基于超低排放的危廢焚燒煙氣凈化工藝研究

摘要：焚燒法是危險廢物處理的主要方法之一，其產生的煙氣需要經過處理達標排放。隨著環保標準的日益嚴格，超低排放勢在必行。結合危險廢物焚燒煙氣的常用處理工藝，分析現有項目實際運行效果，然后對凈化工藝進行改進，從而滿足超低排放要求。研究發現，現有項目危廢焚燒煙氣處理后，煙塵、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）的排放濃度均可滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2020），但煙塵和NOx排放濃度均大于標準限值，未實現超低排放。經項目實踐和技術比選，以目前危廢焚燒普遍采用的工藝為基礎，在濕法塔后增加濕式電除塵和選擇性催化還原反應器（Selective Catalytic Reduction reactor，SCR），進一步除塵、脫硝，達到超低排放標準，并且增加煙氣換熱器（Gas-Gas Heater，GGH），充分利用煙氣熱量。研究成果可為今后危廢焚燒工藝設計提供方向，值得參考。

關鍵詞：危險廢物；焚燒；煙氣凈化；超低排放

中圖分類號：X799.3 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0246-06

Research on the flue gas purification process of hazardous waste incineration based on ultra-low emission

ZHAO Shizhou， LIANG Haibo

（Guangdong Haiwen Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 511462， China）

Abstract： Incineration is one of the main methods for hazardous waste treatment， and the generated flue gas needs to be treated to meet emission standards. With the increasingly strict environmental standards， ultra-low emissions are imperative. Based on the commonly used treatment processes for flue gas of hazardous waste incineration， the actual operational effects of existing projects are analyzed， and then the purification process is improved to meet ultra-low emission requirements. Research has found that after the treatment of hazardous waste incineration flue gas in existing projects， the emission concentrations of smoke， sulfur dioxide （SO2）， and nitrogen oxides （NOx） can all meet the Pollution Control Standards for Hazardous Waste Incineration （GB 18484—2020）， but the emission concentrations of smoke and NOx are both greater than the standard limits， and ultra-low emissions have not been achieved. After project practice and technical comparison， based on the commonly used process for hazardous waste incineration， wet electrostatic precipitator and selective catalytic reduction reactor （SCR） are added after the wet tower to further remove dust and denitration， achieving ultra-low emission standards， and Gas-Gas Heater （GGH） is also added to fully utilize the heat of flue gas. The research results can provide direction for the design of hazardous waste incineration processes in the future and are worth referring.

Keywords： hazardous waste; incineration; flue gas purification; ultra-low emission

隨著社會經濟的不斷發展和大眾環保意識的不斷增強，危險廢物處理更加受到重視和關注。焚燒法是危險廢物處理的主要方法之一[1]，通過焚燒對危險廢物進行減量化、無害化和資源化處理[2]。焚燒產生的煙氣通過一系列凈化處理達標排放。目前，危廢焚燒采用的工藝路線是回轉窯→二燃室→余熱鍋爐→急冷塔→干式反應器→布袋除塵器→濕法塔→煙氣再熱器→引風機→煙囪，此工藝處理后煙氣排放濃度可滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2020），其中，余熱鍋爐采用選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脫硝。

隨著環保標準的日益嚴格，國家不斷推進超低排放，顆粒物、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）的排放濃度分別不得高于10 mg/Nm3、35 mg/Nm3、

50 mg/Nm3。2015年12月，原環境保護部、國家發展和改革委員會、國家能源局聯合印發《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》，目前，燃煤電廠已基本實現超低排放；2019年4月，生態環境部、國家發展和改革委員會、工業和信息化部等部門聯合印發《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》，在鋼鐵行業推行超低排放；2024年1月，生態環境部、國家發展和改革委員會、工業和信息化部等部門聯合印發《關于推進實施水泥行業超低排放的意見》和《關于推進實施焦化行業超低排放的意見》。由此可見，各行業最終都必須實現超低排放。顆粒物、

SO2和NOx是3種主要大氣污染物，現有危廢焚燒采用的煙氣處理工藝仍無法實現超低排放，所以必須對工藝進行升級。有必要結合實際項目運行效果，分析升級方案，設計一種可以滿足超低排放的煙氣處理工藝路線，為今后危險廢物焚燒工藝設計提供參考。

1 危險廢物焚燒煙氣的常用處理工藝

危險廢物焚燒處理設計的目標是達產和達標。焚燒煙氣必須經過處理達標后排放，目前普遍采用的凈化工藝如圖1所示。進廠的危險廢物先進行配伍，再入爐焚燒[3]，配伍后低位熱值為14 650.48 kJ/kg。

隨著回轉窯筒體的轉動，危險廢物緩慢地向尾部移動，完成干燥、燃燒和燃燼的全過程[4]，一次助燃空氣從窯頭噴入回轉窯內，給回轉窯提供必需的氧氣；回轉窯運行溫度為850～1 000 ℃，焚燒后的爐渣由窯尾排出，落入出渣機內，爐渣經冷卻降溫后由出渣機帶出，外運填埋；焚燒產生的煙氣由窯體尾部進入二燃室。

