生活垃圾焚燒煙氣脫硝超低排放技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

高勁豪，高 原

（南京碧林環(huán)保科技有限公司，江蘇南京210005）

生活垃圾依據(jù)其成分不同，主要有回收利用、焚燒、填埋、堆肥4種處理方式。垃圾焚燒減量化效果顯著，已成為城市垃圾處理的主要方法之一。目前城市生活垃圾焚燒處理率已達(dá)35%以上，垃圾焚燒設(shè)施必須配有煙氣處理設(shè)施，以防止重金屬、有機類污染物等再次排入環(huán)境中。

生活垃圾焚燒煙氣凈化處理常采用SNCR脫硝+半干法脫硫脫酸+活性炭吸附+袋式除塵工藝[1-2]。GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定顆粒物、SO2和氮氧化物的排放質(zhì)量濃度限值分別為20，80，250 mg/m3[基準(zhǔn)φ(O2)為11%]，而燃煤電廠超低排放要求的顆粒物、SO2和氮氧化物的排放質(zhì)量濃度限值分別為10，35，50 mg/m3[基準(zhǔn)φ(O2)為6%]，由此可見，目前生活垃圾焚燒氣排放標(biāo)準(zhǔn)有進(jìn)一步嚴(yán)苛的空間，特別是氮氧化物的排放質(zhì)量濃度限值。近年來，隨著環(huán)保要求的不斷提高，垃圾焚燒煙氣超低排放是必然趨勢，但采用現(xiàn)有的氨水或尿素溶液進(jìn)行SNCR脫硝實現(xiàn)超低排放仍有較大難度。筆者根據(jù)超低排放的要求，重點介紹了4種垃圾焚燒煙氣的脫硝方案并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較。

1 生活垃圾焚燒煙氣的特點

生活垃圾焚燒處理是指將生活垃圾在高溫及供氧充足的條件下燃燒，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定氣態(tài)物和灰渣?；厥绽贌a(chǎn)生的熱量可用于供熱或發(fā)電，達(dá)到廢物資源化利用的目的。某600 t/d生活垃圾焚燒爐排放煙氣溫度190～240 ℃，具體成分見表1。

表1 某600 t/d生活垃圾焚燒爐排放煙氣成分

由表1看出：生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中顆粒物、重金屬、二噁英類、SO2、NOx、HCl、Hg、H2O都偏高。

2 生活垃圾焚燒煙氣脫硝超低排放技術(shù)

2.1 低溫選擇性催化還原（SCR）脫硝技術(shù)

采用低溫SCR脫硝技術(shù)對煙氣中的氮氧化物進(jìn)行脫除的溫度區(qū)間為180～250 ℃。該技術(shù)需定期對催化劑在線升溫脫除銨鹽，脫硝效率可達(dá)90%以上[3]，能滿足氮氧化物超低排放要求。生活垃圾焚燒煙氣成分復(fù)雜，重金屬含量高，需將低溫SCR脫硝設(shè)備布置在脫硫塔和除塵器后，并增加SDS脫硫系統(tǒng)，控制煙氣中SO2質(zhì)量濃度在5 mg/m3以下。

2.2 布袋式低溫SCR脫硝技術(shù)

布袋式低溫SCR脫硝技術(shù)是指將SCR脫硝催化劑混煉到耐高溫的聚四氟乙烯（PTFE）纖維中，再將PTFE纖維織成濾布，并在其表面再覆蓋一層耐高溫防水的樹脂纖維布，以達(dá)到先除塵再進(jìn)行脫硝的目的[4]。其脫硝窗口煙氣溫度為200～250 ℃，但PTFE纖維無法承受300 ℃以上的高溫，無法定期對催化劑層進(jìn)行在線升溫脫除銨鹽，因此該技術(shù)要求煙氣中SO2質(zhì)量濃度在5 mg/m3以下。

2.3 臭氧氧化脫硝技術(shù)

臭氧氧化脫硝技術(shù)是利用臭氧的強氧化性將NOx氧化轉(zhuǎn)化為硝酸或硝酸鹽，反應(yīng)速率快，適宜的反應(yīng)溫度為50～180 ℃，并且對SO2濃度無要求。噴臭氧的格柵安裝于脫硫脫酸塔前，氧化后的NOx用堿性溶液吸收。臭氧還能將Hg0氧化成Hg2+，并在除塵器中被吸附下來。臭氧在與煙氣充分混勻的情況下，脫硝效率達(dá)90%以上，能滿足氮氧化物超低排放要求[4]。

