生活垃圾焚燒發電廠全工藝煙氣凈化處理系統

張耀根

（山西省安裝集團股份有限公司，山西太原 030032）

1 垃圾焚燒發電廠技術構成與煙氣成分概述

1.1 垃圾焚燒發電廠主要技術構成

垃圾焚燒發電作為新型發電形態，較好地滿足了新發展理念對于電力行業的發展要求，實現了資源重復利用。隨著相關技術日益成熟，垃圾倉、爐排結構、通風系統、排灰系統以及煙氣處理系統有序使用，逐步形成一整套完善的垃圾焚燒發電工藝流程。即生活垃圾由專門車輛運輸到發電廠，經過卸載、發酵后，注入焚燒設備，在850℃的高溫環境下快速分解，產生大量有害氣體，并且形成高溫煙氣，利用其加熱爐水，產生過熱蒸汽，完成發電任務。垃圾焚燒發電廠技術流程的健全與完善，使得垃圾焚燒發電效能穩步提升，很大程度上滿足了現階段電力資源需求[1]。

1.2 垃圾焚燒發電煙氣主體成分分析

垃圾焚燒發電煙氣組成較為復雜，包括粉塵、氯化氫、硫化物、氮氧化物、重金屬以及二噁英等。這些物質如果不經處理，直接進入環境，將會產生嚴重的大氣、土壤、水體污染，嚴重威脅生態環境。二噁英很難在自然狀態下分解，并且表現出較強的有害性，被人體攝入后，極易誘發癌癥，硫化物、氮氧化物進入大氣后，極易誘發酸雨。為規范垃圾焚燒發電技術體系，最大程度地減少煙氣污染，防控污染物排放，相關部門出臺了一系列技術標準，對垃圾焚燒污染標準進行了系統性明確，嘗試通過劃定硬性指標，促進煙氣污染控制技術體系與預防管理機制的健全完善。例如，2014年，相關部門出臺《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485—2014），對垃圾焚燒過程中主要污染物排放量進行了明確規定，例如，24h內煙塵等顆粒物排放濃度不得超過20mg/Nm3、氯化氫排放濃度不得超過50mg/Nm3、氮氧化物濃度不得超過250mg/Nm3、二噁英排放濃度不得超過0.1ngTEQ/Nm3[2]。

2 工作原理

來自鍋爐的190～220℃煙氣從空氣干燥反應塔的頂端進入塔。同時，通過高速霧化器將具有少量結構的石灰漿注入反應塔。石灰粉與熱煙氣流中的HCl、SOx、HF和其他酸性氣體反應。噴出的石灰漿揮發并將煙氣冷卻至150～160℃，同時形成CaCl2、CaF2、CaSO3、CaSO4等干粉產品。整個制冷過程還將導致二噁英、咪唑和重金屬固化超過標準。部分反應物從反應塔底部的筒倉排出，通過刮板輸送機送至公共皮帶輸送機，再通過斗式提升機和灰倉螺旋輸送機進入后灰倉。其他部分將與煙氣一起離開反應塔。

煙氣進入布袋除塵器前，將熟石灰粉和活性炭粉噴入煙氣中。熟石灰粉與HCl、SOx等有明顯的反應效果，能有效去除煙氣中殘留的酸性氣體，而活性炭粉能消化吸收煙氣中的汞等金屬元素以及二噁英、咪唑等污染物。

煙氣攜帶煙塵進入袋式除塵器后，煙氣中的酸性氣體再次與熟石灰反應，活性炭也再次吸收煙氣中的重金屬、二惡英等。煙氣中的煙塵、固化重金屬、反應物和活性炭等顆粒粘附在除塵器袋表面，通過空氣壓縮反吹排入除塵設備倉，然后通過除塵設備皮帶輸送機送至公共皮帶輸送機，最后通過斗式提升機和灰倉螺旋輸送機進入灰倉。

袋式除塵器出口溫度約為150℃的煙氣從1號集氣站下部原煙氣通道進入，經管側傳熱后降至約103.5℃，然后從換熱器下部原煙氣出口排出，進入凈化塔下部的煙氣通道并在塔中向上運行。凈化塔由下部制冷段和上部吸收除濕段組成。冷卻液循環泵將塔底制冷劑送至制冷段下方的噴嘴，并向下噴灑，使其完全接觸回流煙氣，將煙氣溫度從103.5℃降至65～67℃（除濕段）。20%的氫氧化鈉溶液通過氫氧化鈉攪拌泵輸送至制冷劑循環系統的管道，制冷劑的pH保持在6左右。在此過程中，氫氧化鈉溶液與煙氣中的HCl、SO2等酸性氣體反應，形成NaCl、NaF、Na2SO3、Na2O4等酸性鹽。此外，為了確保冷凍液中的鹽濃度保持在4%，在冷凍液循環系統的管道中設置允許含鹽量指示器報警，以便及時糾正濕試驗凈化塔底部出口的制冷劑排放[3]。

