降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统及回喷方法与流程

本发明涉及降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统及回喷方法。

背景技术：

氮氧化物是垃圾焚烧过程中主要的气态污染物之一，来源于垃圾中含氮化合物的热解氧化和空气中氮气的高温氧化。氮氧化物排入大气层中会形成有毒的光化学烟雾，并且还破坏臭氧层、参与酸雨形成。因此垃圾焚烧过程中产生的氮氧化物必须控制，满足相关排放标准后才能排放。现阶段，我国绝大多数垃圾焚烧发电厂烟气中氮氧化物排放执行欧盟2000排放标准甚至执行严于欧盟2000标准的地方总量控制标准。为满足烟气排放标准的要求，在垃圾焚烧发电厂，对烟气中氮氧化物的脱除采用sncr炉内脱硝和scr脱硝相结合的烟气脱硝工艺。sncr炉内脱硝即将把氨水或尿素喷射到垃圾焚烧锅炉第一烟道内，利用氨的还原性还原烟气中的氮氧化物，氮氧化物发生还原反应生成无害的氮气排出，以达到脱硝的目的。由于通常业内sncr的脱硝效率只能达到40％～50％，为满足当前日益严格的烟气排放标准，还需scr脱硝工艺进一步去除烟气中的氮氧化物。scr工艺布置在布袋除尘器后，scr反应器需使用昂贵的钒钛稀有金属催化剂，且反应温度一般200～230℃。然而经过布袋除尘器后的烟气温度只有150℃左右，需在烟气进入scr反应器前耗费能源对烟气进行加热至200～230℃，才能进行scr脱硝反应。因此scr工艺运行成本很高，很多垃圾焚烧发电厂scr脱硝工艺只是备用补充措施。如果在垃圾焚烧过程中能采取适当措施源头降低烟气中氮氧化物的产生量或是提高sncr炉内脱硝的效率，可不用经过后续scr脱硝工艺就可保证烟气中氮氧化物满足排放标准的要求，可大大降低烟气脱硝的运行成本。

垃圾焚烧发电厂垃圾储坑中垃圾堆酵会产生垃圾渗滤液。很多垃圾焚烧发电厂配套有垃圾渗滤液处理站，对垃圾渗滤液的处理通常采用业内较主流的预处理+厌氧+mbr+nf/ro工艺。其中nf/ro工艺单元是个膜分离过程，会产生约20％～30％的膜后浓缩液。该浓缩液含大量难生化降解、不可生化降解有机物和盐分，可生化性极差；尤其是ro浓缩液，含高浓度的一价盐。因此垃圾渗滤液的膜后浓缩液(本文简称浓缩液)处理难度大。随着当前我国环保标准和环保督查日益严格，很多垃圾焚烧发电厂要求执行“零排放”标准，即产生的这些浓缩液需在垃圾焚烧发电厂内被完全处理消纳，不外排。浓缩液的妥善处理也成为业内一大共性难题，业内处理浓缩液的方法有蒸发法和高级氧化法等。蒸发法、高级氧化法存在很多技术瓶颈：蒸发法存在设备易结垢、运行维护难度大、运行稳定性差、运行成本高昂的缺点；高级氧化法不适用于处理含高浓度一价盐的ro浓缩液，且运行成本高昂。

因此，本发明设计了一款降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统及回喷方法，该回喷系统及回喷方法将浓缩液经高压膜减量后适量适当回喷至垃圾焚烧炉膛高温氧化处理消纳，具有工艺简单、一次性投资小、运行维护成本低、对浓缩液的无害化处理效果彻底的优点。更重要的是，采用适当的回喷方法将浓缩液回喷垃圾焚烧炉膛，不但能实现对垃圾焚烧发电厂浓缩液的完全消纳，实现浓缩液“零排放”，更重要的是能源头降低垃圾焚烧过程中烟气氮氧化物浓度，优化垃圾焚烧系统运行工况和sncr炉内脱硝系统运行工况，并提高了sncr炉内烟气脱硝效率，最终降低垃圾焚烧余热锅炉出口氮氧化物浓度，不用经过后续scr脱硝工艺就可保证烟气中氮氧化物满足排放标准的要求，可大大降低烟气脱硝的运行成本。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统及回喷方法，可解决垃圾焚烧发电厂配套渗滤液处理站产生的浓缩液处理成本高、难度大、工艺复杂的问题，还可源头降低垃圾焚烧过程产生的烟气中氮氧化物浓度，优化sncr炉内烟气脱硝运行工况，降低炉内氮氧化物浓度，从而降低氮氧化物的处理成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统，包括设于垃圾焚烧炉膛空冷墙上部、二次风上层风高温火焰区域的雾化喷枪，与所述雾化喷枪相连接用于为所述雾化喷枪输送垃圾浓缩液的浓缩液输送管，所述雾化喷枪的喷枪轴线与水平方向呈15°夹角，所述浓缩液输送管的进液端与垃圾渗滤液处理设备中nf/ro工艺单元的出液端相连接，所述浓缩液输送管上顺着其液体流动方向上依次设有用于对所述浓缩液输送管内浓缩液进行再次浓缩的dtro膜柱、以及用于对所述浓缩液输送管内浓缩液进行加压以利于所述雾化喷枪喷出液雾的加压泵。

