垃圾焚燒項目組合式煙氣凈化工藝淺議

姚宏威

（安徽盛運環保工程有限公司，合肥 230051）

1 垃圾焚燒項目煙氣凈化工藝的發展概況

我國第一座垃圾焚燒發電廠，是1988年建設的深圳市政環衛中和處理廠，規模3×150t/d。隨后垃圾焚燒以其快捷高效的垃圾減量處理及能夠提取能量的特點，得到迅速發展，已成為城市垃圾處理的主要方法之一。截至2016年底，我國已經投入運行的垃圾焚燒廠有246座，并且許多新工程項目也在立項規劃中。

煙氣凈化系統作為垃圾焚燒項目必不可少的環保輔機，隨著垃圾焚燒項目一起快速發展，而且工藝技術變化速度更快。已建項目采用的煙氣凈化處理工藝，從脫硫脫酸的角度有單純的干法、循環流化床（CFB）改性半干法、旋轉噴霧半干法（SDA）、濕法工藝等；脫硝方面的工藝有選擇性非催化還原（SNCR）工藝、SCR工藝等，都是正在實際工程應用的成熟工藝。一些新的工藝技術也正在研發和試點之中。總體上，這些工藝技術都是由簡單到復雜、由低效到高效的方向發展。

以生活垃圾焚燒發電項目為例，在《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2001）下，干法系統具有良好的性價比，成為工藝實施的首選；隨著《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014）的出臺以及嚴格貫徹執行，SDA半干法工藝系統已經逐步占據主導地位，成為當前生活垃圾焚燒廠煙氣凈化系統首選的基礎工藝。

隨著國家環保要求的提高和民眾環保意識的增強，近年來，垃圾焚燒煙氣凈化處理行業又有新的發展。

首先是規劃選定標準提高，歐盟指令Directive 2000 76 EC已經成為各項目基本排放要求，重點地區的地方標準參數有許多還略嚴于歐盟標準，而行業內又提出了一種“超凈排放”的概念。對于垃圾焚燒項目而言，“超凈排放”的排放指標，目前主流意見為NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、HCl≤5mg/Nm3、 煙塵≤5mg/Nm3。

排放標準的趨嚴，促使煙氣凈化工藝發展，各科研單位和專業企業，不斷探索和研究新的煙氣凈化處理工藝。在新的工藝技術尚未成熟之前，從這兩年的工程實踐來看，當前的煙氣凈化處理技術主要是以工藝組合為主。其中主流技術是以旋轉噴霧半干法（SDA）脫酸工藝為基礎，增加濕法洗滌設備和SCR設備，實現煙氣脫硫脫酸脫硝的綜合功能。目前新規劃的項目，幾乎無一例外都采用了這種方式。這種基于半干法的組合工藝，其典型配置方式為：SNCR脫硝+旋轉噴霧半干法脫酸+（干粉噴射）+袋式除塵+濕法洗滌+SCR脫硝。

當然，各項目會有細節上的差別，主要在于，配不配濕法洗滌塔或者配不配SCR系統等，但其中“旋轉噴霧半干法脫酸+（反應吸附藥劑干粉噴射）+袋式除塵”的SDA工藝是核心基礎環節，每個組合項目必配，從而構成了這套組合工藝外觀上的技術特征。其內在的技術特點，主要是工藝組合性好，運行模式多樣，可以實現：SNCR脫硝+半干法脫酸工藝、SNCR脫硝+半干法脫酸+干法脫酸工藝、SNCR脫硝+半干法脫酸+濕法洗滌工藝、SNCR脫硝+半干法脫酸+濕法洗滌+SCR脫硝工藝等運行模式。這種組合工藝，應該會是今后一段時間內主流的配置方式。

2 干法組合式煙氣凈化工藝在生活垃圾焚燒項目上應用的可能性

2.1 以急冷調質干法為基礎的組合式煙氣凈化工藝

除了基于半干法基礎的組合式工藝，還有一種組合工藝，即是以急冷調質干法脫酸工藝為基礎，配套濕法洗滌設備與SCR設備，實現煙氣的急冷脫硫脫酸脫硝的綜合功能。這種基于急冷調質干法的組合模式，其基本配置為：SNCR脫硝+急冷塔+（干粉噴射）+袋式除塵+濕法洗滌+SCR脫硝。

這種干法的組合方式，目前主要應用在醫療與危險廢物焚燒項目上。由于危險廢物與醫療垃圾的焚燒煙氣有獨特性，主要表現為煙氣量小、煙氣溫度高、HCl含量奇高（往往在0.3萬～1.0萬mg/Nm3），而SO2等有害物質相對較少，導致HCl的處理難度極大，所以在危險廢物與醫療垃圾的焚燒項目上，組合配套的環節更多。在實際工程項目中，往往會在急冷塔后配套一臺干法脫酸塔，濕法洗滌系統采用酸洗塔和堿洗塔雙塔結構，有的項目還設置有濕電除塵器等做法，工藝系統相對復雜。但其中的急冷塔+（反應吸附藥劑干粉噴射）+袋式除塵干法組合工藝也是核心基礎環節，每個組合項目必配，這也構成了其外觀技術特征。

