危險廢物焚燒NOx 超低排放技術分析

朱學理，王 磊，崔孝洋

（光大綠色環保管理（深圳）有限公司，廣東 深圳518040）

危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或者根據國家規定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性和感染性等一種或一種以上危險特性，以及不排除具有以上危險特性的固體廢物[1]。 目前國內普遍采用焚燒法對危險廢物進行處理，回轉窯以其處理種類廣、適應性強、焚燒較徹底等優點而成為焚燒法處理危險廢物的主要爐型。

危險廢物焚燒產生的煙氣中含有較多的NOx，NOx與SO2是造成大氣污染和產生酸雨的主要原因。 隨著國家環保要求的日趨嚴格，許多地方政府也逐漸提高了地方的環保要求。 對于危險廢物焚燒項目，已有地區出臺了比GB 18484-2001《危險廢物焚燒污染控制標準》更加嚴格的排放標準，例如山東省要求：在污染物重點控制區NOx≤100 mg/m3。 此標準已經明顯高于歐盟2010 當中對于NOx排放的要求，這對于危險廢物處理企業實現超低排放提出了巨大的挑戰。 目前， 危廢焚燒項目煙氣處理大部分采用“SNCR+急冷塔+干法脫酸+活性炭+袋式除塵+濕法脫酸+煙氣加熱” 工藝。 此工藝僅能夠實現50%左右的NOx脫除效率， 脫除后的NOx排放值在200～300 mg/m3之間，難以滿足NOx超低排放的要求。 本文以年處理量為3 萬t 的危險廢物焚燒項目為例， 提出采用 “SNCR+低溫SCR 脫硝” 和 “SNCR+臭氧脫 硝” 兩種組合工藝進行提升改造， 并進行技術和經濟分析，以期找到一種最佳方案。

1 項目概況

目前， 國內主流的危險廢物焚燒項目處置規模為30 000 t/a，一般采用 “回轉窯+二燃室+余熱鍋爐（SNCR）+急冷塔+干法脫酸塔+活性炭+袋式除塵器+濕法脫酸塔+煙氣加熱”。 在此工藝下，NOx排放水平為：平均值250 mg/m3，峰值300 mg/m3（以NO2計算），已不能滿足山東等地區的排放要求（＜100 mg/m3）。 常規危廢焚燒項目設計及運行數據見表1。

表1 常規危廢焚燒項目設計及運行參數

2 改進工藝方案介紹

目前，市場上主流的脫硝工藝包括SNCR、SCR、臭氧脫硝、煙氣再循環、低氮燃燒等。 鑒于危廢項目煙氣成分的復雜性及酸性氣體成分較高， 采用單一的脫硝工藝難以滿足NOx超低排放的要求，因此，需考慮采用組合工藝。 結合目前危廢項目主流工藝的特點，擬推薦采用 “SNCR+低溫SCR 脫硝” 或 “SNCR+臭氧脫硝” 進行提標改造。 下面對兩種改造工藝進行介紹，并對比分析。

2.1 SNCR+低溫SCR 脫硝工藝

選擇性催化還原法（SCR）脫硝技術是目前世界上脫硝效率最高、最有效的方法。 參考在燃煤電廠當中已有實例的SCR 脫硝工藝， 其脫硝效率能達到80%～90%，采用 “SNCR+SCR” 組合工藝，其脫硝效率可達到90%～95%。 按照溫度劃分，SCR 分為高溫型（300～400 ℃）和低溫型（180～250 ℃）。 為避免二惡英的再合成，危廢焚燒項目設置急冷塔，在1 s 內將煙氣溫度由500 ℃降低至200 ℃，因此，危廢項目只能采用低溫SCR 脫硝工藝。

其具體的工藝流程如圖1 所示，SCR 脫硝工藝的主要原理是在催化劑的作用下利用還原劑有選擇性地將煙氣當中的NOx（主要是NO）反應生成N2和H2O。 SCR 脫硝工藝當中發生的主要反應是：

