垃圾焚燒發電中煙氣超低排放改造技術研究

喻兵

【摘 ?要】近年來，人們的環境保護意識不斷提升，各行各業都應自覺履行義務，實行政府提倡的超低排放政策，垃圾焚燒發電廠亦是如此。論文首先介紹了國內外垃圾焚燒發電廠中煙氣處理的現狀，著重探討了垃圾焚燒發電廠煙氣處理技術及煙氣超低排放改造技術，最后有針對性地提出了煙氣超低排放改造技術方案，以期推動垃圾焚燒發電廠的長遠可持續發展。

【Abstract】In recent years， people's awareness of environmental protection has been continuously improved. All walks of life should consciously fulfill their obligations and implement the ultra-low emission policy advocated by the government， as is the case with waste incineration power generation plants. This paper firstly introduces the status quo of flue gas treatment in waste incineration power generation plants at home and abroad， emphatically discusses the flue gas treatment technology and the transformation technology of ultra-low emission of flue gas of waste incineration power generation plants. Finally， this paper purposefully puts forward the transformation technology scheme of ultra-low emission of flue gas， so as to promote the long-term sustainable development of waste incineration power generation plants.

【關鍵詞】煙氣超低排放;垃圾焚燒發電;SCR;改造技術

【Keywords】ultra-low emission of flue gas; waste incineration power generation; SCR; transformation technology

【中圖分類號】X773 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）09-0194-03

1 引言

隨著我國城市化和工業化進程的不斷加快，各行各業均取得了飛速發展，與此同時，空氣污染物排放量急劇增加，空氣質量問題變得越來越嚴峻。基于此，2014年，我國各相關部門聯合發布了《煤電節能減排升級改造行動計劃（2014-2020年）》，以應對日益嚴峻的空氣環境污染問題，超低排放得到了空前關注。可以說，未來各行業發展的一個重要趨勢便是超低排放，同時，也是重要目標，尤其是在經濟發達和嚴格控制的地區，地方政府對垃圾焚燒及其他行業的超低排放制定了更為嚴格的要求。面對這種形勢，本文在分析國內外垃圾焚燒煙氣處理技術的基礎上，探討了垃圾焚燒中煙氣超低排放改造方案，以期為超低排放指出未來的研究方向。超低排放標準如表1所示。

2 國內外垃圾焚燒煙氣處理現狀

2.1 國外垃圾焚燒煙氣處理現狀

相比較而言，國外的發達國家對垃圾焚燒的認識較早，且發達國家對空氣質量的要求更為嚴格，這無疑對垃圾焚燒煙氣的排放標準提出了更高的要求。但正因為面對這種情況，國外不斷涌現一些有效的應對措施和工藝，取得了不錯的應用效果。例如，在歐美等發達國家，SCR（催化脫硝技術）在垃圾焚燒設備中的應用十分普遍;在日本，固化焚燒過程中產生飛灰時，有機螯合劑的應用十分廣泛;在部分發達國家，對脫酸工藝的應用，可以達到非常令人滿意的排放效果，通常會采用濕法工藝處理煙氣或者更先進的EDV技術。但是，干法工藝的優勢明顯，不僅成本更低，而且無廢水，干法處理工藝仍在改進和進步，例如，使用細粒石灰和改性石灰，使用更先進的噴霧裝置等。目前，使用最廣泛的工藝應博采眾長，聯合多項工藝，如干法+濕法等，多個工藝組合取長補短，可更好地控制煙氣排放，使其符合相關標準。

2.2 國內垃圾焚燒煙氣處理現狀

近年來，我國涌現了越來越多的垃圾焚燒發電廠，但煙氣處理技術發展不平衡。一些老式的或小型的發電廠的煙氣處理工藝相對落后，盡管已對其中的一些進行了整造，但其仍不能保證穩定性且符合排放的標準。近年來，與已建的垃圾焚燒發電廠相比，新建的發電廠已大大改善了其煙氣處理技術。目前，應用最為廣泛的是SNCR脫硝+半干法+干法+活性炭吸附+袋式除塵器工藝。為更好地滿足環保要求，越來越多的垃圾焚燒發電廠選擇了提高自身的污染物排放標準，在原有工藝的基礎上加入SCR工藝，有效控制煙氣的排放。由于生活垃圾尚未分類，組成復雜，且不同季節的垃圾組成不同，焚燒管理不充分，導致煙氣排放過多。同時，當焚燒系統發生故障時，在煙氣的初始階段排放存在管理不當問題，無法避免超標排放問題。因此，需要提高國內有關單位的垃圾焚燒煙氣控制能力，以滿足公眾對其自身健康和環境保護的需求。

