活性焦一體化脫硫脫硝煙氣凈化技術應用

蔡晶晶，周亞東，張 強，吳 斌，王 磊

（浙江海元環境科技有限公司，杭州 310051）

活性焦一體化脫硫脫硝煙氣凈化技術應用

蔡晶晶，周亞東，張 強，吳 斌，王 磊

（浙江海元環境科技有限公司，杭州 310051）

杭州蕭山錦江生活垃圾焚燒廠尾氣凈化處理工藝，采用活性焦脫硫脫硝一體化技術，實現了SO2、NOx、HCl超低排放，排放濃度分別為15、35、10mg/Nm3。介紹了活性焦脫硫脫硝一體化技術的工藝流程、系統組成及設計參數，為系統正常調試、運行提供可靠保證，并為生活垃圾焚燒尾氣脫酸脫硝一體化超低排放的工程應用提供了技術參考。

生活垃圾焚燒；活性焦；脫硫脫硝；一體化；超低排放

焚燒是大多數城市處理生活垃圾的主要途徑之一，然而垃圾焚燒煙氣含有大量SO2、NOx顆粒物、重金屬等污染物，對環境保護和人類健康的危害非常突出。新環保法以及《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）[1]都嚴格要求控制焚燒尾氣中各污染物排放。常規的生活垃圾焚燒尾氣處理采用半干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器除塵工藝[2，3]脫酸除塵和SNCR脫硝或低溫脫硝[4]。杭州地區對生活垃圾焚燒各污染排放限值有更嚴格的控制，要求達到燃煤電廠的超低排放標準，即SO2、NOx的排放濃度分別在35、50mg/Nm3以下[5、6]。目前國內采用的半干法脫酸+袋式除塵器除塵、SNCR脫硝工藝對實現超低排放普遍存在技術上的難點，無法滿足更嚴格的新標準，這使得生活垃圾焚燒行業的污染控制迫切需要適應新標準，使用新技術。

本文通過典型工程實例，采用活性焦脫硫脫硝一體化技術處理生活垃圾焚燒尾氣，實現了超低排放，為生活垃圾焚燒尾氣處理凈化工程的應用提供了新思路和參考。

1 工程概況

杭州蕭山錦江現有1#、2#、3#的2臺55t/h 和 1臺 50t/h共3臺垃圾焚燒循環流化床鍋爐，每臺鍋爐煙氣量為15萬Nm3/h，原有的脫酸除塵工藝為半干法脫酸+袋式除塵器除塵，脫硝工藝為SNCR脫硝，由于原有的工藝無法滿足杭州地區的最新排放標準，需要對該工程進行脫硫脫硝改造。尾氣凈化裝置按照鍋爐最惡劣的工況設計，設計鍋爐負荷時的尾氣參數見表1。

表1 鍋爐負荷原始參數

2 常規脫酸除塵、脫硝工藝

2.1 半干法脫酸+袋式除塵器除塵工藝

該廠現有的尾氣處理采用半干法脫酸+袋式除塵工藝，一爐一塔配置。該尾氣凈化處理裝置由吸收劑存儲及輸送系統、煙氣脫酸系統、袋式除塵系統、循環灰輸送系統等組成。鍋爐出來的尾氣從脫酸塔底部進入脫酸塔，在降溫和增濕條件下根據循環流化床理論和噴霧干燥原理，煙氣中的SO2、HCl、HF等與吸收劑反應生成亞硫酸鈣、硫酸鈣、氯化鈣等物質。反應后的煙氣攜帶大量的干燥固體顆粒進入袋式除塵器，經過反應，干燥的循環灰被除塵器從煙氣中分離出來，由流化槽再輸送回脫酸塔，同時向脫酸塔加入吸收劑，使吸收劑在脫硫塔內懸浮、反復循環，與煙氣中的SO2等酸性氣體充分接觸、反應，實現脫除酸性氣體及其它有害物質，潔凈后的煙氣經過引風機排入煙囪。

