中后期采用炉排焚烧炉进行垃圾焚烧，但是由于垃圾中的塑料和纸含量的大量增加促使垃圾在焚烧的过程中的燃烧发热程度快速上升，遂又采取了鼓泡流化床焚烧炉。流化床焚烧炉的燃烧适应性远比炉排焚烧炉要强并且燃烧的热量效率也高能够控制NOx等有害气体的生成。浙江大学热能工程研究所就曾经做过相同的实验他们用自行研制开发的异重流化床进行垃圾、煤的中试实验并且得出的非常好的效果。异重流化床焚烧炉不仅能够使垃圾、煤得到充分稳定的燃烧还能有效的控制NOx等有害物的二次污染的发生。英国谢菲尔德大学垃圾研究中心一直秉承着垃圾高效燃烧低污染以及经济性燃烧的理念，并将试验的研究成果与当地垃圾焚烧工业相融合。目前台湾的居中总人口是2200万总面积是35570平方公里据，以往的数据表明在过去的十几年当中由于经济的快速发展同时造成的垃圾的数量也在急剧增加，造成了严重的环境污染而得不偿失，为此当地政府采取了严格的措施，在2007年的时候台湾就已经建成使用的垃圾焚烧厂就有22座,当地严格的控制垃圾焚烧之后所产生污染物的排放量，就是采用的SCR延误脱硝技术来控制NOx的排放量，使其达到规定的排放标准(70-120ppm)在SCR脱硝技术的过程中不仅降低了NOx的排放量，并且还对二恶英起到了有效的控制。垃圾焚烧炉占地面积小，无害化程度高利用率高得到了迅速发展。垃圾焚烧炉是一种是垃圾在燃烧器的强制燃烧下进行充分的燃烧，然后再送入喷淋式除尘器经过除尘之后通过烟囱排放到大气中，该器械的优点就是通过焚烧炉的一系列的处理使其中的有害气体降低到规定的标准排污要求。目前我国已经研究出机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、回转式焚烧炉、CAO焚烧炉、脉冲抛式炉排焚烧炉等几种类型。它们的工作原理及其运用的场所也各不相同。四、SNCR法SNCR（选择性非催化还原剂）他的特点就成熟可靠，还原剂有效利用率高系统运行稳定，占地面积很小而且不会造成二次污染。当烟气的温度达到850~1100摄氏度并且O2共存双重条件下，可以直接向垃圾焚烧炉内添加NH3（氨液或者）（NH2）2CO（尿素）等这类的脱硝剂将产生的氮氧化物分解使其还原成氮气和水。由于该方法不需要催化剂从而就可以避免催化剂堵塞和毒化等问题的发生，这种方法的效率因为受到脱硝剂和氮氧化物的接触条件比如说在燃烧过程中因为垃圾本身的特性会使焚烧炉内的温度发生变化和产生反应时间的影响，所以就会发生很大的变化，当然喷嘴吹入口的位置会因为炉体的结构和形态的构成以及烟道形态才能够给予其确定。SNCR法目前达到的脱硝率大约在30%~75%之间，假如为了提高脱硝率也可以增加药剂不过要切记在增加药剂的同时也要将氨的泄漏量也要相对应的增加，在脱硝过程中剩余的氨和氯化氢还有三氧化硫合成的氯化铵和硫酸氢氨因为沉淀在锅炉尾部的受热面会导致结垢和堵塞同时就会使烟囱的排烟形成白色烟雾。该方法由于投资和操作维护的成本也不高并且不会有废水处理的问题发生，被迅速使用。五、SCR法（SCR）法其原名叫选择性催化还原法，它是以NH3作为脱硝剂，其工作原理是在200~400摄氏度的范围之间当然还要取决脱硝种类和烟气的成分才行，在一定的O2的含量条件下烟气会通过TiO2-V2O5的催化剂层和已经喷入NH3产生选择性的反应，使其生成氮气和水。SCR有很高的脱除率是一种很有效的脱氮的技术。但是投资和运行成本的费用都很高不适合小型的燃烧电站使用，目前该方法在大型的燃烧电站广为流传。该技术更是唯一能够在欧洲、美国、日本等发达国家严格的排放标准下达标的脱氮技术。这项技术现在已经成功的应用在燃气、燃煤、燃煤电站的锅炉、垃圾焚烧锅炉、石油精炼厂等的燃烧各种染料的锅炉烟气治理当中。下面以深圳的垃圾焚烧电厂为例，该厂在2006年开始投入运行每天都要处理高达675吨的城市生活垃圾为生活垃圾处理处置做出了巨大的贡献，不过随着深圳市区的高速发展使周边的环境也发生了很大的变化，当然也对环境质量提出了更高的要求从而也更好要求的提升对于环保技术的升级改造。目前深圳平湖垃圾焚烧电厂就是采用的烟气脱硝技术为SNCR选择性非催化还原法的工艺，是氮气作为还原剂。研究的内容和方法：1.在高分子城市的生活垃圾干燥和含水率对氮氧化物的影响在床上固定一个干燥箱用来模拟其干燥的过程，取一些常见不用的东西作为垃圾，并将其混合在一起放入干燥箱进行干燥实验，并从不同的垃圾式样当中对其干燥温度、垃圾厚度、扩散系数和活化能等这几个方面来进行研究并将研究得出的数值记下。2.SNCR脱硝技术的基础性实验研究将电加热管式炉中的氮气作为还原剂，来进行SNCR脱硝反应影响因素的实验研究，其影响因素包括反应温度、氨氮摩尔比、NO的初始浓度和O2的浓度等等，将这些不同的气体添加剂对SNCR反应的影响来进行研究。3.SNCR的喷嘴分布于优化该研究需要将某个垃圾焚烧厂中的750t/d垃圾焚烧炉配上SNCR脱硝技术来进行数值研究分析，首先要建立适合SNCR反应的温度和流场分布，其次就是将垃圾焚烧炉中的SNCR喷嘴在炉膛中的数量，速度和位置来进行有效的优化。4.SNCR的脱硝技术的生命周期评估以某个垃圾焚烧发电厂为例，将一年中所需要脱除的157tNOx的功能单位，并对其进行生命周期分析、能量消耗和对于环境的影响。这就是生命周期的评价方法是目前国际上对于环境管理和产品设计时所用的重要工具。结语:随着人们对于环保意识的增强以及国家的环保法规的进一步完善，生活垃圾焚烧厂和烟气脱硝技术得以能够在我国广泛运用，SNCR（选择性非催化还原法）脱硝工艺的特点就在于不仅占地面积小，投资低，不需要催化剂，建设周期短等优点脱硝效率能够满足环保要求，所以在今后的城市生活垃圾焚烧厂中必将得到广泛的使用。不过这项工艺在我国尚处于起步阶段，其设计、安装、调试运用都还需要琢磨和积累经验。参考文献：[1]梁增英,城市生活垃圾焚烧炉SNCR脱硝技术研究[J].华南理工大学,2011（04）[2]汪伟.费月秋,垃圾焚烧炉SNCR脱硝系统的优化与研究[D]，华章，2013-09-10