河北省垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目超低排放技改案例研究

摘? 要：針對(duì)目前生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，河北地區(qū)已經(jīng)運(yùn)行的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加脫酸和脫硝處理工藝，詳細(xì)分析了技改運(yùn)行后對(duì)脫酸和脫硝的影響，并分析了相比原處理工藝技改后投資及運(yùn)行對(duì)成本的影響。

關(guān)鍵詞：生活垃圾;超低排放;脫酸和脫硝

中圖分類號(hào)：X799.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）29-0056-03

Abstract： In view of the continuous improvement of the emission standards of municipal solid waste incineration power generation projects， the existing municipal solid waste incineration power generation projects in Hebei Province have added the process of deacidizing and denitrification on the existing basis. The effects of technical transformation on acid removal and denitrification were analyzed in detail， and the effects of investment and operation on cost were analyzed compared with the original treatment process.

Keywords： municipal solid waste; ultra-low emission; deacidification and denitrification

1 概述

我國(guó)目前生活垃圾年產(chǎn)量1.8億噸，生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)將廢物轉(zhuǎn)化為能源，近些年來(lái)取得迅猛發(fā)展，目前我國(guó)約50%的生活垃圾采用焚燒法處理;未來(lái)幾年，隨著更多的生活垃圾焚燒發(fā)電廠建成運(yùn)行，焚燒比例所占比例將更大?！丁笆濉比珖?guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中提到：截止2020年底生活垃圾焚燒處理占無(wú)害化處理的比例將達(dá)到54%，同時(shí)2020年全國(guó)垃圾焚燒處理能力達(dá)到59.14萬(wàn)噸/日。

垃圾在焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生危害環(huán)境的煙氣，煙氣成分復(fù)雜，包含HCl、SO2、HF、NOx、二噁英、Pb、Cd、Hg等多種組分。目前國(guó)內(nèi)焚燒廠主流煙氣凈化采用“SNCR+半干法脫酸+干法+活性炭噴射+布袋除塵器”處理工藝。我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放執(zhí)行GB18458《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)2014年重新修訂，現(xiàn)階段我國(guó)焚燒廠煙氣排放執(zhí)行GB18458-2014標(biāo)準(zhǔn)。部分大氣環(huán)境承載力不高和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，采用更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EU2000/76/EC）或歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)。

2 河北某垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行工藝和排放參數(shù)

2.1 當(dāng)前運(yùn)行工藝

目前河北省某2×300噸/日垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化系統(tǒng)采用“SNCR+半干法脫酸+干法+活性炭噴射+布袋除塵器”處理工藝。

（1）SNCR脫硝技術(shù)

脫硝采用適用選擇性非催化還原法（SNCR）工藝，該脫硝技術(shù)是在850℃～1100℃的溫度區(qū)間內(nèi)噴入氨水或尿素等還原劑，NOX與還原劑發(fā)生反應(yīng)進(jìn)而被去除，SNCR技術(shù)的脫硝效率在30%～60%之間。其反應(yīng)原理如下：

（2）脫酸除塵工藝

脫酸除塵采用“半干法+干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器”處理工藝。

半干法是通過(guò)噴水量控制反應(yīng)溫度，在合適的溫度消石灰漿液與酸性氣體反應(yīng)，脫除煙氣中的酸性成分。旋轉(zhuǎn)噴霧半干法將石灰漿液通過(guò)塔頂?shù)母咿D(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)霧化器進(jìn)行霧化，石灰漿液被霧化成粒徑30μm～50μm左右的霧滴，細(xì)小的霧滴與酸性氣體充分接觸，在一系列的化學(xué)反應(yīng)后去除煙氣中絕大多數(shù)的酸性氣體;在反應(yīng)過(guò)程中，霧滴吸收煙氣中的熱量不斷蒸發(fā)水分，結(jié)合脫酸塔的獨(dú)特設(shè)計(jì)，塔內(nèi)的高溫?zé)煔馐沟脻{液霧滴在下降的過(guò)程中得到干燥，并在到達(dá)塔底前將水分充分蒸發(fā)，形成固體反應(yīng)物從塔底排出。其化學(xué)反應(yīng)如下：

干法脫酸是從噴射風(fēng)機(jī)來(lái)的空氣將的氫氧化鈣噴入脫酸塔和布袋除塵器間的煙道中，與煙氣中的酸性氣體 SOx，HCl等進(jìn)行反應(yīng)。

活性炭噴射在除塵器前煙氣管道內(nèi)噴入活性炭，活性炭在煙道內(nèi)開(kāi)始吸附二噁英、Hg等重金屬污染物，隨后與煙氣一起進(jìn)入袋式除塵器中吸附在濾袋表面上，與通過(guò)濾袋表面的煙氣充分接觸，最終達(dá)到去除煙氣中重金屬及二噁英的目的。