現有工藝于2007年投運，設計塔型為CFB第一代塔型，脫硫效率較低，僅為85%，而且還未考慮對重金屬、二英的脫除。另外在運行過程中還發現，由于該廠燃燒垃圾的負荷波動很大，半干法脫酸系統時常無法正常投運，存在掉灰和塌床現象。就杭州地區目前要求SO2排放濃度≤35mg/Nm3的要求，現有的半干法脫酸裝置無法滿足。

2.2 SNCR脫硝工藝

該廠現有的脫硝系統為選擇型非催化還原（SNCR）技術，該技術是將含有NHx基的還原劑，噴入爐膛溫度為800℃～1100℃的區域，該還原劑迅速熱分解成NH3并與煙氣中的NOx進行反應生成N2和H2O。在實際運行過程中發現，NH3的反應最佳溫度區為850℃～950℃，當反應溫度過高時，由于氨的氧化會使NOx脫除效率降低，而當反應溫度過低時，氨逃逸增加并生成硫酸銨（(NH3)2SO4）和硫酸氫銨（NH4HSO4），會造成設備腐蝕、堵塞。而由于處理的是生活垃圾，負荷變動較大，系統溫度經常低于800℃，脫硝效率僅為30%～50%。CEMS監測數據表明，系統處于最優條件時，NOx的排放濃度不低于150mg/Nm3，遠遠達不到NOx≤50mg/Nm3的超低排放要求。

2.3 低溫脫硝工藝

低溫脫硝工藝是指通過采用合適的催化劑，在180℃左右的溫度范圍內實現脫硝達標排放。該項目要求的脫硝效率不低于86.2%。根據項目的實際情況，SCR裝置設在布袋除塵器的下游，從布袋除塵器出口的煙氣利用鍋爐蒸氣將煙氣（約110℃）加熱至約180℃，之后進入SCR反應器，在低溫催化劑的作用下將NOx與氨氣反應NOx排放濃度從360mg/Nm3降低到50mg/Nm3。但該工藝存在以下難點：

（1）低溫催化劑對進口煙氣要求高，要求SO2進口濃度不高于50mg/Nm3，進口溫度不低于180℃。

（2）SCR由于采用了脫硝催化劑，使得SO2/SO3轉化率增加。當煙氣中的SO3與未參加與脫硝反應的逃逸氨反應時，將會生成NH4HSO4以及(NH4)2SO4。當溫度低于180℃時，硫酸氫銨具有較強的腐蝕性和黏性，可導致鍋爐后續設備的腐蝕和堵塞。

（3）目前國內尚無低溫催化劑用于垃圾焚燒尾氣脫硝的例子。由于國內垃圾焚燒的尾氣成分復雜，對低溫催化劑的要求更高，且低溫催化劑的價格也很高。

3 工程設計

3.1 設計方案

該項目的垃圾焚燒尾氣處理采用脫硫脫硝一體化技術，能實現脫酸、脫硝、除汞、脫二英等，還能實現SO2、NOx的超低排放。活性焦脫硫脫硝一體化裝置設置在袋式除塵器后，結合現有的SNCR和氨區系統，同步實現脫硫、脫硝、除汞、脫二英等。1#～3#鍋爐分別對應兩套凈化塔，3臺鍋爐在煙氣凈化處理時不混合，每套凈化塔進出口煙道上各設置1臺電動蝶閥，每臺鍋爐對應的3臺鍋爐的6套凈化塔布置在同一個場地，共用1套再生系統。為保障再生系統的連續作業率，項目備用1臺再生塔。另外，利用現有的SNCR和氨區系統，在現有氨水罐旁增設氨氣蒸發裝置制備氣態氨，剩余的少量氨水送回SNCR系統再利用。氨氣與熱空氣混合后送入凈化塔，通過噴氨格柵均勻分布到凈化單元內，與煙氣充分混合脫除NOx。活性焦脫硫脫硝一體化裝置進口煙氣量參數為45萬Nm3/h。

