[发明专利]用于基于半分批给料填料机的城市固体废物燃烧的选择性非催化还原系统的动态控制

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求2006年12月22日提交的美国临时 专利申请第60/876,559号的优先权，该美国临时专利申请的主题通过引用 包含于此。

技术领域

本发明涉及用于选择性非催化还原(SNCR)系统的改进的控制系统， SNCR系统使用诸如氨或者尿素等反应物还原来自废物变能量锅炉 (waste-to-engergy boiler)的氮氧化物(NOx)排放物。具体地说，改进的 控制系统允许SNCR系统实现期望的NOx还原，同时还更好地最小化不期 望的过量施加反应物，因此减少了烟囱的氨排放物。

背景技术

在城市废物燃烧器(MWC)中燃烧固体废物产生一定量的氮氧化物 (NOx)。NOx是一组无色、无味但高活性的、含有不同量的NO和NO₂的气体的总称。由MWC产生的NOx量在某种程度上随着炉排和燃烧炉设 计而改变，但典型地在250和350ppm之间变动(烟道气中7％O₂的干燥值)。

NOx形成物的化学性质直接相关于氮和氧之间的反应。为了理解MWC 中的NOx形成物，对燃烧器设计和运行的基本理解是有用的。MWC中的 燃烧空气系统典型地既包括主空气(也称为下炉排空气)，也包括辅助空气 (也称为上炉排或者过燃烧空气)。主空气经位于焙烧炉排下面的高压间供 应并被强制经过炉排，以随后对废物床进行干燥(析出水)，除去易挥发物 质(析出易挥发的碳氢化合物)，并燃尽(氧化非易挥发性碳氢化合物)。 主空气的量典型地被调节成使废物开始燃烧过程中的过量空气最小化，同 时使废物床上的含碳材料的燃尽最大化。辅助空气经位于炉排上方的空气 口注入并用来提供对从废物床析出的碳氢化合物的湍流混合和破坏。对于 一个典型的MWC来说，全部过量空气的水平是大约60～100％(160～200％ 化学计量(理想)的空气要求)，其中，主空气典型地占整个空气的50～70％。

除了破坏有机物，这种燃烧方法的目的之一是使NOx形成物最少。NOx 是在燃烧过程中通过两个主要机制形成的：来自于对城市固体废物(MSW) 流中存在的有机结合的元素氮(N)进行氧化的燃料NOx，以及来自于对 大气N₂的高温氧化的热力型NOx。

更具体地说，燃料NOx是在火焰区内经过MSW材料中有机结合N和 O₂的反应形成的。确定燃料NOx形成物比率的关键变量是火焰区内O₂可 获得性、燃料-结合N的量以及含N材料的化学结构。燃料NOx反应能够 在相对低的温度(＜1,100℃(＜2,000°F))下发生。取决于火焰中O₂可获得 性，含N化合物将反应形成N₂或者NOx。当O₂可获得性低时，N₂是主要 的反应产物。如果可以获得丰富的O₂，则更多部分的燃料-结合N被转化 为NOx。

相比之下，热力型NOx是在高温火焰区经过N₂和O₂基之间的反应形 成的。确定热力型NOx形成物比率的关键变量是温度、O₂和N₂可获得性 以及驻留时间。因为要求高活化能，所以，热力型NOx形成物在火焰温度 达到1,100℃(2,000°F)前不明显。

然而，由于NOx排放物作为重要污染物、酸性气体和臭氧前体的角色， NOx排放物总的来说是不希望的并具有环境上的意义。因为NOx与水分、 氨和其他化合物反应形成可能破坏肺部组织的硝酸和相关颗粒，所以，NOx 直接的健康关切集中在这些气体对呼吸道系统的影响。从NOx产生的这些 和其他颗粒深深地进入到肺部的敏感部分中并能够引起或者恶化潜在致命 性呼吸道疾病，诸如肺气肿和支气管炎。

此外，NOx排放物还引起其他的环境关切。例如，当NOx和挥发性有 机化合物(VOC)同热和阳光一起反应时，形成地平面臭氧。儿童、哮喘 病人以及在外面工作或锻炼的人容易受到臭氧的不利影响，这些影响包括 肺部组织破坏和肺功能下降。臭氧还破坏植被和减少庄稼收成。

进一步，NOx和二氧化硫同空气中其他物质反应形成酸，酸随着雨、 雾、雪或者干颗粒作为酸雨落到地面。酸雨破坏或者损害汽车、建筑物和 纪念碑，还造成湖泊和河流变得不适于鱼类。