SDA+SNCR工藝在垃圾發(fā)電焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用

李 媛，張小龍，杜 媛，郭小虎

（陜西大秦環(huán)境科技有限公司，西安 710065）

近年來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，同時(shí)垃圾數(shù)量也迅速增長(zhǎng)。隨著我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，不少城市已建設(shè)或者擬建設(shè)生活垃圾焚燒廠，采用垃圾燃燒發(fā)電的方法處理難以處理的垃圾，不僅可以讓垃圾變廢為寶，而且實(shí)現(xiàn)了垃圾處理的無(wú)害化和資源化[1]。

垃圾焚燒煙氣凈化是垃圾發(fā)電項(xiàng)目的重要一環(huán)。目前，垃圾焚燒后產(chǎn)生的煙氣中含有大量煙塵、HCl和SO2等酸性氣體、重金屬以及有害物質(zhì)二噁英等，煙氣凈化處理流程以脫酸系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)的組合為主，最終實(shí)現(xiàn)煙氣脫酸除塵的目的[2]。

1 項(xiàng)目概況

1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)我國(guó)《城市生活垃圾焚燒處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》和《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ90-2009）的規(guī)定，擬采用半干法旋轉(zhuǎn)噴霧干燥凈化的工藝流程，同時(shí)配備機(jī)械旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫酸反應(yīng)塔外加活性炭吸附和布袋除塵裝置。另外，采用選擇性非催化還原法脫除煙氣中的氮氧化物。

本項(xiàng)目綜合處理生活垃圾量650 t/d，其中焚燒處理生活垃圾量為530 t/d；協(xié)同處理市政污泥50 t/d，其中焚燒處理污泥20 t/d。配套建設(shè)2×550 t/d 循環(huán)流化床垃圾焚燒處理線煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)備。焚燒工藝為循環(huán)流化床鍋爐，煙氣參數(shù)如表1所示。

表1 焚燒煙氣相關(guān)參數(shù)

1.2 總體流程

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，初步設(shè)計(jì)出的工藝流程為，煙氣處理工藝為爐內(nèi)SNCR ＋靜電除塵＋旋轉(zhuǎn)噴霧半干法＋消石灰干法噴射＋活性炭噴射＋袋式除塵。工藝流程如圖1所示。

圖1 垃圾焚燒煙氣凈化技術(shù)總體工藝流程

鍋爐出口煙氣進(jìn)入靜電除塵器，進(jìn)行初步煙塵脫除。初步除塵后的煙氣從脫硫反應(yīng)塔頂部進(jìn)入，同時(shí)石灰漿液經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的霧化器均勻地噴入反應(yīng)塔內(nèi)。石灰漿與自下而上的煙氣流中的HCl、SOx、HF 等酸性氣體進(jìn)行反應(yīng)。噴射的石灰漿液吸熱蒸發(fā)并生成干燥粉末狀反應(yīng)物CaCl2、CaF2、CaSO3及CaSO4等。旋轉(zhuǎn)噴霧脫硫后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，進(jìn)一步脫除煙塵，并經(jīng)煙囪排放。

2 脫硫脫硝工藝選擇

2.1 脫硫技術(shù)

旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小等優(yōu)勢(shì)，脫硫效率可以保持在75%～90%。噴霧干燥吸收法的煙氣脫硫工藝簡(jiǎn)單，包括吸收劑漿液的制備、噴霧干燥吸收和布袋除塵三部分。

未經(jīng)處理的熱煙氣通過氣體分布器進(jìn)入噴霧干燥吸收塔，與微小的石灰漿液滴接觸。煙氣中的酸性組分迅速被細(xì)小的堿性液滴中和，脫出煙氣中的HCl、SO2和SO3，同時(shí)煙氣中的水分被蒸發(fā)。合理地控制煙氣分布、漿液流量和液滴尺寸，以確保液滴在接觸噴霧干燥吸收塔塔壁之前被干燥，干燥產(chǎn)物包括飛灰和吸收反應(yīng)產(chǎn)物，落入吸收塔底部，進(jìn)入粉塵輸送系統(tǒng)。處理后的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，收集固體顆粒，從顆粒收集器出來的煙氣通過引風(fēng)機(jī)送入煙囪排放。