2.2 技改前運(yùn)行排放參數(shù)

本項(xiàng)目根據(jù)環(huán)保部門(mén)的環(huán)評(píng)批復(fù)文件要求，煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)按《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）執(zhí)行，運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均需滿足國(guó)家規(guī)范的要求;經(jīng)實(shí)地調(diào)研此2×300t/d項(xiàng)目運(yùn)行情況，采用“SNCR+半干法（旋轉(zhuǎn)霧化反應(yīng)塔）+干法（噴射氫氧化鈣）+活性炭噴射+布袋除塵器”實(shí)際可達(dá)到的運(yùn)行排放數(shù)據(jù)如表2。

3 超低排放技改方案

本次河北省超低排放主要針對(duì)顆粒物濃度為8mg/Nm3，SOX濃度為20mg/Nm3，NOX濃度為100mg/Nm3做了更加嚴(yán)格的要求，下面針對(duì)三項(xiàng)指標(biāo)的要求詳細(xì)分析。

3.1 超低排放顆粒物影響

由于河北某2×300噸/日垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)時(shí)布袋除塵器選用PTFE覆膜材質(zhì)，同時(shí)布袋除塵器過(guò)濾風(fēng)速比較低（<0.8m/min），目前運(yùn)行中除塵器出口粉塵顆粒物排放均值低于4mg/Nm3，運(yùn)行時(shí)只要保證布袋除塵器正常運(yùn)行完全可保證新的地方超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 SOX指標(biāo)的影響

針對(duì)酸性氣體SOX指標(biāo)的去除，從工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行上按照由易到難順序的應(yīng)對(duì)辦法如下：

（1）改造干法系統(tǒng)

干法系統(tǒng)采用反應(yīng)活性更高的碳酸氫鈉替代消石灰，鈉堿活性高，反應(yīng)效率更高;設(shè)備投資小，運(yùn)行費(fèi)用會(huì)增加。

（2）半干法系統(tǒng)增設(shè)二流體堿液系統(tǒng)

半干法系統(tǒng)反應(yīng)塔頂?shù)亩黧w噴槍原設(shè)計(jì)是用于脫酸塔降溫，可增設(shè)一套氫氧化鈉堿液供應(yīng)系統(tǒng)作為備用，用二流體鈉堿聯(lián)合旋噴消石灰共同脫酸，鈉堿脫硫效率更高，確保SOX全時(shí)段達(dá)標(biāo)。

（3）濕法系統(tǒng)

在布袋除塵器之后增設(shè)濕法系統(tǒng)，采用氫氧化鈉作為吸收劑，確保二氧化硫全時(shí)段超低排放。濕法設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，且有廢水處理問(wèn)題。

（4）綜合考慮SOX指標(biāo)擬采取的應(yīng)對(duì)辦法

考慮到設(shè)備投資以及項(xiàng)目目前的實(shí)際情況，改造干法系統(tǒng)需要停爐周期較長(zhǎng)，增加濕法系統(tǒng)設(shè)備投資過(guò)大，經(jīng)各方面綜合考慮采用在半干法系統(tǒng)中增設(shè)二流體堿液系統(tǒng)作為備用，堿液系統(tǒng)由氫氧化鈉溶液儲(chǔ)存罐、輸送泵及管路閥組組成。運(yùn)行時(shí)把氫氧化鈉溶液從制備罐輸送到半干式反應(yīng)塔頂部的雙流體型噴嘴，噴霧溶液霧化后與煙氣均勻接觸反應(yīng)，從而煙氣中的酸性氣體與氫氧化鈉溶液反應(yīng)后被去除。

3.3 NOX指標(biāo)的影響

針對(duì)NOX指標(biāo)的去除，從工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行上按照由易到難順序的應(yīng)對(duì)辦法如下：

（1）煙氣再循環(huán)

煙氣再循環(huán)本身是一種低氮燃燒技術(shù)，從引風(fēng)機(jī)出口煙道抽取部分低溫?zé)煔夥祷胤贌隣t內(nèi)，參與二燃室輔助燃燒和流場(chǎng)的擾動(dòng)整合。其反應(yīng)核心在于利用煙氣本身低溫低氧特點(diǎn)（溫度140～150度，氧含量6%～10%），將部分煙氣循環(huán)噴入爐膛內(nèi)，降低爐膛內(nèi)平均溫度和助燃空氣中的氧含量，有效抑制了NOX的生成。通過(guò)煙氣再循環(huán)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒溫度、氧濃度的控制，進(jìn)一步改善爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，從而達(dá)到降低NOX排放的目的。煙氣再循環(huán)技術(shù)脫硝效率在現(xiàn)有SNCR脫硝后的基礎(chǔ)上NOX可再降低30%左右。