3 垃圾焚燒發電廠的煙氣處理技術

3.1 垃圾焚燒發電廠的煙氣特性

垃圾焚燒發電廠的煙氣主要包含四種無害物質，分別為CO2、O2、N2和H2O，占煙氣量的99%。然而，不可否認，垃圾焚燒煙氣中還含有約1%的有害污染物，再加上垃圾的成分極其復雜，在實際燃燒中存在很大的不確定性，其煙氣特性與一般燃煤產生的煙氣不同，具體表現為以下幾個方面：

①煙氣中水分可達20%～30%;

②煙氣中含有Pb、Hg、Cr等多種有毒有害成分;

③煙氣的成分很復雜，其不僅包含O2、SO2、CO2、NOx等，而且還包含更多的酸性氣體，例如，HCl和HF;

④存在致癌物，如呋喃等;

⑤煙塵粘度高，粒度細，耐沖擊，磨蝕性強。

3.2 垃圾焚燒發電廠的煙氣處理技術

依據煙氣排放標準，嚴格控制煙氣的飛灰、酸性污染物及重金屬等污染的排放。一般來說，煙氣控制可分為兩步：第一步是去除煙氣中的有害污染物，主要包括干法、半干法、濕法等。每項工藝都有優劣勢，必須綜合考慮項目的各種因素。第二步是除塵，其中使用袋式除塵器被認為是最佳選擇。

3.2.1 脫酸處理工藝

當前階段，針對脫酸處理工藝，垃圾焚燒發電廠可采用濕法、半干法或者兩者結合的工藝。半干法兼具干法和濕法的優點，由于隨著相對濕度的增加，Ca（OH）2的活性會相應增加，因此，要想提高脫酸效率，維持脫酸塔中的相對濕度至關重要。半干法脫酸技術大大提高了脫酸效率，其應用效率與干法相比更高。與濕法相比，其設備結構簡單，不僅能耗少，而且投資相對較低。

3.2.2 脫硝處理工藝

垃圾焚燒發電廠中NOx的處理技術主要有兩類，即SNCR和SCR。就我國目前的發展水平而言，垃圾焚燒發電廠多采用的是前一種處理工藝，即SNCR脫硝技術。資料顯示，SNCR工藝的脫硝效率在爐內溫度為850～950℃時可達到30%～60%，但其問題也不容忽視，如水冷壁腐蝕、鍋爐結垢、脫硝效率低等。

SCR工藝的脫硝效率高，可達80%左右。垃圾焚燒發電廠主要應用的選擇性催化脫硝技術（SCR）為低溫SCR工藝，該工藝的工作溫度為150～180℃，多布置在脫酸和袋式除塵系統之后。為使脫硝效率更高，且更具穩定性，可綜合各項因素，考慮采用SNCR/低溫SCR聯合脫硝工藝，脫硝效果更佳。然而，理論和實踐總是存在差距，垃圾的成分復雜，在實際燃燒中經常面臨由不確定性因素造成催化劑失效的問題，實踐效果往往不盡如人意。

4 煙氣超低排放改造技術

結合上文中提到的垃圾焚燒發電廠的煙氣特性及垃圾焚燒發電廠的煙氣處理技術，本文提出可以采取相應改造技術，適用的環保改造技術不僅能滿足環境保護的要求，更能夠在一定程度上提升工業生產效率，具有良好的經濟效益和社會效益。