进一步地，所述雾化喷枪为压缩空气雾化喷枪，并且该压缩空气雾化喷枪的压缩空气压力0.4～0.5mpa。

进一步地，每台垃圾焚烧炉膛内设置有两个所述雾化喷枪，两个所述雾化喷枪通过管道分别与所述浓缩液输送管相连接，并且两个所述雾化喷枪分列于相应垃圾焚烧炉膛的左右两侧。

进一步地，所述dtro膜柱将所述浓缩液输送管内浓缩液浓缩至50％。

进一步地，所述浓缩液输送管中进入垃圾焚烧炉膛前2米的管道和进入垃圾焚烧炉膛内部的管道的材质均为1cr18ni9ti，可防高温腐蚀；所述浓缩液输送管中其余管道的材质为hdpe实壁管，pe100。

降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统的回喷方法，包括以下步骤：

步骤1、在垃圾焚烧炉膛设置浓缩液入炉回喷系统，在每台垃圾焚烧炉膛内左右两侧各设置一个压缩空气压力为0.4～0.5mpa的雾化喷枪，设置浓缩液输送管连通雾化喷枪和垃圾渗滤液处理设备中nf/ro工艺单元的出液端，浓缩液输送管上设dtro膜柱和加压泵；

步骤2、控制浓缩液入炉回喷系统运行，使其喷入垃圾焚烧炉膛内的浓缩液量上限为垃圾焚烧量的5％～8％，浓缩液入炉回喷时，保证焚烧炉内过量空气系数a为1.7～1.8。

进一步地，在所述步骤1中，所述雾化喷枪的喷口布置于垃圾焚烧炉膛空冷墙上部、二次风上层风高温火焰区域。

进一步地，在所述步骤2中，根据垃圾焚烧炉实时掌握其炉膛温度，当炉膛温度回落至850℃时，控制浓缩液入炉回喷系统停止将浓缩液回喷至垃圾焚烧炉膛。

进一步地，在所述步骤2中，根据垃圾焚烧炉实时掌握其炉膛温度，当炉膛温度高于1050℃，控制浓缩液入炉回喷系统加大回喷至垃圾焚烧炉膛的浓缩液量，但最大浓缩液回喷量不超过垃圾焚烧量的10％。

进一步地，在所述步骤2中，根据垃圾焚烧炉实时掌握其炉膛温度，通过喷入回喷浓缩液发挥调节烟温作用以保证炉膛温度在900～950℃温度区间，垃圾焚烧炉内sncr烟气脱硝最佳反应温度为900～950℃，在此温度区间脱硝效率最高。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明浓缩液入炉回喷系统结构简单、设计科学合理，使用方便，在处理垃圾浓缩液时，高效、快捷、稳定、运行成本低廉且安全环保，处理方式简单，投资小，运行维护成本低。同时还能有效地从源头上降低垃圾焚烧烟气中氮氧化物的生成量，提高sncr炉内烟气脱硝效率，降低垃圾焚烧过程中氮氧化物处理成本。

本发明回喷方法将浓缩液经高压膜减量后适量适当回喷至垃圾焚烧炉膛高温氧化处理消纳，具有工艺简单、一次性投资小、运行维护成本低、对浓缩液的无害化处理效果彻底的优点。更重要的是，采用适当的回喷方法将浓缩液回喷垃圾焚烧炉膛，不但能实现对垃圾焚烧发电厂浓缩液的完全消纳，实现浓缩液“零排放”，更重要的是能优化垃圾焚烧系统运行工况，从源头上降低垃圾焚烧烟气氮氧化物生成量，并提高了sncr炉内烟气脱硝效率，最终降低垃圾焚烧余热锅炉出口氮氧化物浓度，不用经过后续scr脱硝工艺就可保证烟气中氮氧化物满足排放标准的要求，可大大降低烟气脱硝的运行成本。