（2）低溫SCR

近年來(lái)隨著低溫催化劑材料的發(fā)展，低溫SCR技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。低溫SCR脫硝技術(shù)是在催化劑存在條件下，在合適的溫度反應(yīng)區(qū)間用還原劑NH3將煙氣中的NOX還原為N2和H2O，低溫SCR技術(shù)的脫硝效率可達(dá)80%以上;目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用成熟的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目SCR催化應(yīng)用溫度區(qū)間主要在170℃-230℃，這就要求對(duì)出布袋除塵器的150度左右的煙氣溫度加熱，同時(shí)使催化劑在低粉塵、低SOX的環(huán)境中進(jìn)行相應(yīng)的低溫催化脫氮反應(yīng);同時(shí)可以減少催化劑的堵塞和腐蝕，以避免催化劑的中毒問(wèn)題。

（3）綜合考慮SOX指標(biāo)擬采取的應(yīng)對(duì)辦法

煙氣再循環(huán)技術(shù)實(shí)施的前提是：在鍋爐正常燃燒工況下，爐膛溫度在950℃-1070℃范圍內(nèi)，同時(shí)僅運(yùn)行SNCR 時(shí)NOX排放可控制在140mg/Nm3以內(nèi);經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，河北此項(xiàng)目的NOX排放在200mg/Nm3，而且在冬季由于垃圾熱值偏低爐溫控制在950℃-1070℃范圍內(nèi)有困難，僅依靠SNCR和煙氣再循環(huán)難以保證達(dá)到100mg/Nm3的新標(biāo)準(zhǔn)。因此此次技改優(yōu)選采用SCR技術(shù)，可確保NOX排放穩(wěn)定達(dá)到100mg/Nm3的新地方標(biāo)準(zhǔn)。

SCR工藝流程如下： 氨水罐（25%氨水）→氨水泵→加熱混合器→SCR脫硝塔。

布袋除塵器出口的煙氣，經(jīng)過(guò)GGH、SGH加熱達(dá)到230℃。SCR脫硝塔的催貨劑采用中溫反應(yīng)催化劑，反應(yīng)溫度在210℃-230℃，中溫催化劑正常使用壽命為5～10年;同時(shí)系統(tǒng)能夠適應(yīng)額定煙氣量50%～120%的變化，脫硝系統(tǒng)能夠根據(jù)煙氣量及煙氣成分波動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證脫硝后煙氣指標(biāo)始終低于排放限值。

4 技改后投資及運(yùn)行成本

本次河北某2×300噸/日垃圾焚燒發(fā)電廠技改需要增設(shè)脫酸堿液系統(tǒng)和SCR脫硝系統(tǒng)，預(yù)計(jì)新增投資1800萬(wàn)元。其中建筑工程費(fèi)300萬(wàn)元，設(shè)備購(gòu)置和安裝工程費(fèi)1500萬(wàn)元，其中運(yùn)營(yíng)成本主要分為原材料可變成本以及折舊利息等費(fèi)用。

4.1 堿液和SCR的運(yùn)營(yíng)成本（見(jiàn)表3）

4.2 營(yíng)運(yùn)成本合計(jì)

考慮到折舊和銀行貸款等，折舊期按20年考慮，銀行貸款按照現(xiàn)有利息執(zhí)行，貸款年限按15年考慮，其中折舊攤銷費(fèi)用4.41元/噸垃圾，利息費(fèi)用0.86元/噸垃圾，同時(shí)堿液和SCR的運(yùn)營(yíng)成本為18.86元/噸垃圾，因此折合每噸垃圾總營(yíng)運(yùn)成本24.13元/噸垃圾。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)城市化水平的不斷提高，各地建設(shè)生活垃圾焚燒廠的運(yùn)行和在建數(shù)量不斷增長(zhǎng)，考慮到各地環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，在建和已運(yùn)行的垃圾焚燒發(fā)電廠非常有必要實(shí)施更高效的脫硫脫硝除塵工藝;本文在現(xiàn)有已運(yùn)行垃圾焚燒廠煙氣凈化工藝基礎(chǔ)上，在半干法系統(tǒng)增設(shè)二流體堿液脫酸系統(tǒng)作為備用，同時(shí)在布袋除塵器后增設(shè)SCR系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用于生活垃圾焚燒發(fā)電廠，使得改造后的SOx排放濃度低于30mg/Nm3和NOX排放濃度低于100mg/Nm3，全面優(yōu)于GB18458-2014國(guó)家的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足河北省超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，為已運(yùn)行和在建的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目提供了有效的脫硫脫硝除塵參考實(shí)施方法。

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