4.1 脫硝技術

低NOx燃燒+SCR催化劑的組合工藝不僅技術成熟，而且運行穩定，可應用在脫硝系統中。與常規電站相比，脫硝系統中煙氣的超低排放改造主要在于SCR催化劑的填充層數不同。所以可將原始備份層直接填充在改造項目中，改造后，其可滿足超低排放標準，與之前的工藝相比，脫硝效率得到大幅度提升。

4.2 脫硫技術

脫硫裝置出口處的SO2濃度控制與垃圾的硫含量和脫硫裝置的脫硫效率密切相關。其中，合理控制垃圾中的硫含量可以很大程度上減輕脫硫裝置負擔，更科學地應對SO2的排放，將其控制在規定范圍內。改造后的裝置可以加裝吸收塔，系統可滿足排放標準。

4.3 除塵技術

長久以來，滿足粉塵排放標準一直是發電廠超低排放改造的難點和關鍵環節。為此，我們可以借鑒國外發達國家的先進經驗，實施“協調控制”和“末端處理”的技術路線，采用：①以低溫電除塵器為核心的超低排放協同治理技術路線：利用煙氣冷卻器或煙氣加熱裝置，將靜電除塵器入口的煙氣溫度控制在合理范圍內。交換系統通常在90℃左右，煙氣中的大部分SO3將在煙道氣冷卻器中凝結并吸附在粉塵表面，極大地改變了粉塵的性質，大大提高了除塵效率，并去除了大部分的SO3。②濕式電除塵技術路線：為保證粉塵排放符合國家的排放標準，可加裝濕式電除塵裝置，取得了不錯的應用效果。

5 煙氣超低排放改造技術方案

基于上述分析，垃圾焚燒發電廠可采取科學的煙氣控制技術，制定合理的改造技術方案，即高溫濾袋（金屬或陶瓷）+SCR脫硝+溫法塔脫酸方案，具體流程示意見圖1。

該煙氣改造技術方案可降低排煙溫度，提高燃料利用效率，具體分析如下：

優勢：①鍋爐改動小;②可有效改善省煤器的積灰問題，增加長周期運行;③濕法塔運行費用低;④高溫除塵，可降低排煙溫度，提高鍋爐效率。

劣勢：①煙囪冒白煙;②壓損相對較大。

濕式脫酸主要通過堿性溶液吸收酸性氣態污染物SO2，HCl等。濕法脫酸效率高，HCl的去除率可以達到99%以上，SOx的去除率可以達到90%以上，并且針對垃圾中的重金屬等有害物質也有一定的處理作用，應用效果良好。但不可否認的是其弊端也很明顯，濕法脫酸無法避免產生大量廢水，也就是說需要配套相應的廢水處理設施，且該設備的價格昂貴，對占地面積要求也較高。

垃圾焚燒煙氣中含有大量飛灰，煙氣具有較高的灰分粘度。如果將催化劑布置不當，則很容易堵塞，并且垃圾焚燒煙氣中的HCl和SO2很容易造成催化劑失效。在實際應用過程中，在濕法脫硫和濕法電除塵之后，煙氣溫度較低，煙氣濕度較高，低溫催化劑的效用很難真正地發揮出來，其應用效果會大打折扣。

6 結語

隨著全社會環保意識的增強，超低排放已經是對各個企業的共同要求和期望，各個行業均應結合自身實際情況，有效采取應對措施，積極落實政府政策，推進超低排放。超低排放相關技術已經較為成熟，但由于垃圾的成分復雜，使得其燃燒產生的污染物也具有復雜性的特點，因此，在控制煙氣排放方面依然面臨一些問題和挑戰。本文提出了一條符合當前污染物排放標準的技術路線，即高溫濾袋（金屬或陶瓷）+SCR脫硝+溫度法塔脫酸方案。

垃圾焚燒超低排放技術的實施還需要進一步完善，可以從以下幾個方面入手：①從源頭處理，實施垃圾分類收集和運輸，以減少重金屬和含氯廢物在爐中焚化，控制污染物產生;②為了減少后續的濕法廢水排放，應盡量提高半干式脫酸工藝的效率;③當前的低溫催化劑價格昂貴，且系統具有復雜性的特點，因此，研究高效且經濟的低溫催化劑具有重要的現實意義。

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