某大型垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化工藝選擇

李 勇

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津 300051）

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾的產(chǎn)生量與日俱增。2013年全國(guó)261個(gè)大、中城市生活垃圾產(chǎn)生量達(dá)1.61×108t，并以每年10%的速度迅速增長(zhǎng)，“垃圾圍城”已成為城市發(fā)展亟待解決的重大問(wèn)題。城市生活垃圾焚燒技術(shù)起步于19世紀(jì)中期，我國(guó)從20世紀(jì)中后期開(kāi)始采用焚燒法處理生活垃圾并且發(fā)展勢(shì)頭迅猛[1~3]。根據(jù)《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》要求，到2015年全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理設(shè)施能力達(dá)到無(wú)害化處理總能力的35%以上，其中東部地區(qū)達(dá)到48%以上?？梢哉f(shuō)，我國(guó)生活垃圾焚燒處理已進(jìn)入快速發(fā)展的黃金時(shí)期。然而，城市生活垃圾成分中含有機(jī)氯化物、重金屬等成分，焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣污染物，如不采取有效措施，將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，危害人體健康[4]。

本研究以某大型垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化工程為例，對(duì)垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化工藝進(jìn)行多因素比選，確定煙氣凈化典型工藝流程，降低垃圾焚燒發(fā)電廠對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展。

2 垃圾焚燒發(fā)電廠概況及煙氣主要參數(shù)

2.1 垃圾焚燒發(fā)電廠概況

本研究以某大型垃圾焚燒發(fā)電廠為研究對(duì)象，其生活垃圾占82%，工業(yè)垃圾占18%，遠(yuǎn)期垃圾熱值7500 kJ/kg。垃圾焚燒發(fā)電廠處理規(guī)模為2250 t/d，由3條750 t/d焚燒線組成，每條焚燒線配備1條煙氣凈化線。

2.2 煙氣主要參數(shù)

垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣，主要含有粉塵、酸性氣體（SOx、HCl等）、NOx、重金屬和二惡英等污染成分[4]。

余熱鍋爐出口處煙氣主要參數(shù)如下：煙氣出口處溫度190℃~230℃，煙氣流量（濕基）145450 Nm3/h，粉塵濃度2000 mg/Nm3~4000 mg/Nm3，SO2濃 度 215 mg/Nm3，HCl濃 度 1780 mg/Nm3，NOx濃度200 mg/Nm3。

2.3 煙氣凈化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

隨著垃圾焚燒發(fā)電市場(chǎng)的迅速發(fā)展，我國(guó)于2014年出臺(tái)了新的《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014），對(duì)煙氣凈化提出了更高的要求。本研究設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)在全面滿足國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上，重金屬指標(biāo)參照最嚴(yán)格的歐盟標(biāo)準(zhǔn)（2000/76/EC）。

表1 煙氣凈化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3 煙氣凈化工藝選擇

針對(duì)煙氣成分中的酸性氣體、粉塵、重金屬、二惡英及NOx等污染物，本研究對(duì)各類凈化工藝進(jìn)行分析和比選。

3.1 酸性氣體凈化工藝

煙氣中酸性氣體的脫除主要有三種工藝：干法、半干法與濕法[5]。

干法脫酸是向除塵器前的煙道內(nèi)噴入熟石灰干粉，吸收劑在煙道及除塵器內(nèi)與酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)。從余熱鍋爐出來(lái)的煙氣溫度較高，導(dǎo)致反應(yīng)效率較低，因此需噴水降溫。

半干法脫酸一般以石灰漿液為吸收劑，由噴嘴或旋轉(zhuǎn)霧化器噴入脫酸塔，形成粒徑極小的液滴。煙氣和石灰漿液采用順流或逆流設(shè)計(jì)，保證充足的反應(yīng)時(shí)間。塔內(nèi)未完全反應(yīng)的石灰，隨煙氣進(jìn)入除塵器，附著于除塵器濾袋上與酸性氣體再次反應(yīng)，使脫酸效率進(jìn)一步提高。

濕法脫酸采用洗滌塔形式，洗滌塔分為吸收部和減濕部。在吸收部噴入氫氧化鈉溶液，煙氣進(jìn)入吸收部后與氫氧化鈉溶液充分接觸可達(dá)到很高的脫酸效果。經(jīng)吸收部處理后的煙氣進(jìn)入減濕部，在減濕部噴入大量水，使煙氣驟冷至飽和溫度以下，從而降低煙氣含水量。

國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，干法脫酸凈化效率較低；半干法脫酸凈化效率較高，國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣，積累了較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)；濕法脫酸凈化效率最高，可滿足最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，但流程復(fù)雜，投資和運(yùn)行成本高，目前應(yīng)用較少。

綜合分析，本研究酸性氣體脫除采用“半干法”，同時(shí)在水平煙道噴射熟石灰干粉作為補(bǔ)充。

3.2 除塵工藝

目前垃圾焚燒發(fā)電廠中主要采用靜電除塵和布袋除塵。靜電除塵器對(duì)粉塵的脫除效率可達(dá)到95%~99.5%；布袋除塵器對(duì)粉塵的脫除效率可達(dá)到99.9%以上。但在二惡英控制方面，靜電除塵器的效率遠(yuǎn)低于布袋除塵器[6]。因此，自20世紀(jì)80年代末，我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠大多采用布袋除塵器。

