生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化工藝的研究及應(yīng)用

林歡

（永清環(huán)保股份有限公司，長沙 410330）

引言

生活垃圾焚燒發(fā)電是解決生活垃圾減量化、資源化、無害化的重要途徑。2000年，原國家環(huán)境保護(hù)總局、科學(xué)技術(shù)部、原建設(shè)部在聯(lián)合發(fā)布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》中指出：垃圾焚燒應(yīng)嚴(yán)格按照《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對煙氣、污水、爐渣、飛灰、臭氣和噪聲等進(jìn)行控制和處理，防止對環(huán)境的污染。應(yīng)采用先進(jìn)和可靠的技術(shù)及設(shè)備，嚴(yán)格控制垃圾焚燒的煙氣排放[1]。我國的生活垃圾以混合收集為主，垃圾含水量高，餐廚和餐飲等有機(jī)廢物比重大，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣濕度大，有毒、有害成分復(fù)雜，存在二英等有害物質(zhì)[2]，煙氣需要進(jìn)一步凈化處理。本文以某生活垃圾焚燒發(fā)電廠為例，介紹了該廠采用的煙氣凈化治理工藝，為垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化提供參考。

1 垃圾焚燒煙氣污染物成分及排放標(biāo)準(zhǔn)

生活垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生的煙氣成分極其復(fù)雜，主要有酸性氣體（HCl、HF、SOx、NOx）、二英類（多氯二苯并二英、多氯二苯并呋喃）、重金屬（Cr、Cd、Hg、Pb、Ni、Se、Cu、Zn、Mn等）、顆粒物四大類。垃圾中某些特定成分的燃燒是煙氣中酸性氣體的主要來源，如含氯塑料燃燒后產(chǎn)生HCl，垃圾中的含氮化合物分解轉(zhuǎn)換后與N2高溫氧化生成NOx，含硫化合物燃燒氧化生成SOx等[3]。煙氣中的二英類，一部分來自原生垃圾中的微量二英，另一部分是燃燒過程中生成的二英[4]。廢舊電池、燈管、電子產(chǎn)品、油漆、油墨等燃燒后是金屬類污染物的主要來源。垃圾燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒物包括煙塵、未反應(yīng)的石灰粉及吸附了二英和重金屬的活性炭粉等。與燃煤電廠排放的煙氣相比，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣具有煙氣量較小、HCl濃度高、SO2濃度較低、含水量較高等特性[5]。

國家標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014）對生活垃圾焚燒排放煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、重金屬及其化合物、二英類污染物排放控制提出最新要求。我國《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014）及《歐盟工業(yè)排放指令》（2010/75/EC）的垃圾焚燒煙氣排放限值見下表。由下表可知，歐盟2010比國標(biāo)GB 18485—2014更為嚴(yán)格。

生活垃圾焚燒排放煙氣中污染物限值

2 技術(shù)分析

根據(jù)垃圾焚燒煙氣污染物的成分，煙氣凈化系統(tǒng)工藝主要分為脫酸（HCl、HF、SOx）處理，脫硝（NOx）處理，顆粒物、二英、重金屬的去除。

2.1 脫酸處理

垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體主要有HCl、HF、SOx。煙氣脫酸凈化方法有干法、半干法、濕法三種。

干法凈化是指反應(yīng)產(chǎn)物為固態(tài)，可直接進(jìn)行最終處理的凈化方法。煙氣吸收劑主要使用Ca(OH)2粉末，吸收劑通過管道噴射，省去了石灰漿制備工藝。干法凈化可通過增加固態(tài)吸收劑在煙氣中的停留時間，增大吸收劑的表面積，提高對污染物的去除效率。干法脫酸設(shè)備簡單，投資較低，無需配套廢水處理系統(tǒng)，但需配套飛灰處理系統(tǒng)，消石灰粉消耗高，運行費用高，脫酸效率相對較低。