2.4 固體脫硝劑高溫SNCR脫硝技術(shù)

SNCR脫硝技術(shù)適用于煙溫800～1 100 ℃，停留時間1 s以上，如氨與煙氣混合效果較好的場合（如旋風(fēng)入口區(qū)），則脫硝效率可達(dá)70%以上；如氨與煙氣混合效果不好，則存在以下問題：①脫硝效率較低；②會增加運行費用；③存在氨逃逸造成尾氣氨超標(biāo)；④設(shè)備在280 ℃以下的低溫區(qū)存在硫酸鹽堵塞、腐蝕。垃圾焚燒爐上部溫度為800～1 100 ℃，停留時間可達(dá)2 s以上，滿足SNCR脫硝的基本條件[5]。目前常將尿素溶液或氨水直接噴到焚燒爐上部，液體在噴射霧化過程中穿透力較低，與煙氣混合效果一般，脫硝率僅為40%～60%。但如選擇穿透性更強的固體脫硝劑及分散性更均勻的專用噴槍，氨與煙氣能達(dá)到更好的混合效果，SNCR脫硝效率可達(dá)90%以上，可滿足超低排放指標(biāo)。

6 種固體脫硝劑的氨含量、價格及折算成純氨的成本見表2。

由表2可以看出：固體脫硝劑折算純氨成本最高為6 875元/t，最低為2 243.59元/t。

表2 6種脫硝劑的氨含量及折算成噸純氨成本

3 脫硫脫硝方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 設(shè)備配置及投資費用比較

以表1所示的某600 t/d生活垃圾焚燒爐排放的煙氣為例，對上述4種超低排放脫硝技術(shù)方案分別從投資、運行費用兩方面進(jìn)行比較，核算的費用見表3（催化劑、布袋按運行消耗計費）。

由表3可以看出：低溫SCR脫硝、低溫布袋式SCR脫硝設(shè)備較多，投資較高，臭氧氧化脫硝、固體脫硝劑SNCR脫硝設(shè)備較少，投資較低，其中固體脫硝劑SNCR脫硝的設(shè)備僅65萬元，具有較大的投資成本優(yōu)勢。

表3 不同脫硝技術(shù)方案的設(shè)備配置及投資費用

3.2 運行費用比較

因布袋式低溫SCR脫硝布袋10 年更換一次，其他脫硝裝置也按10年運行考慮。在10 年運行過程中，常規(guī)低溫SCR催化劑更換4次、普通布袋更換4次，催化劑升溫20次。固體脫硝劑SNCR脫硝按固體脫硝劑4#核算運行成本。

根據(jù)4種脫硝技術(shù)方案核算的10年期運行費用見表4。

表4 4種脫硝技術(shù)方案的10年期運行費用

由表4可以看出：低溫SCR脫硝、低溫布袋式SCR脫硝、臭氧氧化脫硝運行費用較高，固體脫硝劑SNCR脫硝運行費用最低，10年僅為1 683萬元，為低溫布袋式SCR脫硝的17.85%，折合年運行費用為168.3萬元。

4 結(jié)論

1）與常規(guī)燃煤鍋爐煙氣相比，垃圾焚燒煙氣溫度及二噁英類、重金屬、HCl、Hg、H2O等雜質(zhì)含量都偏高，SO2濃度低。垃圾焚燒爐上方有800～1 100 ℃的溫度區(qū)，且停留時間大于2 s，十分適合固體脫硝劑SNCR脫硝。

2）低溫SCR脫硝、低溫布袋式SCR脫硝、臭氧氧化脫硝、固體脫硝劑SNCR脫硝技術(shù)都能滿足垃圾焚燒煙氣脫硝超低排放要求，但從投資和運行費用上考慮，低溫SCR脫硝、低溫布袋式SCR脫硝、臭氧氧化脫硝運行費用較高，固體脫硝劑SNCR脫硝的投資、運行費用更有優(yōu)勢。目前中國光大國際有限公司垃圾焚燒爐煙氣固體脫硝劑SNCR脫硝技術(shù)在用。