一种有机废液分级脱硝装置及其方法

本发明涉及烟气脱硝装置及其方法，具体而言，涉及一种有机废液分级脱硝装置及其方法。

背景技术：

目前，危废主要处置方法为高温焚烧，一般采用“回转窑焚烧炉+二燃室”的结构，在到达回转窑焚烧炉出口时转化成高温烟气和灰渣。高温烟气进入二燃室，在过量空气作用下，进一步完全燃烧，保证微量有机物及二噁英在高温下充分分解。随着环保日益加严，危废焚烧烟气需经脱硫脱硝等烟气净化后方能达标排放。目前电厂、工业燃煤锅炉脱硝技术主要为scr和sncr，其中scr最佳温度区间为350-500℃之间，然而，危废焚烧中需将烟气在急冷塔内瞬间从550℃降低到180℃，无法采用scr脱硝工艺。sncr脱硝效率低，无法满足高氮原料的nox排放要求足，且存在氨逃逸等问题。因此，亟需开发一种适用于危废焚烧的高效脱硝技术。

固体燃料的解耦燃烧技术已被验证为一种高效得脱硝技术，该方法首先将固体燃料进行热解，产生焦油、还原气体和半焦，然后热解组分进行完全燃烧。基本原理为焦油、还原气体和半焦作为还原剂，可将烟气中nox还原为n2，其中焦油脱硝能力远高于其它两类物质。化工等行业产生的有机废液基本上属于焦油中一种或若干种组分，有望作为一种烟气脱硝剂。

专利112097264a公开了一种危险废物低氮排放分级焚烧工艺，该方法是将有机废液在流化床中进行空气气化，形成的还原组分和固废焚烧烟气进入二燃室燃烧，其中还原组分的再燃可将焚烧烟气nox还原为n2，然而由于不可凝还原气体（如h2、co）的脱硝能力远低于焦油，该系统的低氮优势未发挥到最大。此外，焦油和还原气体再燃都是基于一步法进行脱硝，导致相当数量的还原组分通过燃烧予以消耗，降低了单位质量有机废液的脱硝效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种有机废液分级脱硝装置及其方法，本发明将有机废液作为脱硝还原剂和能源进行综合利用，将固废焚烧烟气的nox有效还原为n2，同时其燃烧产生的热量可减少辅助燃料(如天然气、柴油等)的使用，降低了系统烟气净化和运行成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种有机废液分级脱硝装置，包括固废焚烧装置、一级脱硝装置、二级脱硝装置、余热回收系统、烟气净化系统。所述固废焚烧装置设有固废给料口、给风口和烟气出口，所述一级脱硝装置上设有废液喷枪、烟气入口和还原气体出口，所述二级脱硝装置上设有给风口。所述回转窑烟气出口与一级脱硝装置烟气入口相连，一级脱硝装置还原气体出口与二级脱硝装置还原组分入口依次相连。

本发明的技术方案提供了一种有机废液分级脱硝工艺方法，该方法包括以下步骤：固废给入焚烧装置进行燃烧，该固废装置为回转窑、流化床等焚烧炉型的任意一种。固废焚烧烟气进入一级脱硝装置，有机废液经废液喷枪经充分雾化后给入一级脱硝系统，部分有机废液在贫氧条件下直接将固废焚烧烟气的nox还原为n2，其余未反应的有机废液裂解为小分子焦油和还原性气体。小分子焦油、还原气体和焚烧烟气进入二级脱硝装置，在补充适量空气后进行高温燃烧，一方面还原组分再燃过程可进一步还原烟气中nox，另一方面高温燃烧可确保有机物和二噁英充分分解。二级脱硝装置的高温烟气经余热回收后降低到550-600℃，之后经急冷塔在1-2s内降低到180-200℃，然后经烟气净化满足环保指标后排到大气中。

在上述任一项技术方案中，有机废液经废液喷枪充分雾化后给入一级脱硝装置，与固废焚烧烟气充分混合，优选地，废液与固废焚烧烟气逆向流动。一级脱硝反应在缺氧条件下进行，优选地，氧含量维持在0-3%之间，温度应保持在750-950℃之间。

