近年來(lái)國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化組合工藝的應(yīng)用選擇
摘要：生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣排放必須滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014），沿海一線城市已要求煙氣排放達(dá)到歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)，但是部分標(biāo)桿項(xiàng)目排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，一線發(fā)達(dá)城市已開(kāi)始積極應(yīng)用去除率高、穩(wěn)定性佳的復(fù)雜組合工藝，可以想見(jiàn)，未來(lái)的環(huán)保產(chǎn)業(yè)會(huì)朝污染物“零排放”方向發(fā)展。
從“十二五”以來(lái)，國(guó)家政策法規(guī)密集出臺(tái)，推動(dòng)國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展。至“十三五”時(shí)期，生活垃圾焚燒發(fā)電廠的投資建設(shè)已迅速擴(kuò)展至三、四線城市。隨著環(huán)保關(guān)注度的上升、群眾生活質(zhì)量期望的提高以及污染排放總量控制的加強(qiáng)，地方對(duì)生活垃圾發(fā)電焚燒廠的排放要求趨于嚴(yán)格。目前，生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放必須滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）[1]要求，沿海一線城市已要求煙氣排放達(dá)到歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)[2]，但是部分標(biāo)桿項(xiàng)目排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二者要求。近年來(lái)，生活垃圾焚燒發(fā)電廠后端煙氣凈化工藝快速發(fā)展，針對(duì)各種處理需求，煙氣凈化組合方式日新月異，選擇多變，應(yīng)用迅速。本文對(duì)目前主流使用的五種煙氣凈化組合工藝應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比分析。
1煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行條件
生活垃圾焚燒發(fā)電廠的煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行條件如表1所示。
2主要煙氣凈化組合工藝應(yīng)用介紹
隨著指標(biāo)的提升，新型設(shè)備的加入都使組合工藝提到擴(kuò)充。近幾年來(lái)，脫酸及脫硝組合工藝在生活垃圾焚燒發(fā)電廠大幅度鋪開(kāi)，特別在沿海一線城市，組合工藝的應(yīng)用十分廣泛，為達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的低排放目標(biāo)，組合工藝在原有基礎(chǔ)上再次提升。脫酸工藝一般分為干法、濕法、半干法；脫硝系統(tǒng)一般分為SCR和SNCR；煙氣再加熱系統(tǒng)一般分為蒸汽換熱器（SGH）和煙氣換熱器（GGH）。本文主要介紹目前常用的5種生活垃圾焚燒廠煙氣凈化組合工藝，如表2所示。
2.1煙氣再循環(huán)+SNCR+旋轉(zhuǎn)噴霧半干法+干法
該組合工藝是目前國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電廠應(yīng)用最廣泛的、經(jīng)濟(jì)性最佳的煙氣處理工藝，如圖1所示。根據(jù)不同的干法藥劑，其可以達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）或歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)。
SNCR（非催化脫硝）系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是通過(guò)在焚燒爐中合適的溫度區(qū)域噴入還原劑，使氮氧化物還原為氮?dú)夂退，在高溫區(qū)域發(fā)生還原反應(yīng)。常規(guī)SNCR反應(yīng)效率為33%左右，設(shè)置煙氣再循環(huán)后，最終脫除效率可達(dá)到53%左右。
旋轉(zhuǎn)噴霧半干法主要由氫氧化鈉制備、吸收劑漿液霧化、霧化漿液和煙氣混合等系統(tǒng)組成。然后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)霧化器將石灰漿霧化，使其與煙氣中的酸性氣體在噴霧塔中充分反應(yīng)。此工藝后增加干法輔助脫酸工藝，吸收劑為消石灰或碳酸氫鈉，噴入袋式除塵器之前的煙道中，進(jìn)一步吸附煙氣中的酸性氣體，形成半干法+干法的組合工藝，可進(jìn)一步脫除煙氣中的酸性氣體。
干粉噴射所用的吸收劑以熟石灰粉末居多，除此之外，碳酸氫鈉也是該工藝良好的吸收劑，其對(duì)酸性氣體的吸收效果比熟石灰更好。但是，消石灰干粉價(jià)格遠(yuǎn)低于碳酸氫鈉藥劑，從用量上來(lái)說(shuō)，熟石灰是碳酸氫鈉的2倍。使用消石灰干粉作為干法藥劑，可以達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）要求，但較難穩(wěn)定滿足歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)。如果對(duì)去除率沒(méi)有特別高的要求，常規(guī)設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮消石灰干粉。
2.2煙氣再循環(huán)+SNCR+干法+濕法