煙氣經凈化塔冷卻段冷卻、消化、吸收，進入凈化塔上端的吸收除濕段。來自除濕液儲罐的除濕水由除濕水循環泵通過換熱器冷卻，然后輸送至消化吸收除濕部分的上噴嘴進行噴淋。在通過填料床與煙氣完全接觸后，返回除濕水箱以完成循環系統。加入氫氧化鈉溶液可使除濕水的pH保持在7左右。在消化吸收除濕段，煙氣溫度進一步降低，煙氣含水量降低。這樣，在減少煙囪“煙”的前提下，借助燒堿溶液在超低溫下的吸收特性，可以進一步降低煙氣中的酸性氣體成分。凈化后，約63℃的煙氣通過塔上的除霧器進入煙氣換熱器的殼程，加熱至約112℃。

3 生活垃圾焚燒發電廠全工藝煙氣凈化處理系統

3.1 全面構建煙氣凈化體系

垃圾焚燒煙氣凈化體系構建過程中，出于凈化成本、凈化效果等多方面因素的考量，可以采用煙氣冷卻、石灰中和、活性炭吸附、袋式除塵器等多種凈化技術，形成梯度型煙氣凈化機制。具體來看，煙氣冷卻作為垃圾焚燒煙氣污染物前期凈化環節，能夠在較短時間內快速降低煙氣溫度，實現煙氣快速冷卻，從而達到規避二噁英再合成溫度區的目的。石灰中和環節，通過在燃燒設備中加入氧化鈣等脫酸劑，引發煙氣污染物化學反應，中和煙氣中含有的氯化氫、硫化物以及氮氧化物，減少酸性氣體排放。

活性炭在煙氣凈化過程中，主要針對于重金屬物質，實現對煙氣內重金屬的吸附，同時做好殘留二噁英二次處理，最大程度防范重金屬對環境生態的影響。袋式除塵器作為垃圾焚燒發電煙氣凈化處理后置模塊，持續捕獲煙氣污染物中一般顆粒物、揮發性重金屬、氯化物等形成的氣溶膠，實現對小分子污染物精準化處理與動態監控，確保垃圾焚燒發電產生的煙氣達到排放標準，形成煙氣污染物凈化閉環模式[4]。

3.2 SNCR系統

SNCR系統主要包括氨水溶液儲存系統、氨水溶液稀釋系統和噴射系統，其中氨水溶液儲存系統用于氨水儲存，根據鍋爐運行情況和NOx排放情況，由輸送泵及在線稀釋系統稀釋成所需的濃度后送入噴射系統，由噴射系統實現各噴射單元的氨水溶液分配、霧化和計量。該系統設計時應特別關注以下幾個方面。

（1）為了提高脫NOx的效率并實現NH3泄漏最小化，應滿足以下3個條件。①氨水溶液噴入的位置無火焰。②反應區域維持合適的溫度（850～1000℃）。③反應區域達到50%（可調）脫硝效果的停留時間（0.8s，900℃）。

（2）SNCR系統應根據NOx和氨逃逸的設定值全自動調節噴量來滿足排放要求。氨逃逸值小于8mg/m3（11%O2含量，干煙氣）。

（3）氨水溶液噴嘴應選擇耐腐蝕、耐高溫、霧化性能優異的產品，具有根據氨水溶液噴霧運行/停止或爐內溫度連鎖而實現插拔的功能。

3.3 石灰漿制備系統

石灰漿制備系統包括石灰儲倉、石灰定量給料機、石灰漿制備槽、石灰漿儲漿罐、石灰漿泵及連接各設備的管道、閥門和清洗設施等。該系統設計時應特別關注以下3個方面。

（1）制漿罐入口水管設流量指示及控制；儲漿罐設液位指示和低位報警；石灰漿泵出口管路設壓力指示；噴霧反應器入口管路設流量指示和調節，流量根據煙氣分析儀中HCl、SO2含量自動調節。