半干法是利用煙氣中的熱量蒸發(fā)石灰漿液中的水分，石灰與煙氣中的SOx反應(yīng)，最終產(chǎn)物為干粉狀[6]。吸收劑采用CaO含量較高的石灰，脫硫效率可達(dá)90%。煙氣中其他酸性氣體的脫除率高達(dá)95%以上。煙氣停留時間、反應(yīng)塔出口的溫度差、吸收劑的粒度、粒霧在塔內(nèi)的分布效果等都會影響酸性氣體的去除效率。半干法的脫酸效果優(yōu)于干法，反應(yīng)產(chǎn)物以干態(tài)固體排出，避免了濕式洗滌器凈化過程中的污水處理問題。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，運轉(zhuǎn)成本低廉，且無需對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行二次處理。

濕法是利用堿性物質(zhì)作為吸收劑，使酸性氣態(tài)污染物高效凈化。脫硫過程的反應(yīng)溫度低于露點，脫硫后的煙氣需要再加熱后才能排出[6]。濕法具有反應(yīng)速度快、效率高、脫硫劑利用率高等特點，常用于大型燃煤電廠的煙氣脫硫。濕法脫硫需對液態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物做進(jìn)一步處理，存在廢水問題，設(shè)備占地面積大，初投資和運行費用較高。濕法脫硫國內(nèi)外少有用于垃圾焚燒發(fā)電。

2.2 脫硝處理

垃圾焚燒煙氣中的脫硝處理主要采用選擇性非催化還原工藝（SNCR）和選擇性催化還原工藝（SCR）[7]。

選擇性催化還原工藝（SCR）是指在催化劑的作用下，通過注射氨或尿素等還原劑，選擇性地將NOx還原成N2。SCR的脫硝效率較高，但80%～90%煙氣進(jìn)入反應(yīng)器之前需要預(yù)熱。配套設(shè)施復(fù)雜，投資成本與運行成本較高。催化劑需要按危險廢物進(jìn)行特殊處理。

選擇性非催化還原工藝（SNCR）無需催化劑，在750℃～900℃的溫度區(qū)間，可直接通過爐內(nèi)注射還原劑，將NOx還原成N2。與SCR相比，SNCR的脫硝效率較低，為30%～50%，但設(shè)備簡單，投資少，費用僅為SCR的1/3。工藝在焚燒爐爐膛內(nèi)利用余溫即可完成，無需消耗更多能量，排放滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但存在氨過量，氨逃逸造成二次污染的問題。

2.3 顆粒物處理

垃圾焚燒煙氣顆粒物凈化處理常采用靜電除塵和袋式除塵。靜電除塵器分高壓電暈放電、粉塵荷電、粉塵收集、清灰四步。靜電除塵器適應(yīng)高溫、酸性環(huán)境，設(shè)備運行和維護(hù)費用較低，但對比電阻高的顆粒物和細(xì)微顆粒物的去除效率較差。袋式除塵器的工作原理包括過濾和清灰兩部分，利用物理作用，煙氣中的顆粒物被攔截并附在濾袋上，清灰裝置對濾袋表面的粉塵進(jìn)行清理。布袋除塵器的除塵效率高，對煙氣適應(yīng)性強，操作管理簡單，能協(xié)同去除煙氣中的二英類和重金屬。但濾袋壽命短，需定期更換，運行和維護(hù)費用較高。

2.5 重金屬處理

垃圾焚燒煙氣中的重金屬主要以氣態(tài)或吸附態(tài)形式存在。當(dāng)煙氣溫度降低時，部分氣化溫度較低的重金屬會凝結(jié)成小顆粒或金屬氧化物或氯化物。剩余的氣態(tài)重金屬可通過噴入活性炭的方式吸附。重金屬由氣態(tài)全部轉(zhuǎn)換為重金屬顆粒，最終由除塵器將重金屬去除。

3 工藝選擇

某城市生活垃圾焚燒發(fā)電一期項目，建設(shè)兩條500t/d的生活垃圾焚燒線。垃圾稱重后卸入垃圾坑，經(jīng)發(fā)酵后進(jìn)入焚燒爐燃燒。高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐回收熱能產(chǎn)生蒸氣發(fā)電。爐渣裝車外運進(jìn)行綜合利用，不能利用部分進(jìn)行填埋。飛灰經(jīng)特殊處理后進(jìn)行填埋。垃圾滲濾液入滲濾液收集和處理系統(tǒng)，處理達(dá)標(biāo)后回用。根據(jù)該項目的特點及《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》[1]，針對煙氣中的酸性氣體、二英類、重金屬、顆粒物等，煙氣凈化采用爐內(nèi)SNCR脫硝+半干式脫酸+干法脫酸+活性炭噴射裝置+布袋除塵組合工藝。煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程如下圖所示。

煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程圖

垃圾焚燒煙氣凈化工藝中，NOx的去除在鍋爐部位進(jìn)行。煙氣凈化系統(tǒng)布置在每臺余熱鍋爐之后，依次是反應(yīng)塔、布袋除塵器、引風(fēng)機(jī)和煙囪。反應(yīng)塔和布袋除塵器布置在室內(nèi)，引風(fēng)機(jī)布置在室外。SNCR脫硝用于脫除煙氣中的NOx，脫除率為45%～55%。半干法脫酸脫除煙氣中HCl、HF、SOx等氣體。干法脫酸是對半干法脫酸的補充。活性炭噴射裝置用于吸附煙氣中的重金屬和二英。布袋除塵器在捕捉粉塵的同時，還可以對附著粉塵進(jìn)一步脫酸、吸附重金屬和二英。凈化達(dá)標(biāo)后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)和煙囪排入大氣。

3.1 半干法+干法補充脫酸

半干法結(jié)合了干法和濕法的優(yōu)點，比干法消耗更少的石灰量，比濕法耗水更少，且無廢水產(chǎn)生。每條煙氣凈化線配置1座脫酸塔。焚燒爐焚燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入脫酸塔進(jìn)行脫酸處理。石灰漿液通過塔頂?shù)男D(zhuǎn)霧化噴頭進(jìn)行霧化。石灰漿液霧滴粒徑為30～50μm，絕大部分酸性氣體通過與霧滴充分接觸而去除。霧滴吸收煙氣中的熱量后蒸發(fā)水分得以干燥，形成固體反應(yīng)物從塔底排出。當(dāng)焚燒爐啟、停爐，半干法脫酸系統(tǒng)無法正常投運，啟動干法脫酸消石灰粉噴射系統(tǒng)，確保煙氣排放達(dá)標(biāo)。消石灰粉噴射系統(tǒng)還可用于布袋除塵器第一次投運或更換新布袋后的預(yù)噴涂，防止布袋腐蝕。

3.2 SNCR脫硝系統(tǒng)

脫硝采用SNCR脫硝工藝，采用尿素為還原劑，脫硝還原劑稀尿素溶液經(jīng)壓縮空氣霧化后在爐膛850℃～1100℃區(qū)域加入。脫硝反應(yīng)式為：

脫硝效率滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，且不需添加催化劑。該工藝在焚燒爐內(nèi)利用余溫完成，不需消耗更多能量，且設(shè)備投資較少，運行維護(hù)方便。

3.3 活性炭噴射脫除二英類和重金屬

通過活性炭給料機(jī)，活性炭通過輸送管道到達(dá)反應(yīng)塔的煙道，由于活性炭比表面積大，在煙道內(nèi)與煙氣混合均勻，且接觸時間足夠長，二英類和重金屬污染物被吸附在活性炭上，隨煙氣進(jìn)入袋式除塵器的濾袋表面，與濾袋表面充分接觸，去除煙氣中的二英和重金屬。

3.4 袋式除塵器

4 運行情況

某城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目于2016年底竣工并投入試生產(chǎn)，工程的生產(chǎn)設(shè)備與環(huán)保設(shè)施運行正常。2016年11月、12月和2017年7月分別對該項目的煙氣進(jìn)行了現(xiàn)場監(jiān)測。監(jiān)測表明，垃圾焚燒排放煙氣中污染物排放結(jié)果均優(yōu)于《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014）對污染物限值要求，達(dá)到歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

分析了垃圾焚燒煙氣中污染物主要成分及排放標(biāo)準(zhǔn)，介紹了煙氣凈化中去除酸性氣體、氮氧化物、顆粒物、二英類、重金屬的技術(shù)方法。某城市生活垃圾焚燒發(fā)電項目采用煙氣凈化爐內(nèi)SNCR脫硝+半干式脫酸+干法脫酸+活性炭噴射裝置+布袋除塵組合工藝，監(jiān)測結(jié)果表明，垃圾焚燒煙氣污染物滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，為生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化工藝設(shè)計提供了參考。