濕法工藝脫酸效率高，從目前正常運(yùn)行的生活垃圾焚燒廠來(lái)看，脫酸效率遠(yuǎn)高于半干法，日常排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。但濕法工藝較半干法復(fù)雜，輔助工藝多，產(chǎn)物廢水量大，相應(yīng)投資也大。煙氣再循環(huán)+SNCR+干法+濕法系統(tǒng)流程如圖2所示。
煙氣經(jīng)省煤器出來(lái)后進(jìn)入減溫塔。冷卻水由冷卻水供應(yīng)泵送至塔頂?shù)膰娮欤⒈粔嚎s空氣霧化后噴入塔內(nèi)與煙氣直接接觸。經(jīng)減溫塔降溫后，煙氣從塔底部離開(kāi)并進(jìn)入布袋除塵器。干法噴射藥劑粉末噴入減溫塔與布袋除塵器之間的煙道，使其與煙氣中的酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，未反應(yīng)的粉末和反應(yīng)生成的鹽顆粒隨著煙氣一起經(jīng)煙道至袋式除塵器處被攔截下來(lái)，部分未反應(yīng)的粉末附著在布袋上能更進(jìn)一步中和煙氣中的酸性氣體。從袋式除塵器出來(lái)的煙氣進(jìn)入濕式洗滌塔再次脫酸后通過(guò)引風(fēng)機(jī)排空。
此種組合工藝的復(fù)雜點(diǎn)在于脫硫后的濕煙氣基本處在飽和狀態(tài)，極易產(chǎn)生白煙現(xiàn)象，一般都會(huì)設(shè)置煙氣換熱系統(tǒng)，降低濕式洗滌塔入口溫度的同時(shí)合理解決白煙現(xiàn)象。
2.3SNCR+半干法+干法+SCR
與SNCR+半干法+干法工藝相比，SNCR+半干法+干法+SCR工藝增加了SCR系統(tǒng)，主要適用于對(duì)NOx去除要求高的項(xiàng)目，增加SCR系統(tǒng)后，NOx排放值遠(yuǎn)低于歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)，如圖3所示。
SCR系統(tǒng)（選擇性催化還原脫硝工藝）的原理是在催化劑的作用下煙氣中的NOx與還原劑進(jìn)行脫NOx反應(yīng)。NH3將NOx分解為氮?dú)夂退魵狻CR系統(tǒng)脫NOx效率高，通常能超過(guò)60%。
本組合工藝的重點(diǎn)在于SCR系統(tǒng)，生活垃圾焚燒廠使用的SCR系統(tǒng)催化劑一般為中溫、低溫，中溫催化劑一般運(yùn)行溫度為200℃左右，低溫催化劑運(yùn)行溫度小于180℃。催化劑使用時(shí)最顧慮的是水蒸氣、粉塵、重金屬、SOx中毒。低溫催化劑與中溫催化劑相比，其優(yōu)點(diǎn)是使用溫度低，蒸汽消耗量小，缺點(diǎn)是對(duì)SOx濃度更加敏感，單價(jià)格高，供貨來(lái)源單一。如何選用經(jīng)濟(jì)合理的催化劑及縮短催化劑中毒后的再生周期等是目前制約SCR系統(tǒng)應(yīng)用的主要因素。
2.4SNCR+干法+濕法+SCR
上海老港項(xiàng)目就采用SNCR+干法+濕法+SCR工藝，其特點(diǎn)是脫酸脫硝效率較高，如圖4所示。
垃圾燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，在850～1050℃的高溫區(qū)域內(nèi)噴入還原劑，去除煙氣中的NOx，煙氣離開(kāi)余熱鍋爐后進(jìn)入減溫塔，在減溫塔內(nèi)被冷卻后經(jīng)煙道進(jìn)入袋式除塵器，并在除塵器前的煙道中噴入干粉粉末和活性炭。煙氣從袋式除塵器出來(lái)后通過(guò)煙氣加熱系統(tǒng)1換熱后進(jìn)入濕式洗滌塔，進(jìn)一步脫酸變?yōu)榈蜏仫柡蜔煔猓俳?jīng)煙氣加熱系統(tǒng)2被加熱，然后進(jìn)入SCR脫硝塔進(jìn)一步脫除NOx，從SCR塔出來(lái)的潔凈煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入煙囪，排入大氣。
該套組合工藝煙氣加熱系統(tǒng)較復(fù)雜，需要使用二級(jí)GGH+一級(jí)SGH，由于一級(jí)GGH使用于濕法塔前，煙氣中腐蝕性氣體濃度高，常規(guī)的金屬GGH換熱器易被腐蝕損壞，故該部位GGH一般選用進(jìn)口聚四氟乙烯材質(zhì)（PTFE）設(shè)備，投資較高，但使用效果佳。
2.5SNCR+半干法+干法+濕法+SCR
如圖5所示，SNCR+半干法+干法+濕法+SCR工藝將主流凈化工藝都組合在一起，是目前最完整的煙氣凈化組合工藝，在寧波、深圳、廣州都有應(yīng)用案例，為行業(yè)標(biāo)桿工藝。其總體排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。該工藝適用于區(qū)域經(jīng)濟(jì)條件好、對(duì)排放總量有嚴(yán)格要求，或?qū)Νh(huán)保關(guān)注度較高、環(huán)保要求較嚴(yán)的項(xiàng)目。
一般來(lái)說(shuō)，半干法+干法與干法+濕法擇一即可，兩者脫酸效率有高有低，但三者疊加并不能線性降低污染物指標(biāo)，故該種組合工藝一般將濕法或干法作為備用工藝，當(dāng)前端工藝出現(xiàn)故障時(shí)可啟動(dòng)后端工藝作為保障達(dá)標(biāo)的措施。同時(shí)，根據(jù)SCR催化劑的使用時(shí)長(zhǎng)、引風(fēng)機(jī)的壓損等，濕法塔與SCR反應(yīng)器設(shè)置位置有不同的組合排列。
3結(jié)論
目前，一線發(fā)達(dá)城市已開(kāi)始積極應(yīng)用去除率高、穩(wěn)定性佳的復(fù)雜組合工藝，特別在江浙一帶標(biāo)桿組合工藝已作為新建項(xiàng)目的指標(biāo)，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)的環(huán)保發(fā)展會(huì)朝著污染物“零排放”、關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、降低投資等方向前進(jìn)。
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