图 4 为在后燃室喷入不同流量热解废水时烟气中测得的各个组分含量的变化过程，竖直的虚线将图 4 划分为六个区间，区间①为常规燃烧时的背景工况，无热解废水喷入。区间②为喷入 20L/h 的热解废水后污染物排放的变化趋势，可以看出当喷入 20 L/h 的热解废水时 CO 排放急剧上升，NOx排放下降至 6.7 mg/m3，并且很快达到稳定状态。为排除 CO 和 NOx的变化是否是由工况本身的波动引起的，排放达到稳定后停止喷入热解废水，即区间③，此时 CO 急剧下降、NOx 急剧上升，在很短的时间内恢复到与之前相近的排放水平，因此可判定热解废水对 CO 和 NOx排放确实有明显影响。在区间④，将喷入的热解废水的流量调节到 10 L/h，CO 排放略有上升，NOx排放下降至 19.5 mg/m3，二者波动后都趋于平稳，此时 CO 排放低于区间②且 NOx排放高于区间②。区间⑤为停止喷热解废水后的工况调整阶段。由区间②③④⑤可以看出：喷入热解废水和停止热解废水后 CO 和 NOx 排放均产生急剧变化，热解废水的流量对半焦燃烧过程 CO 和 NOx的排放均有直接明显的影响。区间⑥为喷入 10 L/h 的去离子水后的排放变化趋势，结果表明：稳定后的 NOx排放量在喷去离子水前后没有明显变化，因此排除了可能由于烟气测量过程中NOx吸附在凝结水中而导致的测量误差。

                        图 5 所示为常规燃烧时在后燃室喷入不同流量的热解废水后的 CO 和 NOx平均排放浓度，可以看出半焦燃烧的NOx原始排放浓度随热解废水流量的增大而大幅降低，在不喷热解废水时，半焦燃烧时 NOx 平均原始排放浓度为 98.8 mg/m3，当喷入热解废水 10 L/h 与 20 L/h 时，半焦燃烧时NOx 平均原始排放浓度快速降低至 19.5 mg/m3 与 6.7 mg/m3，即喷入热解废水可实现 NOx原始超低排放，满足国家 NOx超低排放要求（≤ 50 mg/m3）。热解废水的成分中含有氨氮，因此热解废水中的NH3 可以和 NOx发生如下还原反应：

                             热解废水中的 NH3 还原 NOx 相当于喷入氨水的SNCR 工艺，该工艺在最佳温度窗口的脱硝效率为 80%- 90%左右。当喷入热解废水 10 L/h 与 20L/h 时，半焦燃烧时 NOx 原始排放浓度分别降低80.3%和 93.2%，而热解废水中氨氮的含量为 37.2mg/L，由此计算得到热解废水流量为 20 L/h 时的氨氮摩尔比为 0.026，仅靠废水中氨氮的还原作用不能达到如此高的脱硝效率。同时，也不排除热解废水中以其他形式存在的氮元素在高温下形成NH3 的可能性，因此热解废水中的 NH3 只是参与还原反应的一部分。热解废水中的烃类通过如下反应也参与了 NOx的还原：

                         此外，热解废水的喷入造成后燃室温度下降，温度降低也会造成 NOx排放的降低。

                        炉内的燃烧反应复杂，R3-R7 简单地表示了喷入热解废水后化学反应开始时和完成后的物质平衡关系：

                      

                       通过图 5 可以看出，在后燃室喷入 10 L/h 的热解废水后，半焦燃烧后的 CO 排放降低 19 ppm。因此 R5 和 R7 消耗 CO 的反应速率大于 R3 和 R6生成 CO 的速率。当喷入后燃室的热解废水流量为20 L/h时，半焦燃烧后的CO排放增加40.5 ppm，这是因为热解废水汽化吸热导致后燃室温度下降较多，进而造成局部燃烧不充分，R3 产生的 CO量大于 R5 和 R7 对 CO 的消耗量，因此最终的CO 排放增加。通过对吸收液的色谱分析发现：吸收液中并无挥发酚残留，因此表明通过焚烧可以去除热解废水中有毒有害的挥发酚。