2.2 組合式凈化工藝在生活垃圾焚燒項目上應用的可能

2.2.1 生活垃圾焚燒項目的煙氣特點

生活垃圾焚燒項目的煙氣主要參數，其參數范圍一般為：煙氣量為3萬～30萬Nm3/h；煙氣溫度180℃～250℃；主要有害成分：HCl800～1500mg/Nm3，SO2600～1200mg/Nm3，NOx200～400mg/Nm3，二英5～15ngTEQ/Nm3。

這種煙氣成分，與其它焚燒項目相比，SO2小于燃煤鍋爐煙氣的含量，HCl也遠小于危險廢物以及醫療垃圾焚燒項目煙氣的含量。有害物質相互之間有一定的影響，例如SO2的存在，有利于遏制二英的二次合成，也有利于HCl的去除。所以，按現行的《生活垃圾焚燒控制標準》（GB18485-2014）要求，生活垃圾焚燒項目項目的煙氣采用單純的干法可以實現達標排放，如保利協鑫徐州再生能源項目；按照歐盟指令Directive 2000 76 EC要求，單純半干法的保證能力也足夠。又如天津濱海新區大港生活垃圾焚燒發電項目、北京朝陽循環經濟產業園高安屯二期項目等，這些項目都在穩定運行，并且排放數據優于相關標準的限值。

組合式煙氣凈化工藝的主要目標不是應對當前標準，而是項目建成后，在其壽命期內適應標準的提高，包括“超凈排放”概念下新的排放標準。由于濕法工藝的引進，系統的脫酸保障能力大幅度提高，濕法塔上游的設備變成了煙氣的調溫調質預處理設備。

2.2.2 干法系統與半干法系統的特點比較

干法工藝和半干法工藝這兩種組合式工藝的濕法洗滌與脫硝部分配套大致相同，對其干法/半干法基礎工藝的特點對比如下表。

兩種組合式工藝中基礎工藝特點對比表

通過對比可看出，半干法對于脫硫脫酸，工藝保障性比干法強，形成組合工藝后的運行方式比基于干法的組合工藝運行模式更多，這是基于半干法的組合工藝的優勢。但這種基于急冷調質干法的組合工藝有其獨到的特點，使得其在生活垃圾焚燒項目上的適應性更好，干法系統特點為:

（1）干法處理煙氣量的范圍寬。半干法工藝由于旋轉噴霧器的旋轉半徑有一個相對固定范圍，反應塔的直徑就不太可能做得太小或者太大，否則會導致濕壁或者混合不均。急冷調質干法工藝采用雙流體噴槍噴霧，就不受此限制。

（2）干法適應煙氣溫度的范圍寬。半干法工藝霧化器是一個內置在反應塔中的運動型設備，對環境溫度敏感，溫度太高，會導致旋轉霧化器冷卻保護難度增大；溫度太低時，受到石灰漿濃度的限制（漿液濃度增大會導致管路淤塞），帶入的水量會將煙氣溫度降得很低，甚至直接降到煙氣露點以下；干法工藝采用靜態工作型的雙流體噴槍，可以進行最合理布置，而且噴的是清水，沒有濃度限制，噴水量最低可以調節到0。

（3）一般生活垃圾焚燒項目煙氣溫度波動范圍為180℃～230℃，最高到250℃。二英有一個再合成的問題（其二次合成的溫度區間一般在200℃～600℃），同時二英的二次合成又會受到銅（Cu）等金屬元素、SO2的抑制，在半干法反應塔內煙氣在降溫的同時也在脫硫，在急冷塔內SO2則以氣態或者溶解態存在，對二英的再合成具有良好的抑制作用。

（4）半干法工藝在保留粉態藥劑的噴吹的設備外，需要配套旋轉霧化器、石灰漿制備系統、渣漿泵等設備，投資相對偏大。在運行方面，這些新增設備的功率大、電耗多、故障率高（包括霧化器故障、渣漿泵磨損、管路淤塞等），而干粉噴吹同時存在，所以消石灰等脫酸藥劑的用量并不比干法工藝減少的太多（半干法用量大約相當于干法的90%），這些因素綜合起來，半干法工藝運行成本也比干法工藝高。

總結起來，對于生活垃圾焚燒項目，基于半干法的組合式工藝，適應范圍窄、投資運行成本高，脫酸效率高，相當于冗余設計，不如基于干法組合工藝的性價比高。所以基于干法的組合式工藝更適合在生活垃圾焚燒項目應用?；诎敫煞ǖ慕M合式工藝之所以成為當前各項目的首選，是因為這種工藝運行模式多樣，適應標準的范圍寬，可以滿足從當前排放標準到未來更嚴格的排放標準要求，實際上是一種過渡性工藝技術措施。

