生活垃圾焚燒發電煙氣凈化工藝的研究及應用

林歡

（永清環保股份有限公司，長沙 410330）

引言

生活垃圾焚燒發電是解決生活垃圾減量化、資源化、無害化的重要途徑。2000年，原國家環境保護總局、科學技術部、原建設部在聯合發布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》中指出：垃圾焚燒應嚴格按照《生活垃圾焚燒污染控制標準》等有關標準要求，對煙氣、污水、爐渣、飛灰、臭氣和噪聲等進行控制和處理，防止對環境的污染。應采用先進和可靠的技術及設備，嚴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，餐廚和餐飲等有機廢物比重大，垃圾焚燒產生的煙氣濕度大，有毒、有害成分復雜，存在二英等有害物質[2]，煙氣需要進一步凈化處理。本文以某生活垃圾焚燒發電廠為例，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準

生活垃圾焚燒發電產生的煙氣成分極其復雜，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生HCl，垃圾中的含氮化合物分解轉換后與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。垃圾燃燒過程中產生的顆粒物包括煙塵、未反應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]。

國家標準《生活垃圾焚燒污染控制標準》（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準》（GB 18485—2014）及《歐盟工業排放指令》（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GB 18485—2014更為嚴格。

生活垃圾焚燒排放煙氣中污染物限值

2 技術分析

根據垃圾焚燒煙氣污染物的成分，煙氣凈化系統工藝主要分為脫酸（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。

干法凈化是指反應產物為固態，可直接進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。干法脫酸設備簡單，投資較低，無需配套廢水處理系統，但需配套飛灰處理系統，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石灰漿液中的水分，石灰與煙氣中的SOx反應，最終產物為干粉狀[6]。吸收劑采用CaO含量較高的石灰，脫硫效率可達90%。煙氣中其他酸性氣體的脫除率高達95%以上。煙氣停留時間、反應塔出口的溫度差、吸收劑的粒度、粒霧在塔內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于干法，反應產物以干態固體排出，避免了濕式洗滌器凈化過程中的污水處理問題。設備結構簡單、維護方便，運轉成本低廉，且無需對反應產物進行二次處理。

濕法是利用堿性物質作為吸收劑，使酸性氣態污染物高效凈化。脫硫過程的反應溫度低于露點，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。濕法脫硫需對液態反應產物做進一步處理，存在廢水問題，設備占地面積大，初投資和運行費用較高。濕法脫硫國內外少有用于垃圾焚燒發電。

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%煙氣進入反應器之前需要預熱。配套設施復雜，投資成本與運行成本較高。催化劑需要按危險廢物進行特殊處理。

選擇性非催化還原工藝（SNCR）無需催化劑，在750℃～900℃的溫度區間，可直接通過爐內注射還原劑，將NOx還原成N2。與SCR相比，SNCR的脫硝效率較低，為30%～50%，但設備簡單，投資少，費用僅為SCR的1/3。工藝在焚燒爐爐膛內利用余溫即可完成，無需消耗更多能量，排放滿足標準要求。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。靜電除塵器適應高溫、酸性環境，設備運行和維護費用較低，但對比電阻高的顆粒物和細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行清理。布袋除塵器的除塵效率高，對煙氣適應性強，操作管理簡單，能協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或吸附態形式存在。當煙氣溫度降低時，部分氣化溫度較低的重金屬會凝結成小顆粒或金屬氧化物或氯化物。剩余的氣態重金屬可通過噴入活性炭的方式吸附。重金屬由氣態全部轉換為重金屬顆粒，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電一期項目，建設兩條500t/d的生活垃圾焚燒線。垃圾稱重后卸入垃圾坑，經發酵后進入焚燒爐燃燒。高溫煙氣經余熱鍋爐回收熱能產生蒸氣發電。爐渣裝車外運進行綜合利用，不能利用部分進行填埋。飛灰經特殊處理后進行填埋。垃圾滲濾液入滲濾液收集和處理系統，處理達標后回用。根據該項目的特點及《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》[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。煙氣凈化系統工藝流程如下圖所示。

煙氣凈化系統工藝流程圖

垃圾焚燒煙氣凈化工藝中，NOx的去除在鍋爐部位進行。煙氣凈化系統布置在每臺余熱鍋爐之后，依次是反應塔、布袋除塵器、引風機和煙囪。反應塔和布袋除塵器布置在室內，引風機布置在室外。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一步脫酸、吸附重金屬和二英。凈化達標后的煙氣經引風機和煙囪排入大氣。

3.1 半干法+干法補充脫酸

半干法結合了干法和濕法的優點，比干法消耗更少的石灰量，比濕法耗水更少，且無廢水產生。每條煙氣凈化線配置1座脫酸塔。焚燒爐焚燒產生的煙氣進入脫酸塔進行脫酸處理。石灰漿液通過塔頂的旋轉霧化噴頭進行霧化。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水分得以干燥，形成固體反應物從塔底排出。當焚燒爐啟、停爐，半干法脫酸系統無法正常投運，啟動干法脫酸消石灰粉噴射系統，確保煙氣排放達標。消石灰粉噴射系統還可用于布袋除塵器第一次投運或更換新布袋后的預噴涂，防止布袋腐蝕。

3.2 SNCR脫硝系統

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壓縮空氣霧化后在爐膛850℃～1100℃區域加入。脫硝反應式為：

脫硝效率滿足排放標準，且不需添加催化劑。該工藝在焚燒爐內利用余溫完成，不需消耗更多能量，且設備投資較少，運行維護方便。

3.3 活性炭噴射脫除二英類和重金屬

通過活性炭給料機，活性炭通過輸送管道到達反應塔的煙道，由于活性炭比表面積大，在煙道內與煙氣混合均勻，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電項目于2016年底竣工并投入試生產，工程的生產設備與環保設施運行正常。2016年11月、12月和2017年7月分別對該項目的煙氣進行了現場監測。監測表明，垃圾焚燒排放煙氣中污染物排放結果均優于《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）對污染物限值要求，達到歐盟2010標準。

5 結語

分析了垃圾焚燒煙氣中污染物主要成分及排放標準，介紹了煙氣凈化中去除酸性氣體、氮氧化物、顆粒物、二英類、重金屬的技術方法。某城市生活垃圾焚燒發電項目采用煙氣凈化爐內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，監測結果表明，垃圾焚燒煙氣污染物滿足排放標準，為生活垃圾焚燒發電煙氣凈化工藝設計提供了參考。