3.2 工藝原理

活性焦脫硫脫硝一體化技術主要包括兩方面的反應過程，一是吸附反應，二是催化反應。120℃～160℃時，在活性炭表面的吸附和催化作用下，煙氣中的SO2與煙氣中氧氣、水蒸汽發生反應生成硫酸被吸附在活性炭孔隙內，從而實現煙氣中SO2的脫除。噴氨氣進行脫硝，活性炭作為脫除NOx的載體和催化劑，NOx和NH3在溫度107℃～167℃下，在焦基表面發生催化反應，將NOx分解為N2和H2O或生成硫酸銨，吸附于活性炭上，從而達到脫除 NOx的目的。煙氣中難脫除的重金屬如氣態零價汞也會在活性焦顆粒表面發生相似的化學吸附，形成容易脫除的固態汞化合物（HgCl2·HgSO4）。活性炭具有廣譜的吸附特性，在凈化塔內活性炭能夠吸附二英等多種有毒化合物。由于活性炭自身的吸附特性，活性炭吸附層相當于高效過濾器，在慣性碰撞和攔截效應的作用下，煙氣中的粉塵顆粒在床層內部不同部位被活性炭的大孔吸附，完成煙氣除塵凈化過程。

再生塔的工藝原理：活性炭循環使用，吸附污染物后的活性炭被輸送到再生塔加熱至400℃～440℃時，將所吸附的SO2、硫銨會解吸釋放出來，活性炭的加熱再生反應相當于對活性炭進行再次活化，吸附和催化活性得到恢復。解析后的SO2、硫銨經過濃縮后可經后續工藝回收利用。再生塔高溫區解析出的汞隨再生氣一起流向再生塔上部低溫區，在150℃左右的反應器區域再次被活性炭吸附。活性炭在吸附、解析的過程中循環使用，由于存在磨損和參與反應，炭粉經過篩分排出，要不斷補充新鮮活性炭，最后形成動態平衡。重金屬在體系內也形成循環，吸附在炭粉中的重金屬隨之排出。經過解析再生后的活性炭，被冷卻至150℃以下，由鏈斗輸送機送至凈化塔循環使用。

4 活性焦脫硫脫硝一體化技術系統組成

活性炭脫硫脫硝系統主要由活性炭脫硫脫硝吸附系統、活性炭解析再生系統、活性炭循環輸送系統、氨蒸發噴射系統、煙氣系統等組成。工藝流程如下圖。

工藝流程圖

4.1 活性焦脫硫脫硝吸附系統

吸附裝置為6個處理量為75,000Nm3/h的脫硫脫硝模塊，從上至下含凈化塔活性炭給料閥、活性炭給料倉、活性炭吸附模塊、活性炭下料設備、活性炭下料倉、活性炭下部給料閥等。

塔體的設計無死角，并且設有通道便于清掃。凈化塔配備有足夠數量和大小合適的人孔門和觀察孔，人孔門和觀察孔沒有泄漏，且在附近設置走道或平臺。觀察鏡易于更換；設壓縮空氣吹掃。凈化塔還包括所有必需的就地和遠方測量裝置，提供溫度、壓差、料位測點。活性焦運行中悶燃現象嚴重影響安全性，每層吸附塔必須配備2個合金隔膜式防爆門，以保證設備的整體安全性；系統設有氮氣消防裝置。凈化塔的設計總阻力≤1800Pa，單個凈化塔尺寸為3.8×9（m），高約15m，整套吸附系統占地約為11.5×40（m）。