                      3.2 后燃状态下喷入热解废水对半焦燃烧与排放的影响

                         3.2.1 半焦燃烧温度变化特性

                         后燃状态下，在炉膛上部喷入 20 L/h 的热解废水时，如图 6（a）所示，T3~T7 温度均有小幅度下降，分别为 2℃、6℃、4℃、6℃和 3℃。这是因为炉膛内有大量燃料燃烧持续释放热量、高温循环灰量大，并且热解废水的喷入位置距离炉膛出口较近，在炉膛的停留时间短，因此热解废水蒸发吸热对炉膛温度的影响不明显，但是后燃室的温度有小幅度降低，如图 6（b）所示。在后燃室喷入 20 L/h 热解废水时，由于汽化吸热，后燃室沿程温度明显下降。喷入后燃室的热解废水流量为 40 L/h 时，热解废水流量相对较大，t1 处热电偶与热解废水喷头在同一水平面，热解废水在 t1 处吸收大量热量造成局部温度骤降，因此 t1处温度大幅下降。另外为了提高喷头对热解废水的雾化效果，雾化风与热解废水在管道混合后一同从喷头喷出，雾化风的流量为定值且温度为常温，因此喷入后燃室的热解废水流量从 20 L/h 提高到 40 L/h 时，温度的降低幅度不与热解废水流量成正比。图 6（c）为炉膛轴向压力分布，其中P0 为风室压力，P1~P4 为炉膛沿程压力。

                     对比分别在炉膛和后燃室喷入相同流量的热解废水时后燃室的温度变化可以发现：热解废水对后燃室温度的影响更加明显，这是因为后燃室中的燃烧份额远低于炉膛，热解废水的汽化吸热量占后燃室中燃料放热量的比例较大，因此最终温度的下降程度更加明显。

                      3.2.2 半焦燃烧污染物排放变化特性

                      后燃状态下在后燃室喷入不同流量的热解废水时烟气中的 NOx排放浓度如图 7 所示，通过与图 5 的对比可以发现：不添加热解废水时后燃状态下半焦的NOx排放比其常规燃烧时的排放更低，NOx原始排放浓度为 76.2 mg/m3。这是因为后燃状态下炉膛内为还原性气氛，促进了半焦中的焦炭氮更多地向 NH3和 HCN 等中间产物和 N2转化[31-34]，从而抑制了 NOx在炉膛中的产生，再通过后燃风的合理布置和配比，减少了后燃室氧化生成的 NOx。

                      当热解废水的流量为 20 L/h 时NOx原始排放浓度为 50.0 mg/m3，当热解废水的流量为 40 L/h时 NOx原始排放浓度为 31.5 mg/m3，均达到超低排放要求，且相对不喷入热解废水时的 NOx原始排放浓度分别降低 34.1%与 58.7%。

              

                        不同位置的反应气氛和颗粒浓度不同，炉膛内为还原性气氛且颗粒浓度高，后燃室为氧化性气氛且颗粒浓度低。颗粒浓度会影响热解废水与烟气的混合均匀性，颗粒浓度越低热解废水与烟气的混合越均匀，因此喷入位置综合了反应气氛和混合均匀性的双重影响。为验证热解废水从不同位置喷入时对 NOx排放的影响，后燃状态下在炉膛和后燃室分别喷入 20 L/h 的热解废水，此时热解废水的质量比分别为 16.7%和 17.4%，最终的 CO 和 NOx排放结果如图 8 所示。当热解废水喷入炉膛或后燃室后，CO 排放均降低，且喷入后燃室时 CO 的降低幅度更大。这是因为加入水蒸气以后可大大提高燃尽率，将碳最大程度地转化为 CO 和 CO2[29]，CO 又进一步被氧化为 CO2。当热解废水喷入炉膛时，NOx 排放不但没有降低反而增加，这是因为半焦在炉膛内不完全燃烧，燃料氮绝大部分转化为 HCN和NH3等中间产物，几乎没有 NOx生成，因此热解废水中的 NH3 在还原性气氛中没有对 NOx的还原起到作用，反而输入了更多氮元素，在后燃室中被氧化生成 NOx的部分增多。另外，炉膛内的颗粒浓度较高，热解废水与烟气的混合均匀性较差，烃类对 NOx的还原作用减弱。因此，在后燃状态下，热解废水喷在后燃室更有利于降低 NOx排放。但是，从热量平衡的角度来看，无论是常规燃烧和后燃状态，热解废水的加入会都造成半焦燃烧效率的降低。

