某大型垃圾焚燒發電廠煙氣凈化工藝選擇

李 勇

（天津市市政工程設計研究院 天津 300051）

1 引言

隨著國民經濟的迅速發展和城市化進程的加快，城市生活垃圾的產生量與日俱增。2013年全國261個大、中城市生活垃圾產生量達1.61×108t，并以每年10%的速度迅速增長，“垃圾圍城”已成為城市發展亟待解決的重大問題。城市生活垃圾焚燒技術起步于19世紀中期，我國從20世紀中后期開始采用焚燒法處理生活垃圾并且發展勢頭迅猛[1~3]。根據《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》要求，到2015年全國城鎮生活垃圾焚燒處理設施能力達到無害化處理總能力的35%以上，其中東部地區達到48%以上。可以說，我國生活垃圾焚燒處理已進入快速發展的黃金時期。然而，城市生活垃圾成分中含有機氯化物、重金屬等成分，焚燒過程中會產生大量的煙氣污染物，如不采取有效措施，將對環境產生嚴重污染，危害人體健康[4]。

本研究以某大型垃圾焚燒發電廠煙氣凈化工程為例，對垃圾焚燒發電廠煙氣凈化工藝進行多因素比選，確定煙氣凈化典型工藝流程，降低垃圾焚燒發電廠對環境的污染，促進環境友好型社會的發展。

2 垃圾焚燒發電廠概況及煙氣主要參數

2.1 垃圾焚燒發電廠概況

本研究以某大型垃圾焚燒發電廠為研究對象，其生活垃圾占82%，工業垃圾占18%，遠期垃圾熱值7500 kJ/kg。垃圾焚燒發電廠處理規模為2250 t/d，由3條750 t/d焚燒線組成，每條焚燒線配備1條煙氣凈化線。

2.2 煙氣主要參數

垃圾焚燒產生的煙氣，主要含有粉塵、酸性氣體（SOx、HCl等）、NOx、重金屬和二惡英等污染成分[4]。

余熱鍋爐出口處煙氣主要參數如下：煙氣出口處溫度190℃~230℃，煙氣流量（濕基）145450 Nm3/h，粉塵濃度2000 mg/Nm3~4000 mg/Nm3，SO2濃 度 215 mg/Nm3，HCl濃 度 1780 mg/Nm3，NOx濃度200 mg/Nm3。

2.3 煙氣凈化設計標準

隨著垃圾焚燒發電市場的迅速發展，我國于2014年出臺了新的《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014），對煙氣凈化提出了更高的要求。本研究設計標準在全面滿足國標的基礎上，重金屬指標參照最嚴格的歐盟標準（2000/76/EC）。

表1 煙氣凈化設計標準

3 煙氣凈化工藝選擇

針對煙氣成分中的酸性氣體、粉塵、重金屬、二惡英及NOx等污染物，本研究對各類凈化工藝進行分析和比選。

3.1 酸性氣體凈化工藝

煙氣中酸性氣體的脫除主要有三種工藝：干法、半干法與濕法[5]。

干法脫酸是向除塵器前的煙道內噴入熟石灰干粉，吸收劑在煙道及除塵器內與酸性氣體發生中和反應。從余熱鍋爐出來的煙氣溫度較高，導致反應效率較低，因此需噴水降溫。

半干法脫酸一般以石灰漿液為吸收劑，由噴嘴或旋轉霧化器噴入脫酸塔，形成粒徑極小的液滴。煙氣和石灰漿液采用順流或逆流設計，保證充足的反應時間。塔內未完全反應的石灰，隨煙氣進入除塵器，附著于除塵器濾袋上與酸性氣體再次反應，使脫酸效率進一步提高。

濕法脫酸采用洗滌塔形式，洗滌塔分為吸收部和減濕部。在吸收部噴入氫氧化鈉溶液，煙氣進入吸收部后與氫氧化鈉溶液充分接觸可達到很高的脫酸效果。經吸收部處理后的煙氣進入減濕部，在減濕部噴入大量水，使煙氣驟冷至飽和溫度以下，從而降低煙氣含水量。

國內外運行經驗表明，干法脫酸凈化效率較低；半干法脫酸凈化效率較高，國內應用廣，積累了較多的運行經驗；濕法脫酸凈化效率最高，可滿足最嚴格的排放標準，但流程復雜，投資和運行成本高，目前應用較少。