在上述任一项技术方案中，一级脱硝装置中还原组分与烟气中的nox发生还原作用，类似于选择性非催化还原（sncr）作用，有机废液还原nox反应如下：

no+cxhyoz+o2→n2+co2+h2o

一级脱硝系统中有机废液的裂解反应如下：

cxhyoz→cahboc+co+co2+h2+ch4+……

在上述任一项技术方案中，针对低盐或无盐有机废液，一级脱硝装置温度应维持在850℃以上，以提高有机废液的脱硝效率。

在上述任一项技术方案中，针对高盐有机废液，一级脱硝装置的下部区域温度应低于废液所含无机盐对应的灰熔融温度，且气体流速低于含盐颗粒的自由沉降速度，使得该区域含盐组分与气体分离，从下段固体排渣口排出；上部区域温度维持在850℃以上，该区域仍为缺氧运行，以确保有机废液较高的脱硝效率。

在上述任一项技术方案中，针对低盐和高盐混合物，应在一级脱硝装置下部低温区域给入高盐废液，在上部高温区域给入低盐或无盐有机废液。

在上述任一项技术方案中，二级脱硝装置中还原nox反应如下：

no+cahboc+o2→n2+co2+h2o

co+no→co2+1/2n2

h2+no→h2o+1/2n2

ch4+4no→co2+2h2o+2n2

二级脱硝装置燃烧反应如下：

cahboc+o2→co2+h2o

2co+o2→2co2

2h2+o2→2h2o

ch4+2o2→co2+2h2o

在上述任一项技术方案中，二级脱硝系统除作为脱硝装置外，还具有高温燃烧彻底分解有机物和二噁英的作用，因此，该系统温度应维持在1100℃以上，停留时间不低于2s。

本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明将实施有机废液的资源化和能源化利用，将有机废液作为脱硝还原剂和能源进行综合利用，基于有机废液及其分解产物的还原性可将固废焚烧烟气的nox有效还原为n2，同时其燃烧产生的热量可减少辅助燃料(如天然气、柴油等)的使用，降低了系统烟气净化和运行成本。

(2)本发明采用两步脱硝的方法，最大化单位质量有机废液的脱硝效率。一级脱硝反应中，部分有机废液直接与烟气nox发生还原反应脱硝，其余有机废液则裂解为小分子焦油和还原气体。这部分裂解产物进入二级脱硝系统进行高温完全燃烧，可进一步还原烟气中nox。

(3)本发明将针对高盐和无盐废液实施分类处理，既避免了高盐废液由于高温盐熔融而造成系统堵塞，又能确保有机废液较高的脱硝效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的有机废液分级脱硝工艺的流程示意图；

图2示出了基于低/无盐有机废液的脱硝装置示意图；

图3示出了基于高盐有机废液的脱硝装置示意图；

图4示出了基于低/无盐和高盐废液共同处理的脱硝装置示意图；

图5示出了焦油和还原气体对no的还原效果曲线图。

具体实施方式

本发明公开了一种有机废液分级脱硝装置和工艺，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

实施例1

本实施例为低盐或无盐有机废液两步脱硝的案例，脱硝装置如图2所示，根据本发明的实施例的危险废物低氮排放分级焚烧工艺，本发明提供了一种有机废液分级脱硝装置，包括固废焚烧装置、一级脱硝装置、二级脱硝装置、余热回收系统、烟气净化系统。所述固废焚烧装置设有固废给料口、给风口和烟气入口，所述一级脱硝装置上设有废液喷枪、烟气入口和还原气体出口，所述二级脱硝装置上设有给风口。所述回转窑烟气出口与一级脱硝装置烟气入口相连，一级脱硝装置还原气体出口和二级脱硝装置还原组分入口相连。