                       另外，通过对吸收液的色谱分析发现：吸收液中并无挥发酚残留，因此表明通过焚烧可以去除热解废水中有毒有害的挥发酚。

                        3.3 常规与后燃状态下分别喷入热解废水时污染物排放对比

                           不同条件下喷入相同流量（20 L/h）的热解废水时 NOx的变化量如图 9 所示，常规燃烧时在后燃室喷入热解废水，其 NOx原始排放浓度降低93.2%；后燃状态下，在炉膛喷入热解废水时 NOx排放增加 12.5%，在后燃室喷入热解废水时 NOx排放降低 34.1%。相同流量的热解废水喷入后燃室时，常规燃烧的 NOx变化量大于后燃状态下的NOx 变化量，一方面是因为常规燃烧时的给煤量稍低，常规燃烧与后燃状态下热解废水的质量比分别为 18.2%和 17.4%，常规燃烧时热解废水的比例稍大，因此 NOx 降低幅度稍大一些，但二者的质量比差别并不大，所以造成的 NOx变化占比也不大。对比图 9 中的三种工况可以发现：常规燃烧时在后燃室喷入热解废水对NOx的脱除效果最好，在后燃状态下的后燃室喷入热解废水次之，二者的不同在于后燃室的颗粒浓度不同，后燃状态下后燃室的颗粒浓度更高。这说明热解废水的脱硝效率与热解废水和烟气的混合均匀性有关，固体颗粒浓度较高时，热解废水较难与烟气混合均匀，因此对 NOx的脱除效果被削弱。

                           上述研究结果表明：通过对热解废水喷入位置的优化可以在去除热解废水中挥发酚的同时实现超低 NOx原始排放，将热解废水与半焦燃烧协同处理技术具有可行性。

                       4 结论

                       为探究热解废水喷入循环流化床不同位置以及热解废水的喷入量对半焦的燃烧和NOx排放特性的影响，在 0.5 MWth循环流化床中试试验平台上进行了相关中试验证，获得了喷入位置对热解废水协同处理过程中温度和 NOx排放的影响，为开发大型热解废水处理装置提供了理论指导。得到的主要结论如下：

                          1）常规燃烧状态下在后燃室喷入热解废水时，半焦燃烧NOx原始排放浓度随热解废水流量的增大而大幅降低，当喷入热解废水 10 L/h 与 20 L/h时，NOx原始排放浓度分别达到 19.5 mg/m3 与 6.7mg/m3，NOx 原始排放浓度降低幅度达到 80.3% 与 93.2%，满足 NOx超低排放的要求。

                          2）后燃状态下，在后燃室喷入热解废水流量为 20 L/h 与 40 L/h 时，NOx原始排放浓度分别为50.0 mg/m3 与 31.5 mg/m3，NOx原始排放浓度分别降低 34.1%与 58.7%，均达到超低排放要求。后燃状态下，在炉膛喷入 20 L/h 的热解废水时NOx 排放增加 12.5%。因此，热解废水喷在后燃室更有利于降低 NOx排放。

                          3）热解废水对半焦 NOx 排放的影响与热解废水流量、反应温度、反应气氛、热解废水和烟气的混合均匀性等因素紧密相关，混合均匀性越好越有利于对 NOx的脱除。通过对热解废水喷入位置的优化可以综合反应温度、气氛和混合均匀性等因素，在去除热解废水中挥发酚的同时实现超低 NOx原始排放，因此将热解废水与半焦燃烧协同处理技术具有发展前景。

                          原标题：热解废水协同半焦焚燃超低 NOx排放试验研究

                          原作者：杨雪婷，宋国良，杨召，肖远，王超，及增才