NOx reduction at waste incineration plants

Avfallsförbränning kan användas för att minska volymen hos avfallet, destruera farligt avfall och utvinna energi för el- och värmeproduktion. Umeå Energis kraftvärmeverk Dåva 1 förbränner hushålls- och verksamhetsavfall. Vid förbränningen bildas bland annat kväveoxider (NOx) vars utsläpp regleras dels av Förordning SFS 2013:253 om förbränning av avfall och dels av Lagen (1990:613) om miljöavgift på utsläpp av kväveoxider (NOx) vid energiproduktion (kväveoxidavgiften). Dåva 1 använder selektiv icke-katalytisk rening (SNCR) med ammoniakinsprutning för att rena rökgaserna från NOx. En del av ammoniaken förblir oreagerad (ammoniakslip) och bidrar troligen till korrosion på den kallare lågtrycksekonomisern nedströms rökgaskanalen. Umeå Energi vill minska sina utsläpp av NOx utan att öka risken för ammoniakrelaterad korrosion av lågtrycksekonomisern. I det här arbetet undersöktes om och hur NOx-bildningen kunde minskas och om det befintliga SNCR-systemet kunde optimeras. Vidare gjordes en utredning om användningen av selektiv katalytisk rening (SCR) på svenska avfallsförbränningsanläggningar samt om och var i Dåva 1 SCR skulle vara fördelaktig att installera. Effektiviteten hos SNCR-systemet testades genom att i perioder stänga av ammoniakdoseringen och logga rökgasinnehållet. Det visade sig vara mycket effektivt (80 %) om det kördes vid rätt temperaturintervall. Men det framkom också att temperaturgränserna för vilken tdoseringsnivå som används troligen kan behöva korrigeras för förbättringar i effektiviteten vid andra temperaturer. Det skulle kunna minska både NOx-utsläpp och ammoniakanvändningen. Användningen av SCR vid svenska avfallsanläggningar undersöktes genom intervjuer. Det visade sig vara bara fem anläggningar och där alla hade placerat katalysatorn i rengasposition, alltså efter elfilter och våt rening. Rökgasinnehållet vid tre olika positioner i Dåva 1 undersöktes för att se om det fanns höga halter av SO2, HCl och stoft, vilka i kombination med ammoniak kan skapa beläggningar som minskar effektiviteten hos en katalysator. Alla positioner låg efter slangfiltren och hade därmed låg stofthalt. Position A låg mellan slangfilter och högtryckseko1 hade den varmaste positionen (205℃) och position B efter ekopaketen (145℃). Position C var efter alla reningssteg i rengaspostion och svalaste positionen (65℃). Variationen hos temperaturerna för de olika positionerna medför en stor skillnad i behovet av att återvärma rökgaserna. Den säkraste positionen, med lägst innehåll av stoft, HCl och SO2 var rengaspositionen, men den krävde istället mest uppvärmning av rökgaserna. Med tanke på att SNCR-systemet visade sig ha förbättringspotential, borde det effektiviseras innan man överväger att installera ett SCR system.Waste incineration is used to reduce the volume of waste, destruction of hazardous waste and to extract energy in combined heat and power plants (CHP). Umeå Energi’s CHP Dåva 1 incinerates municipal solid waste (MSW) and other hazardous waste. Nitrogen oxides (NOx) are formed in the combustion process. The emission of NOx is regulated in Sweden’s regulation SFS 2013:253 and law 1990:613. Dåva 1 uses selective non-catalytic reduction (SNCR) with ammonia as flue gas treatment, to reduce NOx in the flue gas. Some of the ammonia in the process remains unreacted (ammonia slip) and it probably contributes to corrosion in the colder economizer. Umeå Energi wants to reduce the NOx emissions without increasing the ammonia related corrosion of the economizer. In the present study, the possibility to reduce NOx formation by SNCR optimization was evaluated. Furthermore an investigation on the use of selective catalytic reduction (SCR) in waste incineration plants in Sweden, and whether it is beneficent to install in Dåva 1, was included. The current efficiency of the SNCR system was tested by switching of the ammonia in short periods of time and measuring and logging the flue gas composition. The efficiency (80 %) proved to be very high if operated at the optimal temperature. ButHowever, the test also showed that the temperature limits for the injection levels could be optimized for improved efficiency. Improved efficiency at all temperatures could reduce both NOx emission and ammonia use. The use of SCR in Swedish waste incineration plants was investigated through interviews. It was found that only five plants are equipped with SCR and they were placed in the clean gas position – after electrostatic precipitatorelectric filter and wet scrubber treatment. The contents of the flue gas was examined monitored at three positions at Dåva 1. The content of SO2, HCl and dust were measured, which in combination with ammonia can cause coating with reduces the efficiency of the catalyst. All three positions were located after the textile filters and had low contents of dust. Position A was located between the textile fabric filters and the economizers and was the hottest position with 205℃. Position B was located after the economizers and had the temperature of 145℃. Position C had the cleanest and thereby the safest position for a catalyst, due to its location after all the flue gas treatments, but the temperature was only 65℃ and requires most re-heating of the flue gas. Since the SNCR system proved to have potential to be more efficient, it should be optimized before considering an investment in a SCR system