圖1 “SNCR+低溫SCR” 脫硝工藝流程圖

SCR 具有使SO2轉化成SO3的催化作用，SO3與SCR 脫硝過程中未反應的氨反應生成硫酸氫銨。 硫酸氫銨是一種黏性很強的物質，會對催化劑床層和換熱器造成極大危害，進而嚴重影響其使用壽命、增加運行成本。 因此，一般在濕法脫酸塔后布置SCR 脫硝裝置。 為滿足SCR 脫硝的溫度窗口，需使用燃燒器將煙溫由70 ℃加熱到180 ℃以上， 同時向SCR 脫硝裝置內噴入氨水。 若進行SCR 改造，需要新增加SCR 脫硝裝置、氨水儲罐及輸送管線、燃燒器及燃料管道等。

2.2 SNCR+臭氧脫硝工藝

臭氧脫硝工藝，區別于傳統的SCR 和SNCR，其原理主要是利用臭氧的強氧化性將危廢焚燒過程中產生的NOx氧化成N2O5[2]。 隨后利用煙氣處理流程當中的濕式脫酸塔吸收氧化后的氣體， 再經脫酸過程將煙氣當中的NOx脫除。 因此，臭氧脫硝后必須要有濕式脫酸塔。

其具體的工藝煙氣處理工藝如圖2 所示， 臭氧脫硝工藝中發生的主要反應是：

經臭氧脫硝后反應生成的HNO3再經過濕式脫酸塔中的NaOH 溶液吸收，實現NOx的最終脫除。 其中發生的主要反應是：

圖2 SNCR+臭氧脫硝工藝流程圖

與CO、SOx等相比，NOx可以很快地被臭氧氧化，這就使得NOx的臭氧氧化具有很高的選擇性。因為氣相中的NOx被轉化成溶于水溶液的離子化合物，這就使得氧化反應更加完全，從而不可逆地脫除了NOx， 而不產生二次污染。 目前已有的研究成果中， 在100～150 ℃條件下， 臭氧脫硝工藝可以實現90%以上的NOx脫除， 兩種工藝結合的綜合脫硝效率達到95%以上。

若進行 “SNCR+臭氧脫硝” 工藝改造，需要新建一套臭氧脫硝裝置，主要設備包括液氧系統、臭氧發生系統、冷卻循環水系統、氮氣補加系統、臭氧輸送分布系統、洗滌吸收系統、分析儀表、電氣系統。 因臭氧發生器在工作中將產生大量熱量，而臭氧發生器的工作溫度應小于30 ℃，故需要設置冷卻水循環系統降溫。

2.3 技術與經濟對比分析

以上對兩種改造方案進行了介紹， 現場均具備改造條件。 兩種工藝改造的技術與經濟分析見表2。

表2 技術與經濟對比分析

3 結語

從轉化效率來說，“SNCR+低溫SCR 脫硝工藝” 和 “SNCR+臭氧脫硝工藝” 兩種工藝均能滿足危廢焚燒項目超低排放的要求。 但是考慮到若是進一步提高煙氣排放標準，臭氧脫硝工藝會具有更高的優勢。從改造難度方面考慮，增加SCR 脫硝工藝需要對煙氣處理系統進行較大的改造， 而使用臭氧脫硝工藝對于原本的煙氣處理系統的改進較小， 不會對危廢焚燒項目的運行產生較大影響。 從改造成本和運行成本來看，臭氧脫硝無疑具有更大的優勢。 從技術成熟性上分析，目前的低溫SCR 脫硝技術已經在某些電廠、水泥窯項目得到了應用，并且在煙氣加熱器之后布置SCR 脫硝工藝，對于脫硝催化劑的堵塞和毒性會大大降低， 而使用臭氧脫硝工藝現在也在逐漸應用于煙氣脫硝領域。 綜合以上因素，建議優先采用“SNCR+臭氧脫硝工藝” 作為危險廢物焚燒項目煙氣NOx超低排放的改進工藝。