回轉窯焚燒爐高溫焚燒產生的煙氣從窯尾進入二燃室，同時補入二次助燃空氣，二燃室的溫度控制在1 100～1 200 ℃，煙氣在二燃室內停留的時間大于2 s，煙氣在二燃室燃盡。二燃室充分燃燒后的高溫煙氣進入余熱鍋爐，高溫煙氣熱量被余熱鍋爐回收，將余熱鍋爐煙氣溫度控制在900～1 000 ℃，均勻噴入霧化的尿素溶液，尿素與煙氣中NOx反應，從而達到脫除和降低煙氣中NOx的目的，余熱鍋爐出口煙氣溫度為500～550 ℃。在急冷塔內噴入霧化堿液，煙氣溫度在1 s內由500～550 ℃驟降至200 ℃以下，減少二噁英再合成的機會[5-6]。煙氣經過急冷塔后，在干法脫酸塔入口管道上噴入活性炭和消石灰，吸附二噁英和重金屬等有害物質，去除煙氣中SO2、HCl和HF等酸性氣體。然后，煙氣進入布袋除塵器，去除99%以上的顆粒物。經過布袋除塵器后的煙氣進入濕法塔，使煙氣溫度由170 ℃降至75 ℃左右，在濕法塔中，NaOH堿液可以去除煙氣中的SO2、HCl和HF。濕法塔出口煙氣通過加熱裝置升溫至130～140 ℃后排放，防止白煙產生，最后達標排放。煙塵、SO2、NOx（以NO2計）是危險廢物焚燒煙氣中的3種主要污染物。根據《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2020），煙塵、SO2和NOx的排放濃度限值分別為20 mg/Nm3、80 mg/Nm3和250 mg/Nm3；根據超低排放標準，煙塵、SO2和NOx的排放濃度限值分別為10 mg/Nm3、35 mg/Nm3和50 mg/Nm3。

2 現有項目實際運行效果分析

以湖北省危險廢物焚燒項目（項目A，設計處理規模10 t/d）和內蒙古自治區危險廢物焚燒項目（項目B，設計處理規模15 t/d）為研究對象，2個項目的工藝路線均為回轉窯→二燃室→余熱鍋爐（SNCR脫硝）→急冷塔→干式反應器→布袋除塵器→濕法塔→煙氣再熱器→煙囪。根據逐日監測數據，項目A和項目B焚燒煙氣中煙塵、SO2和NOx排放濃度隨時間的變化如圖2和圖3所示。

2.1 煙塵處理效果

項目A和項目B均采用布袋除塵器對煙氣中的顆粒物進行脫除，脫除率大于99%。從圖2和圖3可以看出，項目A煙塵濃度在20 mg/Nm3上下波動，最高不超過30 mg/Nm3，而項目B煙塵濃度也在30 mg/Nm3以下。2個項目排放的煙氣中，煙塵濃度均滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2020），但還未達到超低排放要求，即小于10 mg/Nm3。

2.2 SO2處理效果

目前，成熟的脫酸工藝主要是干法、半干法和濕法[7-8]。干法是向干式反應器底部噴入消石灰，煙氣與消石灰充分混合反應，脫除部分酸性氣體。半干法是向急冷塔中噴入氫氧化鈣漿液，在1 s內將煙氣降溫到200 ℃以下，同時脫除酸性氣體，在煙氣與堿液接觸反應的過程中，水分蒸發，產生的灰從底部收集排出。濕法是指煙氣在濕法塔中從下向上運動，片堿溶液從上向下流動，兩者逆流接觸反應，去除煙氣中的酸性氣體。2個項目脫酸均采用半干法+干法+濕法，SO2脫除率能超過99%。項目A的SO2排放濃度在10 mg/Nm3以下，大部分時間是0 mg/Nm3而項目B未檢測出SO2。由此可見，目前，脫酸工藝可以達到SO2的超低排放要求。

2.3 NOx處理效果

危險廢物焚燒煙氣脫硝采用SNCR，將余熱鍋爐溫度控制在900～1 000 ℃，噴入尿素溶液，尿素與NOx發生反應，達到脫除和減少NOx的目的，SNCR脫硝率保持在30%～60%。項目A的NOx排放濃度保持在80～140 mg/Nm3，項目B的NOx排放濃度保持在190 mg/Nm3以下，均能滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2020），但距離超低排放要求50 mg/Nm3還有一定差距。