我國(guó)《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ90-2009）中明確規(guī)定生活垃圾焚燒爐除塵裝置必須采用布袋除塵器。因此，本研究采用布袋除塵器，濾袋除塵效率要求大于99.9%。

3.3 二惡英及重金屬脫除工藝

垃圾焚燒煙氣中二惡英的來(lái)源主要包括：垃圾成分中含有的二惡英；含氯前體物燃燒生成二惡英；垃圾成分中含有的二惡英分解后再合成。本研究通過(guò)下列方法控制二惡英的排放[7~8]：

（1）“3T+E”技術(shù)，即維持爐內(nèi)高溫（Temperature），延長(zhǎng)氣體在高溫區(qū)的停留時(shí)間（Time），促進(jìn)空氣擴(kuò)散、混合（Turbulence），過(guò)量空氣優(yōu)化燃燒效率（Excess Air）?！?T+E”技術(shù)可使二惡英的脫除率達(dá)到99.99%；（2）二惡英的生成和一氧化碳濃度呈正相關(guān)。根據(jù)垃圾低位熱值及垃圾量的大小，調(diào)節(jié)送風(fēng)量，同時(shí)通過(guò)爐排運(yùn)動(dòng)對(duì)垃圾翻轉(zhuǎn)、攪拌，使垃圾燃燒更加充分，從而控制煙氣中一氧化碳的含量及二惡英的生成量；（3）當(dāng)煙氣溫度降到300℃～500℃時(shí)，少量已分解的二惡英將重新合成。焚燒爐在設(shè)計(jì)上考慮盡量減小余熱鍋爐尾部截面積，提高煙氣流速，減少煙氣從高溫到低溫過(guò)程的停留時(shí)間，以減少二惡英的再合成；（4）結(jié)合重金屬脫除，在布袋除塵器入口煙道上布置一個(gè)壓縮空氣噴射裝置，將比表面積大于1000 m2/g的活性炭噴入煙氣中，利用活性炭吸附二惡英和重金屬。同時(shí)當(dāng)煙氣通過(guò)除塵器濾袋時(shí)，殘存的微量二惡英仍能與濾袋上的熟石灰、活性炭反應(yīng)得到進(jìn)一步凈化。通過(guò)“3T+E”技術(shù)和活性炭噴射，可實(shí)現(xiàn)二惡英和重金屬穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

3.4 NOx 脫除工藝

目前在垃圾焚燒發(fā)電廠中應(yīng)用最多的NOX脫除技術(shù)主要包括[9]：焚燒控制、選擇性非催化還原工藝（SNCR）和選擇性催化還原工藝（SCR）。

焚燒控制是通過(guò)控制焚燒過(guò)程的工藝參數(shù)降低NOx的排放濃度。主要包括：降低焚燒區(qū)域溫度，控制NOx生成；調(diào)節(jié)助燃空氣分布，減少N2和O2高溫反應(yīng)；創(chuàng)造反應(yīng)條件使NOx還原為N2。SNCR工藝是在焚燒爐內(nèi)噴射氨或尿素，在焚燒溫度為750℃~900℃區(qū)域，NOx與還原劑反應(yīng)被還原為N2[10]。SCR工藝是在TiO2-V2O5等催化劑作用下，通過(guò)噴射氨或尿素，將NOx還原為N2。催化反應(yīng)的溫度一般控制在300℃~400℃。從脫硝效果方面看，SCR可達(dá)到90%以上，焚燒控制技術(shù)可達(dá)到60%~70%，SNCR可達(dá)到50%以上。從成本方面看，SCR和先進(jìn)的焚燒控制系統(tǒng)相當(dāng)，明顯高于SNCR。從節(jié)能環(huán)保方面看，SNCR和SCR均存在少量NH3泄漏污染問(wèn)題；SCR系統(tǒng)要求對(duì)排放的煙氣再次升溫，增加CO2的排放量；當(dāng)SCR催化劑失活后，成為需要特殊處理的危險(xiǎn)廢物?？紤]各類NOX脫除技術(shù)的效率、成本等因素，本研究采用SNCR脫硝工藝。

3.5 煙氣凈化工藝流程

綜上所述，本研究垃圾焚燒后產(chǎn)生的煙氣，經(jīng)“SNCR脫硝+半干法+（活性炭+熟石灰干粉）噴射系統(tǒng)+布袋除塵”組合工藝加以處理后，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

4 結(jié)語(yǔ)

本研究遵循可持續(xù)發(fā)展原則，以某大型垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣成分為設(shè)計(jì)依據(jù)，經(jīng)過(guò)綜合分析比選，煙氣經(jīng)“SNCR脫硝+半干法+（活性炭+熟石灰）噴射系統(tǒng)+布袋除塵”組合工藝凈化后可達(dá)標(biāo)排放。本研究對(duì)各類煙氣凈化工藝的分析比選，或可為相關(guān)工程建設(shè)提供參考和借鑒。

值得注意的是，煙氣排放達(dá)標(biāo)與否除與工程設(shè)計(jì)有關(guān)外，還與運(yùn)營(yíng)管理密不可分。因此，煙氣凈化工程建設(shè)中，科學(xué)合理的工藝設(shè)計(jì)，輔以良好的運(yùn)營(yíng)管理，方可保證煙氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

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