4.2 活性炭再生系統

吸附了SO2的活性炭，經過輸送機送至再生塔，再生塔采取列管式換熱型式，分為加熱段、冷卻段。在再生塔內活性炭走管程，換熱介質走殼程，加熱介質采用氮氣。

再生塔由上至下主要有給料閥、進料倉、加熱段、冷卻段、下料閥、振動篩等。

4.3 氨氣蒸發系統

氨水氣化器用于SCR脫硝，氨水額定蒸發流量750kg/h，氣相出口設置溫度變送器，與蒸氣調節閥連鎖，在設定的溫度范圍內自動控制調節閥的開、閉，管網溫度低于120℃時，調節閥打開，氣化器開始工作；當整個脫硝裝置停用檢修時，關閉蒸氣調節閥。

氣化器為同軸列管式蒸汽換熱式氣化器，結構為立式、壓力容器類。蒸汽通過調節閥進入氣化器管程的內管，內管中的過熱蒸汽在自下而上的過程中通過換熱成蒸汽凝液從外管流出，而外管中的蒸汽凝液以相對溫和的方式將熱量傳遞給管束外（殼程中）物料，通過調節閥進入氣化器殼程的物料，物料吸熱后氣化，經過內置氣液分離器脫去霧滴后由氣相出口總管輸出，按照設定的溫度輸配給氨空混合器，從而實現氨氣的供應目的。

5 煙氣凈化系統運行情況

2016年8月，煙氣凈化系統進行了試運行考核，SO2、HCl和NOx的排放濃度分別為15、10、35mg/Nm3，達到了設計要求，滿足了杭州地區要求超低排放的要求，主要參數見表2。

表2 煙氣凈化系統性能測試結果

6 結論

通過活性焦脫硫脫硝一體化在生活垃圾焚燒工程上的應用，采用活性焦脫硫脫硝一體化技術處理生活垃圾焚燒尾氣，實現了SO2、NOx、HCl排放濃度分別不超過35、50、50mg/Nm3的超低排放。通過典型工程實例，為生活垃圾焚燒尾氣處理凈化的工程應用提供了新思路和技術參考，取得了良好的社會效益和經濟效益。活性焦煙氣凈化技術生成的產物可被資源化利用，該工藝是綠色可持續發展技術，解決了我國能源結構與燃煤污染環境的矛盾。活性焦一體化脫硫脫硝煙氣凈化技術在我國各領域將有廣闊的應用前景。

[1] GB18485-2014，生活垃圾焚燒污染控制標準[S].

[2] GB/T29152-2012，垃圾焚燒尾氣處理設備[S].

[3] 蔡晶晶.生活垃圾焚燒尾氣凈化處理工藝的幾個典型問題分析[J].電力科技與環保，2016，32（3）.

[4] 伍長青，肖燕，李軍.垃圾發電廠脫硝新工藝概述[J].中國環保產業，2016（4）.

[5] 國務院常務會議[OL].h ttp://w w w.gov.cn/guow uyuan/2015-12/02/content_5019050.htm.

[6] 環境保護部，國家發展和改革委員會，國家能源局.全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案[OL]. http://w ww.m ep.gov.cn/gkm l/hbb/bw j/201512/ t20151215_319170.htm.

Application of Flue Gas Purification Technology of Active Coke Integrated Desulfurization and Denitration

CAI Jing-jing, ZHOU Ya-dong, ZHANG Qiang, WU Bin, WANG Lei
(Zhejiang Haiyuan Environmental Science & Technology Co., Ltd, Hangzhou 310051, China)

The tail gas purification and treatm ent process in Hangzhou Xiaoshan Jinjiang MSW Plant adopts the integrated technology of active coke desulfurization and denitration and realizes the ultra-low em ission of SO2、NOx、HCl. The em ission concentration is respectively listed as 15、35、10mg/Nm3. The paper introduces the technological process, system com position and design parameters of the integrated technology of active coke desulfurization and denitration. At the sam e time, in order to guarantee the normal debugging and operation of the system, the paper provides a reference for the engineering app lication of the integrated ultra-low em ission of the tail gas desulfurization and denitration from the municipal solid waste incineration.

MSW incineration; active coke; desulfurization and denitration; integration; ultra-low em ission

X701

A

1006-5377（2017）05-0038-04