2.2 脫硝技術(shù)選擇

脫除煙氣中的NOx的工藝方法主要有選擇性催化還原法和選擇性非催化還原法。選擇性催化還原法（SCR）是利用催化劑的作用，在低于400℃的條件下進(jìn)行NOx的脫除反應(yīng)。SCR 系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜，投資較高，目前垃圾焚燒廠NOx凈化的應(yīng)用案例較少。選擇性非催化還原法（SNCR）是在高溫（800～1 000℃）條件下，利用還原劑氨或尿素將NOx還原為N2，不需要使用催化劑，并且可利用焚燒爐熱量在垃圾焚燒爐爐膛內(nèi)完成還原反應(yīng)。SNCR 系統(tǒng)設(shè)備投資低，簡(jiǎn)單方便，效率較高。目前，國(guó)內(nèi)外的垃圾焚燒廠多采用此法控制NOx的排放。

3 工藝原理

旋轉(zhuǎn)噴霧半干法（SDA）脫硫是在機(jī)械或氣流的作用下將脫硫劑分散成約為50 μm 的霧狀液滴，霧狀液滴與煙氣間的接觸面積較大，在氣液兩相間發(fā)生快速的傳熱傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)脫硫的目的。為減小煙氣脫硫過程的溫降，本項(xiàng)目采用石灰作為脫硫劑，來自粉倉(cāng)的石灰與水接觸制備成石灰漿液。垃圾焚燒煙氣經(jīng)脫硫塔上部的分配器進(jìn)入脫硫塔體，煙氣中的SO2與塔頂中心的旋轉(zhuǎn)霧化器噴出的Ca（OH）2溶液發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

同時(shí)，煙氣中含有的SO3等酸性氣體也會(huì)被吸收劑吸收，發(fā)生以下反應(yīng)：

因此，脫硫塔的固體產(chǎn)物主要包括亞硫酸鈣或硫酸鈣等。

脫硝采用選擇性非催化還原（SNCR）技術(shù)，其原理是將氨噴入垃圾焚燒爐內(nèi)，在溫度為750～900℃的區(qū)域，NOx與氨反應(yīng)從而生成N2和H2O 等無(wú)害物質(zhì)，沒有反應(yīng)完的NH3與HCl 生成NH4Cl，從而減少氮氧化物的排放量。其間發(fā)生以下反應(yīng)，如式（3）、式（4）所示。

使用25%的氨水溶液作為還原劑，氨水與軟化水混合后，送至安裝在焚燒線余熱鍋爐上的SNCR 專用噴槍，噴入爐膛，SNCR 系統(tǒng)設(shè)備主要用于減少垃圾焚燒產(chǎn)生的廢氣中的氮氧化物排放量，使其達(dá)到低于200 mg/Nm3的排放要求。

4 性能參數(shù)

煙氣凈化工藝系統(tǒng)滿足中國(guó)現(xiàn)有《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014）和歐盟2010/76/EC 中較嚴(yán)格的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求。本工程設(shè)計(jì)的煙氣排放指標(biāo)如表2所示，以干基、O2含量11%計(jì)。

表2 本工程煙氣排放指標(biāo)

5 結(jié)論

垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)是一種將垃圾重新資源利用的“變廢為寶”技術(shù)，而煙氣凈化是垃圾焚燒發(fā)電的重要環(huán)境治理環(huán)節(jié)，決定著垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染物排放量。由于垃圾本身成分復(fù)雜，垃圾焚燒后產(chǎn)生的煙氣成分也比較復(fù)雜，包含大量煙塵、HCl、HF、SO2、NOx、重金屬和二噁英等多種污染物，為了避免垃圾焚燒后產(chǎn)生二次污染，焚燒煙氣必須進(jìn)行凈化以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。本文中“SNCR+靜電除塵+旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫酸+布袋除塵”的煙氣凈化技術(shù)，滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014）相關(guān)要求，處理后煙氣粉塵排放濃度低于10 mg/Nm3，SO2排放濃度低于50 mg/Nm3，NOx排放濃度低于200 mg/Nm3。