3 基于干法組合式凈化工藝在生活垃圾焚燒項目上的應用

如果面對未來更嚴格的排放標準工藝技術設計，那么基于干法的組合式工藝方式的優勢就立刻顯現出來。這種工藝的工藝保障性充分，投資與運行費用低，直接按照更嚴格排放標準運行，也不會導致運行費用大幅度提高；干法工藝適應煙氣范圍寬，尤其充分利用SO2的特點，有助二英及HCl等有害物質的脫除。所以，基于干法組合式凈化工藝必將是未來生活垃圾焚燒項目煙氣凈化系統的一種典型的組合工藝。這種組合工藝的基本流程如下圖。

基于干法組合式凈化工藝流程圖

干法組合工藝的煙氣凈化處理過程：SNCR系統以爐膛為反應器，在900℃～1100℃區間噴入尿素等還原劑，實現初步脫硝。煙氣經省煤器出來后，溫度波動范圍一般為180℃～230℃，煙氣首先進入急冷塔，通過在急冷塔內噴入冷卻水進行降溫調質處理，隨后煙氣進入布袋除塵器進行過濾除塵，從布袋除塵器上游煙氣管道噴入消石灰粉料和活性炭粉料，在布袋表面建立脫酸反應床，進行一級脫酸反應，經過初步凈化的煙氣再進入濕法洗滌塔，進行二級強化脫酸凈化反應，進一步脫除煙氣里的SO2和HCl等有害物質，再進入SCR反應塔，脫除NOx等氮氧化物。處理之后的潔凈煙氣由引風機抽排，經由煙囪排入大氣。

SCR系統催化劑按運行溫度，一般分為高溫催化劑（運行溫度為280℃～400℃）、中溫催化劑（運行溫度為230℃～240℃）、低溫催化劑（運行溫度約為185℃）。垃圾焚燒項目煙氣成分復雜，不宜在高溫段布置SCR系統。目前的實際工程一般采用中溫催化劑，并有向低溫催化劑方向發展的趨勢。濕法洗滌塔出口溫度往往不高于80℃，需要抬高煙氣溫度以適應SCR塔的煙氣運行溫度，因而需要SCR換熱器利用蒸氣溫度對煙氣加熱。從節能的角度，可以在濕法洗滌塔前設置GGH換熱器，利用除塵器出口的煙氣加熱濕法反應塔出口的煙氣溫度，這個換熱器設為GGH1。同樣在SCR反應塔前還需要設置一個GGH換熱器（設為GGH2），利用SCR塔出口煙氣加熱SCR進口煙氣溫度。可將GGH1與濕法塔歸結為濕法洗滌系統設備，把GGH2、SCR以及SCR塔歸結為SCR系統設備。

與煙氣處理系統相配套的輔助裝備主要有：

（1）還原劑（尿素或者氨水）制備系統，配置的還原劑供SNCR系統和SCR系統公用，并且可以一套對應多條線配套。

（2）干粉存儲與噴射系統，干粉藥劑主要包括脫酸劑消石灰（Ca(OH)2）與吸附劑活性炭粉料，也有部分項目采用NaHCO3等為脫酸劑。干粉在布袋除塵器入口煙道噴入，與煙氣混合并最后均勻分布在濾袋的迎風面，建立一道反應床，與煙氣里的SO2和HCl反應，根據用量一般能夠脫除50%～90%的酸性有害物質，活性炭用于吸附二英以及重金屬等有害物質；消石灰與活性炭粉料一般采用稀相氣力輸送，可以一對多線配套。

（3）濕法洗滌塔堿液制備系統，因為垃圾焚燒項目煙氣成分復雜，不宜回收副產品，而Ca(OH)2溶液為不完全溶解的懸濁液，容易出現管道淤塞及噴嘴磨損等問題，所以一般采用燒堿（NaOH）溶液。濕法塔廢液輸送設備用于把反應后的廢液輸送到急冷塔的霧化噴槍使用。堿液制備系統也可以一對多線配套。

（4）飛灰輸送與處理系統，飛灰輸送與處理系統設備主要用于收集急冷塔與布袋除塵器等設備內的飛灰，輸送到廠區內的飛灰暫存倉，并進行成分穩定與固化處理。飛灰輸送與處理系統也可以一對多線配套。

（5）其他必要的輔助支持系統與材料，包括電氣、熱控系統設備、工藝水與壓縮空氣等工藝管路設備與元件、公共鋼結構材料、保溫材料等。

以上就是干法組合式煙氣凈化系統的工藝過程，系統環節與設備也應配套齊全。在干法基礎工藝系統參數選擇得當的情況下，濕法塔的廢液通過急冷塔自行消納，整個系統沒有廢水廢液產生。