附图说明

图1为本发明浓缩液入炉回喷系统结构示意图。

图2为本发明实例中成都市某垃圾焚烧发电厂试验运行效果图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-雾化喷枪、2-浓缩液输送管、3-dtro膜柱、4-加压泵。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

如图1所示，本发明提供的降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统，结构简单、设计科学合理，使用方便，在处理垃圾浓缩液时，高效、快捷、稳定、运行成本低廉且安全环保，处理方式简单，投资小，运行维护成本低。同时还能有效地从源头上降低垃圾焚烧烟气中氮氧化物的生成量，提高sncr炉内烟气脱硝效率，降低垃圾焚烧过程中氮氧化物处理成本。本发明浓缩液入炉回喷系统包括设于垃圾焚烧炉膛空冷墙上部、二次风上层风高温火焰区域的雾化喷枪1，与所述雾化喷枪1相连接用于为所述雾化喷枪1输送垃圾浓缩液的浓缩液输送管2，所述雾化喷枪1的喷枪轴线与水平方向呈15°夹角，所述雾化喷枪1为压缩空气雾化喷枪，并且该压缩空气雾化喷枪的压缩空气压力0.4～0.5mpa，所述浓缩液输送管2的进液端与垃圾渗滤液处理设备中nf/ro工艺单元的出液端相连接，所述浓缩液输送管2上顺着其液体流动方向上依次设有用于对所述浓缩液输送管2内浓缩液进行再次浓缩的dtro膜柱3、以及用于对所述浓缩液输送管2内浓缩液进行加压以利于所述雾化喷枪1喷出液雾的加压泵4，所述dtro膜柱3将所述浓缩液输送管2内浓缩液浓缩至50％。每台垃圾焚烧炉膛内设置有两个所述雾化喷枪1，两个所述雾化喷枪1通过管道分别与所述浓缩液输送管2相连接，并且两个所述雾化喷枪1分列于相应垃圾焚烧炉膛的左右两侧。所述浓缩液输送管2中进入垃圾焚烧炉膛前2米的管道和进入垃圾焚烧炉膛内部的管道的材质均为1cr18ni9ti，可防高温腐蚀；所述浓缩液输送管2中其余管道的材质为hdpe实壁管，pe100。

本发明提供的降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统的回喷方法，包括以下步骤：

步骤1、在垃圾焚烧炉膛设置浓缩液入炉回喷系统，在每台垃圾焚烧炉膛内左右两侧各设置一个压缩空气压力为0.4～0.5mpa的雾化喷枪，设置浓缩液输送管连通雾化喷枪和垃圾渗滤液处理设备中nf/ro工艺单元的出液端，浓缩液输送管上设dtro膜柱和加压泵。所述雾化喷枪的喷口布置于垃圾焚烧炉膛空冷墙上部、二次风上层风高温火焰区域。

步骤2、控制浓缩液入炉回喷系统运行，使其喷入垃圾焚烧炉膛内的浓缩液量上限为垃圾焚烧量的5％～8％，浓缩液入炉回喷时，保证焚烧炉内过量空气系数a为1.7～1.8。在回喷过程中，根据垃圾焚烧炉实时掌握其炉膛温度，当炉膛温度回落至850℃时，控制浓缩液入炉回喷系统停止将浓缩液回喷至垃圾焚烧炉膛，当炉膛温度高于1050℃，控制浓缩液入炉回喷系统加大回喷至垃圾焚烧炉膛的浓缩液量，但最大浓缩液回喷量不超过垃圾焚烧量的10％，通过喷入回喷浓缩液发挥调节烟温作用以保证炉膛温度在900～950℃温度区间，垃圾焚烧炉内sncr烟气脱硝最佳反应温度为900～950℃，在此温度区间脱硝效率最高。

本发明回喷方法将浓缩液经高压膜减量后适量适当回喷至垃圾焚烧炉膛高温氧化处理消纳，具有工艺简单、一次性投资小、运行维护成本低、对浓缩液的无害化处理效果彻底的优点。更重要的是，采用适当的回喷方法将浓缩液回喷垃圾焚烧炉膛，不但能实现对垃圾焚烧发电厂浓缩液的完全消纳，实现浓缩液“零排放”，更重要的是能优化垃圾焚烧系统运行工况，从源头上降低垃圾焚烧烟气氮氧化物生成量，并提高了sncr炉内烟气脱硝效率，最终降低垃圾焚烧余热锅炉出口氮氧化物浓度，不用经过后续scr脱硝工艺就可保证烟气中氮氧化物满足排放标准的要求，可大大降低烟气脱硝的运行成本。