綜合分析，本研究酸性氣體脫除采用“半干法”，同時在水平煙道噴射熟石灰干粉作為補充。

3.2 除塵工藝

目前垃圾焚燒發電廠中主要采用靜電除塵和布袋除塵。靜電除塵器對粉塵的脫除效率可達到95%~99.5%；布袋除塵器對粉塵的脫除效率可達到99.9%以上。但在二惡英控制方面，靜電除塵器的效率遠低于布袋除塵器[6]。因此，自20世紀80年代末，我國垃圾焚燒發電廠大多采用布袋除塵器。

我國《生活垃圾焚燒處理工程技術規范》（CJJ90-2009）中明確規定生活垃圾焚燒爐除塵裝置必須采用布袋除塵器。因此，本研究采用布袋除塵器，濾袋除塵效率要求大于99.9%。

3.3 二惡英及重金屬脫除工藝

垃圾焚燒煙氣中二惡英的來源主要包括：垃圾成分中含有的二惡英；含氯前體物燃燒生成二惡英；垃圾成分中含有的二惡英分解后再合成。本研究通過下列方法控制二惡英的排放[7~8]：

（1）“3T+E”技術，即維持爐內高溫（Temperature），延長氣體在高溫區的停留時間（Time），促進空氣擴散、混合（Turbulence），過量空氣優化燃燒效率（Excess Air）。“3T+E”技術可使二惡英的脫除率達到99.99%；（2）二惡英的生成和一氧化碳濃度呈正相關。根據垃圾低位熱值及垃圾量的大小，調節送風量，同時通過爐排運動對垃圾翻轉、攪拌，使垃圾燃燒更加充分，從而控制煙氣中一氧化碳的含量及二惡英的生成量；（3）當煙氣溫度降到300℃～500℃時，少量已分解的二惡英將重新合成。焚燒爐在設計上考慮盡量減小余熱鍋爐尾部截面積，提高煙氣流速，減少煙氣從高溫到低溫過程的停留時間，以減少二惡英的再合成；（4）結合重金屬脫除，在布袋除塵器入口煙道上布置一個壓縮空氣噴射裝置，將比表面積大于1000 m2/g的活性炭噴入煙氣中，利用活性炭吸附二惡英和重金屬。同時當煙氣通過除塵器濾袋時，殘存的微量二惡英仍能與濾袋上的熟石灰、活性炭反應得到進一步凈化。通過“3T+E”技術和活性炭噴射，可實現二惡英和重金屬穩定達標排放。

3.4 NOx 脫除工藝

目前在垃圾焚燒發電廠中應用最多的NOX脫除技術主要包括[9]：焚燒控制、選擇性非催化還原工藝（SNCR）和選擇性催化還原工藝（SCR）。

焚燒控制是通過控制焚燒過程的工藝參數降低NOx的排放濃度。主要包括：降低焚燒區域溫度，控制NOx生成；調節助燃空氣分布，減少N2和O2高溫反應；創造反應條件使NOx還原為N2。SNCR工藝是在焚燒爐內噴射氨或尿素，在焚燒溫度為750℃~900℃區域，NOx與還原劑反應被還原為N2[10]。SCR工藝是在TiO2-V2O5等催化劑作用下，通過噴射氨或尿素，將NOx還原為N2。催化反應的溫度一般控制在300℃~400℃。從脫硝效果方面看，SCR可達到90%以上，焚燒控制技術可達到60%~70%，SNCR可達到50%以上。從成本方面看，SCR和先進的焚燒控制系統相當，明顯高于SNCR。從節能環保方面看，SNCR和SCR均存在少量NH3泄漏污染問題；SCR系統要求對排放的煙氣再次升溫，增加CO2的排放量；當SCR催化劑失活后，成為需要特殊處理的危險廢物。考慮各類NOX脫除技術的效率、成本等因素，本研究采用SNCR脫硝工藝。

3.5 煙氣凈化工藝流程

綜上所述，本研究垃圾焚燒后產生的煙氣，經“SNCR脫硝+半干法+（活性炭+熟石灰干粉）噴射系統+布袋除塵”組合工藝加以處理后，穩定達標排放。

4 結語

本研究遵循可持續發展原則，以某大型垃圾焚燒發電廠煙氣成分為設計依據，經過綜合分析比選，煙氣經“SNCR脫硝+半干法+（活性炭+熟石灰）噴射系統+布袋除塵”組合工藝凈化后可達標排放。本研究對各類煙氣凈化工藝的分析比選，或可為相關工程建設提供參考和借鑒。

值得注意的是，煙氣排放達標與否除與工程設計有關外，還與運營管理密不可分。因此，煙氣凈化工程建設中，科學合理的工藝設計，輔以良好的運營管理，方可保證煙氣穩定達標排放。

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