垃圾焚燒煙氣超低排放全流程工藝選擇

袁伯若 程 虎

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

垃圾焚燒發電將生活垃圾在高溫下燃燒，使生活垃圾中的可燃廢物轉變為二氧化碳和水等，產生的余熱用于發電，產生的廢氣、飛灰進行無害化處理。生活垃圾焚燒發電具有“無害化、減量化、資源化”的優點。生活垃圾焚燒爐在焚燒垃圾后會排放大量含有污染物的煙氣。近年來，隨著生產水平與環保要求的逐步提高，部分省份要求嚴格管控生活垃圾焚燒發電行業污染物的排放，要求在現有國家排放標準基礎上進一步提標，引導行業綠色、健康、可持續發展。例如， 河北省制定了地方標準《生活垃圾焚燒大氣污染控制標準》(DB 13/5325—2021)，該標準規定排放煙氣中顆粒物小于8 mg/Nm3，二氧化硫小于20 mg/Nm3，氮氧化物小于120 mg/Nm3。

1 常規煙氣凈化工藝

現有成熟常規煙氣凈化工藝[1]為“SNCR(尿素或氨水)+旋轉噴霧半干法(消石灰)+干法(碳酸氫鈉或消石灰)+活性炭粉噴射+布袋除塵”。垃圾焚燒煙氣經該工藝處理后，可以達到《生活垃圾焚燒污染物控制標準》(GB 18485—2014)的排放要求，但無法滿足未來超低排放[2]標準下二氧化硫、氮氧化物的排放要求；同時經常規工藝處理后的煙氣中有白煙，易造成視覺污染，引起周圍民眾恐慌。

現有深度脫硫技術有濕法脫硫技術，深度脫硝技術有SCR脫硝、配套聲波測溫系統的高效SNCR脫硝以及PNCR脫硝技術，但上述技術方案均基于對脫硫或脫硝的單獨考慮。因此，需要針對超低排放的全流程煙氣凈化需求進行工藝組合與路線選擇。

2 幾種可行工藝路線介紹

2.1 SCR脫硝聯合濕法脫硫消白的全工藝流程

2.1.1 工藝介紹

為了進一步脫硫脫硝[3]，可采用傳統SNCR工藝聯合SCR脫硝[4]與濕法脫硫的全工藝流程。按SCR系統布置位置的不同，該工藝可分為SCR前置與SCR后置兩種。

SCR前置流程如圖1所示：SNCR(選擇性非催化還原脫硝)+半干法脫酸(旋轉霧化器)+活性炭噴射吸附+袋式除塵器+SGH(蒸汽/煙氣加熱器)+SCR(選擇性催化還原脫硝、低溫型)+濕法脫酸+GGH(煙氣/煙氣換熱器)+SGH(蒸汽/煙氣加熱器，可選設備，用于煙氣消白)。

圖1 SCR前置全流程

SCR后置流程如圖2所示：SNCR(選擇性非催化還原脫硝)+半干法脫酸(旋轉霧化器)+活性炭噴射吸附+袋式除塵器+GGH(低溫煙氣/煙氣換熱器)+濕法脫酸+GGH(高溫煙氣/煙氣換熱器)+SGH(蒸汽/煙氣加熱器)+SCR(選擇性催化還原脫硝、低溫型)。

圖2 SCR后置全流程

無論SCR前置還是后置，催化劑均采用低溫型SCR催化劑。如果將SCR前置于濕法系統且采用中溫型SCR催化劑，可提高脫硝系統的運行可靠性，但會增加系統的蒸汽消耗量和運行費用。據核算，對于1條處理規模為500 t/d的焚燒線，與采用中溫型催化劑的系統相比，使用低溫型催化劑的SCR系統每年可節省運行費用約151萬元。從環保角度考慮，低溫型SCR催化劑脫除NOx和二噁英的效率均較高。如果前端采用濕式洗滌塔脫酸工藝，低溫型催化劑運行壽命更長。根據日本JFE工程公司統計，采用濕法工藝+低溫SCR，催化劑的使用壽命長達12年。相較而言，中溫型催化劑運行壽命一般為3年，兩者差距明顯。

2.1.2 工藝對比和應用

SCR前置和后置兩種方案的全流程設備配置對比見表1，技術經濟對比見表2。

上述兩種工藝流程在國內均有應用案例，例如黃島區靜脈產業園垃圾焚燒發電項目一期采用SCR前置全流程，雄安新區垃圾綜合處理設施一期工程采用SCR后置全流程工藝。這兩種方案的煙氣排放指標均優于國標《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB 18485—2014)和歐盟標準(2010/75/EU)，并滿足未來行業超低排放標準的要求，同時可以解決煙氣脫白問題。從實際運行情況來看，SCR前置工藝存在催化劑中毒和反應區堵塞的現象，催化劑需要半年左右再生一次，系統維護工作量較SCR后置工藝大，同時存在除塵器濾袋破損導致SCR催化劑層堵塞的嚴重風險。從目前國內新上項目的實施情況來看，深圳、廣州、上海、海南等地新建的垃圾焚燒煙氣凈化全工藝流程均采用“濕法+SCR”的SCR后置流程，行業內對SCR后置工藝運行可靠性的認可度更高。

另外，含濕法脫酸的全工藝流程可取消常規流程中的輔助干法脫酸系統，采用半干法+濕法脫酸即可實現包括旋轉霧化器檢修期間在內的所有工況煙氣達標排放要求。因此，增設濕法脫酸后，原有干法脫酸系統可以取消。