本发明的浓缩液(垃圾渗滤液的膜后浓缩液)主要成分是水分，过多回喷至垃圾焚烧炉膛、或者回喷方法不适当会影响入炉垃圾热值，炉温降低，造成燃烧负荷波动大，不能保证烟气在炉膛满足在850℃以上区域停留时间不低于2s的关键指标，造成垃圾焚烧系统热损失，发电量减少。本发明回喷方法所采用浓缩液入炉回喷系统，将浓缩液适量适当回喷至垃圾焚烧炉膛，不但消纳垃圾焚烧发电厂的浓缩液，而且能优化垃圾焚烧系统运行工况，从源头上降低垃圾焚烧烟气氮氧化物的生成量，并提高炉内烟气脱硝效率，最终实现降低垃圾焚烧余热锅炉出口氮氧化物浓度。可不用经过后续scr脱硝工艺就可保证烟气中氮氧化物满足排放标准的要求，发挥浓缩液适当回喷垃圾焚烧炉后优化焚烧系统工况、节约炉内脱硝氨水或尿素消耗量等优点，可满足当前我国相关环保监管政策对垃圾焚烧发电厂日益严格的环保要求。可大大降低烟气脱硝的运行成本。该回喷方法具有工艺简单、一次性投资小、运行维护成本低等优点。具体效果体现在：

1.浓缩液约占垃圾渗滤液量的20％～30％，且尤其是ro浓缩液热值低。如回喷垃圾焚烧炉膛的浓缩液量过多，势必对垃圾焚烧系统工况带来不利影响。既要保证垃圾焚烧炉消纳完垃圾焚烧厂配套垃圾渗滤液处理站产生的浓缩液，实现垃圾焚烧厂“零排放”；又要保证回喷入垃圾焚烧炉膛的浓缩液尽可能少；本回喷系统在浓缩液输送管上设置dtro膜柱(高压dtro膜减量化膜柱)，浓缩液经过高压dtro膜柱后，可被再浓缩液50％，即减量50％得到再次浓缩液。此设计大大减少了需回喷入垃圾焚烧炉膛的浓缩液量，在保证实现垃圾焚烧厂浓缩液零排放的基础上由不影响焚烧系统运行工况。

2.鉴于浓缩液主要成分是水分，喷入其在炉内焚烧过程主要是吸热、蒸发并会降低炉内烟气温度；设计雾化喷枪用的是压缩空气雾化，压缩空气压力0.4～0.5mpa，这样可保证喷枪具有良好的雾化效果，保证更细小粒径的雾化液滴并接近于气雾，这样气雾弥散于高温烟气中，可迅速被蒸发掉而避免水分滴入炉膛的燃烧物料上，避免了垃圾焚烧系统热损失。当炉膛温度高于1050℃，细小粒径的气雾可使炉膛里的高温烟气降温均匀，避免了回喷垃圾渗滤液和浓缩液后的炉温波动，可保证烟气在炉膛850℃以上区域停留时间不低于2s的关键指标。

3.本发明浓缩液入炉回喷系统，还能从源头上降低烟气污染物-氮氧化物的产生量，优化烟气脱硝效果，具体如下：(1)当炉膛温度高于1000℃时，随着炉膛温度的上升，势必导致热力型燃料型氮氧化物增多，并加速热力型氮氧化物生成，最终使得垃圾焚烧余热锅炉出口烟气中氮氧化物浓度增大，烟气脱硝氨水或尿素耗量增大。设计雾化喷枪用的是压缩空气雾化，压缩空气压力0.4～0.5mpa，这样可保证喷枪具有良好的雾化效果，保证更细小粒径的雾化液滴并接近于气雾，这样气雾弥散于高温烟气中，尤其是当炉膛温度高于1050℃，细小粒径的气雾可使炉膛里的高温烟气降温均匀，能均匀调节烟气温度在1050℃以下，促进能抑制热力型燃料型氮氧化物的流场分布和温度场分布。从源头上降低垃圾焚烧过程中氮氧化物的产生量。(2)焚烧炉内sncr烟气脱硝最佳反应温度为900～950℃。当炉温升高到已经明显偏离了此最佳反应温度时，会使得氨水或尿素与氮氧化物反应的效率降低，导致氨水或尿素耗量相对增加。当炉温升高至偏离以上最佳反应温度时，回喷浓缩液可适当降低炉膛温度至此最佳温度区间(900～950℃)，促进形成有利用脱硝反应的流场分布和温度场分布，提高烟气脱硝效率，节约垃圾焚烧发电厂氨水或尿素消耗量。(3)由于浓缩液里含高浓度有机物，将浓缩液回喷入高温火焰区域，在高温条件下部分有机物可发挥还原特性还原一部分烟气中的氮氧化物，如此可节约垃圾焚烧发电厂氨水耗量。(4)本浓缩液入炉回喷系统的雾化喷枪喷口布置于炉膛空冷墙上部、二次风上层风高温火焰区域，每台焚烧炉膛左右各1个雾化喷枪，喷枪轴线与水平方向呈15°倾角，这样布置能实现良好的回喷效果，保证厂内浓缩液完全被消纳完实现零排放，且能对垃圾焚烧炉膛燃烧工况的影响降到最低，同时还能促进形成抑制热力型燃料型氮氧化物生成并有利用脱硝反应的流场分布和温度场分布。