（2）石灰漿溶液管道接頭應采用法蘭或其他機械連接，設清掃口或反沖洗接口；管道設置必要的控制閥門和測量儀表。

（3）考慮石灰漿管路堵塞時的影響，應設置過負荷電流保護裝置以及防止石灰漿管路發生堵塞和固著的設施。

3.4 垃圾焚燒發電廠煙氣污染防控的管理方法

為了不斷提高垃圾焚燒發電廠煙氣環境污染防治水平，監督煙氣環境污染防控的總體成本，減少煙氣環境污染疫情防控的壓力，發電企業應充分發揮自身的主動性，從組織建設、人員配備等方面提高煙氣環境污染防治的管理效率，并根據管理要素參與降低煙氣污染水平。具體而言，電站管理人員和領導必須遵循煙氣環境污染防治的管理模式，消化吸收過去有益的工作經驗，開展垃圾焚燒發電系統建設，并對焚燒垃圾的分類和選擇進行標準化管理，以確保焚燒垃圾的底熱合格，阻斷煙氣污染物的產生途徑。同時，根據垃圾焚燒發電用油煙凈化器的組成，制定了維護計劃。派遣人員根據維護計劃及時檢查凈化處理的運行狀態，并根據工作狀態做好煙氣凈化處理設備的維護工作，確保煙氣空氣凈化裝置始終處于良好狀態，提高煙氣凈化處理的效率[5]。

垃圾焚燒發電作為一項重要的基礎設施建設，涉及區域民生項目。在煙氣環境污染防治方面，工作人員必須加強與相關政府機構的合作，采用“興化”的內部控制、管理和外部監督方法，減少垃圾焚燒發電造成的煙氣環境污染管理中的漏洞，確保發電企業能夠迅速應對突發事件并有序解決。充分考慮到廢點火電站煙氣污染物防治的必要性，電站必須配備專職管理人員，并采取判斷和塑造、及時學習和培訓、考核和激勵等措施，建設一支專業的煙氣環境污染防治管理團隊。在專業管理人員的充分參與下，可以最大限度地發揮管理優勢，確保垃圾焚燒發電煙氣凈化處理既定目標的實現。

3.5 脫酸反應器系統軟件

脫酸反應塔系統軟件為半干式試驗反應器。旋轉霧化器位于噴霧反應器的上端。系統軟件中的石灰粉進入旋轉霧化器，霧化至平均值約為50μm的細液體，細液體與移動的煙霧一起呈螺旋狀流動，并被非常大的煙流包裹。在這個過程中，石灰粉完全接觸煙霧中的HCl、HF、SO2和其他酸性氣體，并產生化學反應。在設計控制系統時，應特別注意以下方面。

（1）在設計反應塔時，考慮煙氣在反應塔中有足夠的停留時間，以確保出口煙氣中的固體顆粒自然干燥，不會粘在壁上。

（2）筒倉出口設有破碎機和星形排灰閥，與刮板輸送機連接，確保灰的正常排出；筒倉應有足夠的傾角（≥60°）以獲得更好的流動性，并應配備入口孔、液位指示器控制和堵塞清除設備。為避免灰和鹽結塊，筒倉應配備電伴熱系統，電伴熱設備應確保錐溫不低于110℃。

3.6 健全垃圾焚燒發電廠煙氣除塵技術方案

結合以往經驗，垃圾燃燒發電廠在運行過程中，煙氣中會形成大量的固體顆粒，為應對這種局面，實現煙氣內固體顆粒物有效防治，減少顆粒物產生的環境危害。在固體顆粒處置環節，技術人員應當有序做好煙氣除塵技術應用，為確保除塵技術效果，應當綜合考量垃圾焚燒特點，綜合顆粒特性，在厘清環保政策要求、燃煤性質、飛灰性質、現場條件等各類條件，定向完成垃圾焚燒發電廠煙氣除塵技術選擇，強化除塵工作效能。以現階段較為成熟的電除塵技術為例，電除塵借助高壓電廠，將煙塵內懸浮的粉塵以及顆粒在電荷作用下，形成電極運動，被吸附到電極之上，達到除塵凈化的目的。在實際技術應用環節，電除塵技術應當將電極電阻控制在1×104Ω·cm～5×1011Ω·cm，這種特定參數極大地提升了煙氣除塵技術對溫度與壓力等外部環境適應能力，擴大煙塵濃度處理范圍，確保電除塵技術應用效果。濕式電除塵技術應用環節，技術人員需要靈活運用各類技術設備，綜合分析粒徑分布、氣流分布等相關因素，確保設備運轉高效性，實現對顆粒精準化處置。表1為煙氣排放值與標準值。

表1 煙氣排放值與標準值 單位：mg/m3

4 結語

垃圾焚燒發電廠運行過程中產生的煙氣含有大量有害物質，對生態環境產生嚴重威脅，為實現電力生產的清潔化與生態化，最大程度地減少垃圾焚燒發電產生的污染問題，文章從技術、管理等多個維度出發，通過系列防控舉措，構建更為高效的煙氣防治模式。