3 滿足超低排放的工藝改進路徑

3.1 工藝分析

通過實際項目運行效果分析得出，干法+半干法+濕法的脫硫工藝可以實現SO2超低排放，而煙塵和NOx的超低排放需要增加相應工藝。國內企業對煙塵超低排放技術展開研究，例如，濕式靜電除塵器技術成熟穩定，可將煙塵排放濃度穩定控制在5 mg/Nm3以下[9-10]。電力行業在濕法塔后加設濕式電除塵器，進一步除塵除霧，出口煙塵濃度滿足超低排放要求[11]。濕式電除塵器的除塵是向電場空間輸送直流負高壓，通過空間氣體電離，煙氣中粉塵顆粒和霧滴顆粒荷電，在電場力的作用下，收集在收塵極表面，然后利用收塵極表面形成的水膜將粉塵沖洗去除[12]。濕式電除塵可以有效脫除微細粉塵和氣溶膠，提高煙囪排煙透明度，滿足更長遠的國家空氣質量控制要求[13-14]。某項目的濕式電除塵設備如圖4所示。

目前，個別危廢焚燒項目在濕法塔后設置濕式電除塵，獲得良好的除塵效果，出口煙塵濃度可控制在5 mg/Nm3以下。例如，江蘇省某設計處理規模80 t/d的危廢焚燒項目在濕法塔后設置濕式電除塵，排放煙氣中，煙塵濃度可低于5 mg/Nm3，如圖5所示。

相較于危廢焚燒煙氣脫硝常用的SNCR，選擇性催化還原反應器（Selective Catalytic Reduction reactor，SCR）[15]是在一定溫度和催化劑作用下利用氨基還原劑與NOx反應，生成氮氣和水，脫硝率超過85%。余熱鍋爐的SNCR溫度為900～1 000 ℃，常規SCR溫度為300～400 ℃，低溫SCR溫度為160～250 ℃[16]。SCR在諸多行業廣泛應用，電力行業采用SCR將NOx濃度削減到50 mg/Nm3以下[17-18]。

危險廢物焚燒工藝已采用SNCR脫硝，若增加SCR進一步脫硝，則計算其脫硝效率。危險廢物燃燒后，煙氣中的NOx濃度一般保持在300～400 mg/Nm3，初始濃度按400 mg/Nm3計算，SNCR效率取50%，SCR效率取85%，則煙氣經過SNCR和SCR后NOx濃度可達30 mg/Nm3，滿足超低排放要求。

SCR采用低溫催化劑，考慮催化劑的使用壽命和穩定運行[19-24]，SCR應設置在濕式電除塵后面。危險廢物焚燒單元沒有適合SCR反應的溫度，需要在SCR反應器前設置煙氣加熱器，利用天然氣燃燒將煙氣加熱到200 ℃左右，然后進入SCR反應器進行脫硝。煙氣換熱器（Gas-Gas Heater，GGH）是一種利用高低溫煙氣換熱的設備，為了充分利用煙氣的熱量，設置2個GGH[25-27]。設置GGH1將濕法塔前煙氣熱量傳給濕式電除塵后的煙氣，設置GGH2將SCR后煙氣熱量傳給煙氣加熱器前的煙氣，以減少天然氣的用量。

3.2 工藝改進

根據目前危險廢物焚燒煙氣的處理情況和各行業的煙氣凈化技術應用，對現有危險廢物焚燒煙氣處理工藝進行改進。為進一步除塵、脫硝，選擇在濕法塔后增加濕式電除塵和SCR反應器。為了高效利用煙氣熱量并滿足SCR反應溫度要求，設置2個GGH實現對煙氣熱量充分利用并提高SCR反應器進口煙氣溫度。最終設計危險廢物焚燒煙氣超低排放工藝流程如圖6所示。

危險廢物焚燒煙氣經過急冷塔+干式反應器+濕法塔的脫酸處理后，SO2實現超低排放；焚燒煙氣經過布袋除塵器+濕式電除塵后，煙塵實現超低排放；焚燒煙氣經過SNCR+SCR脫硝后，NOx實現超低排放。煙氣加熱器將煙氣加熱到SCR的反應溫度，GGH1將濕法塔前煙氣降溫，然后將熱量傳給濕式電除塵后的煙氣，使濕式電除塵后煙氣升溫；GGH2將SCR后煙氣降溫，把熱量傳給煙氣加熱器前的煙氣，提高煙氣加熱器前煙氣溫度；設置GGH使能量煙氣熱量得到充分利用，減少天然氣使用量，降低能耗。

4 結論

對危廢焚燒普遍采用的工藝進行改進，經過項目實踐和技術比選，在濕法塔后增加濕式電除塵和選擇性催化還原反應器，實現進一步除塵、脫硝，處理效果可達到超低排放要求，同時設置GGH實現對煙氣熱量的充分利用。滿足超低排放要求的危險廢物焚燒煙氣處理工藝為回轉窯→二燃室→余熱鍋爐（SNCR脫硝）→急冷塔→干式反應器→布袋除塵器→GGH1→濕法塔→濕式電除塵→煙氣加熱器→SCR→GGH2→引風機→煙囪。研究成果對推進危廢焚燒煙氣超低排放具有積極意義，同時為超低排放工藝設計提供重要參考。

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