本发明浓缩液入炉回喷系统的回喷方法，控制回喷垃圾焚烧炉膛的浓缩液量上限为垃圾焚烧量的5％～8％。如炉膛温度低于或接近850℃，停止将浓缩液回喷至垃圾焚烧炉膛。当炉膛温度高于1050℃，可加大回喷至垃圾焚烧炉膛的浓缩液量，但最大回喷量不超过10％。由于焚烧炉内sncr烟气脱硝最佳反应温度为900～950℃，在此温度区间，脱硝效率最高。故回喷浓缩液发挥调节烟温作用以保证炉膛温度在900～950℃温度区间。本发明浓缩液入炉回喷系统，其中雾化喷枪用的是压缩空气雾化，压缩空气压力0.4～0.5mpa，这样可保证喷枪具有良好的雾化效果，保证更细小粒径的雾化液滴并接近于气雾，这样气雾弥散于高温烟气中，尤其是当炉膛温度高于1050℃，细小粒径的气雾可使炉膛里的高温烟气降温均匀，能均匀调节烟气温度在1050℃以下，促进能抑制热力型燃料型氮氧化物的流场分布和温度场分布。喷口布置于炉膛空冷墙上部、二次风上层风高温火焰区域，每台焚烧炉膛左右各1个雾化喷枪，喷枪轴线与水平方向呈15°倾角，这样布置能实现良好的回喷效果，促进形成有利用脱硝反应的流场分布和温度场分布。

本发明浓缩液入炉回喷系统结构简单、运行维护便捷成本低，可有效降低垃圾焚烧烟气中氮氧化物的生成量，降低氮氧化物处理成本；回喷方法可做到适时适量向垃圾焚烧炉膛喷入浓缩液，不仅能实现浓缩液零排放，还能有效控制炉膛温度在900～950℃，调节垃圾焚烧炉膛燃烧工况，降低氮氧化物的生成量，其实用性强，适于在本技术领域大力推广应用。

实例：以成都市某垃圾焚烧发电厂为例：成都市某垃圾焚烧发电厂设计垃圾处理规模为1500吨/日，采用三条炉排式焚烧炉生产线，单条生产线垃圾焚烧规模为500t/d。厂内垃圾渗滤液产生规模按500吨/日设计，其中浓缩液产生规模按150吨/设计。采用本发明的降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷系统，经dtro膜柱再次浓缩减量后，再次浓缩液规模为75吨/日，分别回喷于三条炉排式焚烧炉生产线，单条生产线接纳浓缩液规模为25吨/日。(备注：以上数据为设计数据，实际运行数据在设计数据基础上略有小幅度波动，但几乎为满负荷)

该垃圾焚烧发电厂烟气净化系统采用sncr炉内脱硝+半干法脱酸反应塔+干法辅助脱酸+活性炭喷射+布袋除尘工艺，设计烟气污染物排放执行欧盟2000排放标准，即烟气中氮氧化物排放浓度(日均值)不能超过200mg/nm³。

采用本发明的降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷方法，单条生产线浓缩液回喷量约1t/h，浓缩液回喷比例约占垃圾焚烧量的5％，回喷浓缩液试验时间为10小时，往垃圾焚烧炉膛内回喷浓缩液试验期间，不改变sncr脱硝用氨水流量。试验这时段回喷浓缩液后的实际运行效果如图2所示。由图2可见，该垃圾焚烧发电厂按本发明降低炉内氮氧化物浓度的浓缩液入炉回喷方法回喷浓缩液后，余热锅炉出口氮氧化物浓缩液明显降低，且浓缩液也在焚烧炉内被完全消纳。浓缩液回喷垃圾焚烧炉后余热锅炉出口氮氧化物浓度降低见成效后，在此后一个月按此方式运行期间，sncr脱硝用氨水(20％浓度)单耗(吨垃圾)从未回喷浓缩液的前一个月平均4.02l/t下降至按此方式的这个月平均2.78l/t。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。