本发明的技术方案提供了一种有机废液分级脱硝工艺，包括以下步骤：固废给入焚烧装置进行燃烧，该固废装置包括回转窑、流化床等。固废焚烧烟气进入一级脱硝装置，有机废液经废液喷枪经充分雾化后给入该装置，部分有机废液在贫氧条件下直接将固废焚烧烟气的nox还原为n2，其余未反应的有机废液裂解为小分子焦油和还原性气体。小分子焦油、还原气体和焚烧烟气进入二级脱硝装置，在补充适量空气后进行高温燃烧，一方面还原组分再燃过程可进一步还原烟气中nox，另一方面高温燃烧可确保有机物和二噁英充分分解。二级脱硝装置的高温烟气经余热回收后降低到550-600℃，之后经急冷塔在1-2s内降低到180-200℃，然后经烟气净化满足环保指标后排到大气中。

在上述任一项技术方案中，一级脱硝装置中，有机废液经废液喷枪充分雾化后给入，与固废焚烧烟气充分混合，优选地，废液与固废焚烧烟气逆向流动。

一级脱硝反应在缺氧条件下进行，氧含量维持在0-3%之间，温度应保持在850℃以上。

在上述任一项技术方案中，一级脱硝装置中还原组分与烟气中的nox发生还原作用，类似于选择性非催化还原（sncr）作用，有机废液还原nox反应如下：

no+cxhyoz+o2→n2+co2+h2o

一级脱硝系统中有机废液的裂解反应如下：

cxhyoz→+co+co2+h2+ch4+……

在上述任一项技术方案中，二级脱硝装置中反应如下：

no+cahboc+o2→n2+co2+h2o

co+no→co2+1/2n2

h2+no→h2o+1/2n2

ch4+4no→co2+2h2o+2n2

二级脱硝装置燃烧反应如下：

cahboc+o2→co2+h2o

2co+o2→2co2

2h2+o2→2h2o

ch4+2o2→co2+2h2o

在上述任一项技术方案中，二级脱硝系统除作为脱硝装置外，还具有高温燃烧彻底分解有机物和二噁英的作用，因此，该系统温度应维持在1100℃以上，停留时间不低于2s。

实施例2

本实施例为高盐有机废液两步法脱硝的案例，脱硝装置如图3所示。该案例中一级脱硝装置分为两部分，底部设有烟气入口和排渣口，其中烟气入口与固废焚烧装置烟气出口相连。通过设置下部区域的内部尺寸使得该区域气体流速低于废液所含盐颗粒的自由沉降速度。下部区域温度应低于废液所含盐分灰熔融温度。化工废液所含盐通常以nacl、kcl、na2co3为主，该区域温度通常低于800℃（nacl的盐熔融温度）。控制固废焚烧烟气出口氧含量，优选地，控制在2%以下。高盐有机废液经废液喷枪给入一级脱硝区域的下部区域，由于高盐废液通常含水率高、热值低，且该区域氧含量不足，仅有极少比例的有机废液进行燃烧放热，该热量不足以维持废液升温所需要的显热和潜热，因此通过调节废液量和氧含量可将该区域温度维持在盐熔融温度之下。同时，由于气体流速低于含盐组分自由沉降速度，所含无机盐与气体分离，通过下部排渣口排出。

上部区域将温度应提高到850℃以上，确保有机废液的高脱硝效率。该区域温度提升方法包括：1）通入适量空气，使该有机废液部分燃烧升温，但该区域仍为缺氧气化，以避免有机废液完全燃烧丧失其还原nox的能力；2）该区域使用天然气/燃油燃烧机，将其温度升到850℃以上。

一级脱硝上部区域的气体进入二级脱硝区域进行高温完全燃，并实施进一步脱硝。

其余步骤与实施例1类似。

实施例3

本实施为同时处理高盐和低盐/无盐有机废液的案例，脱硝装置见图4。本实施例中高盐有机废液从下部区域喷入，进行脱硝、热裂解和脱盐，该区域温度应低于所含无机组分盐熔融对应的温度。

低盐/无盐有机废液从上部区域给入，进行脱硝和热裂解，该区域温度应维持在850℃以上。

其余步骤与实施例2类似。