表1 SCR前置與后置全流程設備配置對比

表2 SCR前置與后置全流程技術經濟對比

2.2 配套聲波測溫系統的高效SNCR脫硝聯合濕法脫酸的全工藝流程

聲波測溫系統是采用聲波法對爐膛二維溫度場進行連續在線監測的系統，它有別于溫度場模擬技術和其他測溫技術，是全自動燃燒或熱加工過程中一種連續、準確、實時、非接觸的氣體溫度測量技術。它采用基于層析算法的多路徑溫度測量系統，可以得到完整的爐內二維空間溫度場分布構象。

配套聲波測溫系統的高效SNCR脫硝技術是通過改進SNCR系統反應區域溫度的實時在線監測系統(采用聲波測溫系統)，使噴槍處于合適的反應溫度窗口，從而提高脫硝的效率，降低還原劑用量，并有效地控制氨逃逸。

為實現SNCR脫硝系統噴氨量的更優控制，使控制目標與環?？己四繕讼嘁恢?，根據垃圾焚燒爐爐膛溫度場溫度信息，利用過程數據與NOx生成量的耦合關系，建立動態模型。在鍋爐負荷波動的情況下，于垃圾焚燒爐出口處判斷氮氧化物的濃度生成量，從而有效控制非催化還原法脫硝裝置的噴氨量，并根據實測NOx數據，不斷修正并給出當前時刻的最優控制量。同時根據垃圾焚燒爐負荷情況、給料量、煙氣流量校核溫度場，提高控制響應時間和精度。

基于準確快速的爐膛內部二維溫度場分布監測和合理的算法控制邏輯，SNCR控制系統可實現對每支噴槍的獨立精細控制，達到更高的脫硝效率，并實現將NOx穩定控制在90 mg/Nm3以內；在保證高脫硝效率前提下，還原劑耗量減少20%～40%；NH3逃逸量小于8 mg/Nm3。

配套聲波測溫系統的高效SNCR脫硝聯合濕法脫酸的全工藝流程為：高效SNCR(爐內脫硝，配套聲波測溫系統)+半干法脫酸+活性炭噴射吸附+袋式除塵器+濕法脫酸+ GGH(煙氣/煙氣換熱器)+SGH(蒸汽/煙氣加熱器，可選設備，用于煙氣消白)。外排進入煙囪的煙氣溫度及濕式洗滌塔出口煙氣溫度應最終根據項目所在地實際大氣環境及消白要求確定，調節范圍分別為120～160 ℃和45～60 ℃。

2.3 PNCR脫硝聯合濕法脫酸的全工藝流程

PNCR脫硝聯合濕法脫酸[5]工藝流程如圖3所示： PNCR(爐內脫硝)+半干法脫酸+活性炭噴射吸附+袋式除塵器+濕法脫酸+ GGH(煙氣/煙氣換熱器)+SGH(蒸汽/煙氣加熱器，可選設備，用于煙氣消白)。

該工藝采用氣力輸送裝置將高分子脫硝劑(活性氨粉末)直接送入鍋爐，使氨基和高分子化學鍵斷裂釋放出大量含氨基能團(NH2-)，然后氨基與煙氣中NOx反應，從而達到脫硝的目的。所用的高分子脫硝劑是以聚丙烯鹽為載體，把氨基成分聚合在高分子材料上形成的粉末狀材質。PNCR脫硝聯合濕法脫酸技術的脫硝率大于80%，煙氣排放可滿足河北省地方標準，且在一定程度上可取代SNCR+SCR聯合脫硝系統，形成新的脫硝工藝路線。

相對于傳統SCR系統的昂貴造價及高運行成本，該脫硝工藝系統簡單，煙氣阻力小，造價與運行成本均較低，建設周期短，運行中不需要使用昂貴的催化劑，具有應用優越性。

圖3 基于PNCR脫硝技術的全工藝流程

3 推薦技術路線

通過分析上述煙氣凈化全流程工藝方案，并結合超低排放發展趨勢，推薦采用以下3條技術路線，以實現煙氣脫白與氮氧化物、硫化物的進一步減排。

1)技術路線一：配套聲波測溫系統的高效SNCR脫硝+濕法脫硫技術的全工藝流程，系統運行阻力約為6 800 Pa，引風機全壓為9 000 Pa。該技術路線既適用于提標改造項目，也適用于新擴建項目，尤其對于改建項目，投資成本優勢明顯。

2)技術路線二：PNCR脫硝+濕法脫硫的全工藝流程，系統運行阻力約為6 800 Pa，引風機全壓為9 000 Pa。該技術路線既適用于提標改造項目，也適用于新擴建項目，尤其對于改建項目，投資成本優勢明顯。

上述兩種技術路線均兼具SCR和SNCR兩者的優點，既具有SCR技術的高脫硝率，又具有SNCR技術建設投資費用和運行費用低的優勢，并適用于占地受限的項目，具有廣闊的應用發展前景。特別是技術路線一，在運行成本上有著其他技術路線無法比擬的優勢，且自動化程度高，結合人工智能技術，貼近現代智慧工廠的發展趨勢。

3)技術路線三：濕法脫硫+SCR后置全工藝流程，系統運行阻力約為9 200 Pa，引風機全壓為12 000 Pa，引風機電耗較大。該技術路線采用的SNCR聯合SCR脫硝工藝為現行主流成熟脫硝技術，項目運行無風險，且濕式洗滌塔的設置位置，綜合考慮了催化劑使用壽命和系統運行可靠性兩個方面。

4 結束語

綜上所述，盡管傳統常規煙氣凈化處理工藝成熟且滿足國標要求，但無法適應未來更加嚴苛的排放標準與環保發展趨勢，因此應當合理選擇與組合煙氣凈化技術方案，本文推薦了配套聲波測溫系統的高效SNCR+濕法脫酸、PNCR脫硝+濕法脫硫、濕法脫硫+SCR后置3種全流程工藝路線，以求進一步去除煙氣污染物，確保煙氣超低排放。