"陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝"在生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化中的應(yīng)用

唐智廣

摘 要：基于國家和地方的政策，生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)將迎來爆發(fā)式增長，某新建生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，由于地方排放標(biāo)準(zhǔn)、總量控制指標(biāo)、環(huán)境影響可行性等原因，常規(guī)煙氣治理工藝“SNCR+半干脫酸法（旋轉(zhuǎn)噴霧反應(yīng)塔）+干法脫酸（噴射碳酸氫鈉）+活性炭噴射+布袋除塵器”無法滿足要求，企業(yè)決定優(yōu)化煙氣凈化措施，使用“陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝（SCR脫硝）”替代常規(guī)煙氣凈化措施中的布袋除塵器，在除塵的基礎(chǔ)上進(jìn)一步去除氮氧化物等酸性氣體，實(shí)現(xiàn)煙塵、二氧化硫、氮氧化物超低排放，該技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提高生活垃圾焚燒發(fā)電廠污染控制水平，為其他垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化提供參考。

關(guān)鍵詞：焚燒發(fā)電;陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝;超低排放

前言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止2019年，全國運(yùn)行的垃圾焚燒發(fā)電廠超過400座。目前各省的生活垃圾焚燒發(fā)電中長期專項(xiàng)規(guī)劃（2018-2030年）紛紛出臺(tái)，規(guī)劃了大量生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，如河北省，規(guī)劃至2020年，新增垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目64項(xiàng)，今后一段時(shí)間，生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)將迎來爆發(fā)式增長。

某新建垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目，屬于某省生活垃圾焚燒發(fā)電中長期專項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目，在項(xiàng)目實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)采用常規(guī)煙氣凈化工藝“SNCR+半干脫酸法（旋轉(zhuǎn)噴霧反應(yīng)塔）+干法脫酸（噴射碳酸氫鈉）+活性炭噴射+布袋除塵器”，會(huì)出現(xiàn)其主要污染物排放總量不滿足區(qū)域總量控制指標(biāo)、區(qū)域內(nèi)能夠削減現(xiàn)役污染源不足、通過環(huán)境影響預(yù)測電廠運(yùn)行后不滿足區(qū)域環(huán)境質(zhì)量中相應(yīng)污染物總體改善的要求等問題。

同時(shí)地方政府出臺(tái)了引導(dǎo)企業(yè)自主實(shí)施超低排放政策，要求焚燒爐煙氣中煙塵、二氧化硫、氮氧化物控制排放濃度分別是8、20、100mg/m3，基于上述原因，企業(yè)決定響應(yīng)政府引導(dǎo)，實(shí)施超低排放，優(yōu)化煙氣凈化措施。

本文通過論述如何優(yōu)化該發(fā)電廠煙氣凈化措施，通過引入新凈化工藝，滿足超低排放要求，同時(shí)亦可滿足總量控制指標(biāo)要求、滿足環(huán)境可行性，通過優(yōu)化后煙氣凈化措施可以提高生活垃圾焚燒發(fā)電廠污染控制水平，推動(dòng)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展，為其他垃圾焚燒發(fā)電企業(yè)煙氣凈化提供參考，降低生活垃圾焚燒行業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

一、生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)煙氣凈化現(xiàn)狀

1、生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣主要成份及排放標(biāo)準(zhǔn)

生活垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生的煙氣成分極其復(fù)雜，主要有酸性氣體（HCl、SO2、NOx）、二噁英、重金屬（Cr、Cd、Hg、Pb、Cu、Mn等）、顆粒物四大類;不同的垃圾成份，各個(gè)污染因子產(chǎn)生量可能會(huì)有所不同。

目前我國執(zhí)行的為《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014），對(duì)生活垃圾焚燒排放煙氣中顆粒物、二氧化硫、氮氧化物、氯化氫、重金屬及其化合物、二噁英類等污染物提出排放限值要求，如表1-1所示：

2、生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化工藝現(xiàn)狀

根據(jù)垃圾焚燒煙氣污染物的成分，煙氣凈化系統(tǒng)工藝主要分為脫酸（HCl、SO2）處理，脫硝（NOx）處理，顆粒物、二噁英類、重金屬的去除。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查及《生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化工藝的研究及應(yīng)用》（林歡）等研究文獻(xiàn)，目前，垃圾焚燒煙氣凈化技術(shù)應(yīng)用較多的工藝技術(shù)路線“SNCR脫硝+半干脫酸法+干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器”，該工藝能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485-2014）對(duì)污染物限值要求。

二、“陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝”介紹

1、技術(shù)原理

陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝（SCR脫硝）多用于玻璃、焦化等行業(yè)（玻璃、焦化等行業(yè)有超低排放的要求），在玻璃和焦化行業(yè)均有成功案例，并在國外生活垃圾焚燒行業(yè)應(yīng)用。

陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵系統(tǒng)采用帶SCR催化劑的陶瓷過濾管，陶瓷催化劑過濾管的基礎(chǔ)材質(zhì)是陶瓷纖維（Al2O3/SiO2），通過離心工藝成型的陶瓷纖維過濾管，并經(jīng)過SCR脫硝催化劑深度浸泡形成的催化劑過濾管，適用于180℃～380℃溫度范圍的煙氣凈化。

陶瓷過濾管本體具有高效的除塵功能，對(duì)粉塵的過濾與布袋除塵器的纖維層對(duì)氣體凈化都基于同一過濾理論，原理同布袋除塵器，經(jīng)過前期預(yù)處理（半干脫酸法+干法脫酸+活性炭噴射）的煙氣，攜帶氨、粉塵、活性炭及剩的消石灰和碳酸氫鈉混合后進(jìn)入陶瓷濾管一體化脫硝除塵裝置，煙氣中顆粒物絕大部分被陶瓷濾管攔截在外表面，各種顆粒物（焚燒產(chǎn)生的煙塵、石灰反應(yīng)劑和生成物、凝結(jié)的重金屬、噴入的活性炭等）附著在陶瓷濾管表面，形成一層濾餅，進(jìn)一步攔截?zé)煔庵械募?xì)顆粒物，另外煙氣中的酸性氣體可以進(jìn)一步與濾餅中的堿性固體反應(yīng)。煙氣中的NOx則與內(nèi)附在陶瓷濾管內(nèi)壁的SCR催化劑作用下與NH3反應(yīng)生成N2、H2O而被脫除。整個(gè)工藝原理見圖2-1。

2、技術(shù)特性

（1）材質(zhì)特性

陶瓷纖維具有以下特性：高孔隙率（85%）、低密度0.4g/cm3、具抗熱震特性（不受熱脹冷縮的影響而斷裂）、極細(xì)的陶瓷纖維可增強(qiáng)過濾和去除效率（直徑約2～3微米）、陶瓷纖維不易與化學(xué)物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)、可耐高溫，最高耐溫1000℃，750℃長期使用、剛性特質(zhì)、單體結(jié)構(gòu)、不需框架、圓筒狀、基本材料由硅酸鋁纖維及無機(jī)黏著劑組成。

（2）催化劑分布

陶瓷過濾器的基礎(chǔ)材料是陶瓷纖維，而SCR脫硝催化劑時(shí)均勻分布在陶瓷纖維催化層內(nèi)，含有NOx和NH3的煙氣在通過細(xì)密過濾層時(shí)和SCR催化劑表面直接接觸發(fā)生還原反應(yīng)，具有脫硝效率高和氨逃逸低等特點(diǎn)。

催化劑均勻分布在陶瓷纖維濾管上，接觸面積大，能夠使停留時(shí)間及去除效率最大化。單位體積比傳統(tǒng)蜂窩SCR催化劑負(fù)載量大5倍，催化活性更高。廢氣通過催化劑的接觸反應(yīng)時(shí)間大約是傳統(tǒng)SCR的2-5倍，更能有效反應(yīng)催化。

催化濾管的壁厚有20mm，纖維里面都布滿奈米級(jí)催化粒子，粉塵在濾管外被阻擋，最多滲入1～2mm，壁內(nèi)18mm都是干凈的催化劑，催化劑效果比傳統(tǒng)SCR要好。

（3）免除催化劑失效

因催化劑應(yīng)用在管壁內(nèi)，且濾管表面有塵餅形成，所以可降低催化劑受重金砷（As）、硒（Se）及汞（Hg）毒化的概率，使得催化劑壽命延長;另外催化劑的平均分配，可避免阻塞及遮蔽困擾，更有助于反應(yīng)效率提升，因此催化劑可長時(shí)間保持高效活性表現(xiàn)。

（4）催化劑去除二噁英

催化劑主要是去除NOx，同時(shí)還可以去除二噁英。在釩基催化劑的作用下，二噁英和氧氣反應(yīng)，被分解為CO2、H2O、HCl等無毒物質(zhì)排出。

去除二噁英大致反應(yīng)方程式：

C12HnCl8-nO2+（9+0.5n）O2=（n-4）H2O+12CO2+（8-n）HCl

另外，陶瓷纖維濾管一體化脫硝除塵系統(tǒng)是脫二噁英、脫硝、除塵一體化，由于處理步驟減少，設(shè)備數(shù)量和體積減少、更加集中和緊湊，占地面積只占傳統(tǒng)煙氣治理系統(tǒng)的1/3，除塵、脫硝效率更高，運(yùn)行阻力低，使用壽命長。

三、“陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝”可行性

1、與現(xiàn)行國家政策符合性

陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝屬于《國家鼓勵(lì)發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄（2017年版）》中的高溫復(fù)合濾筒塵硝協(xié)同脫除裝備，試用范圍包含垃圾焚燒發(fā)電，因此將該工藝引入垃圾焚燒發(fā)電屬于國家鼓勵(lì)類，符合國家現(xiàn)行的政策要求。

2、技術(shù)可行性

（1） 除塵可行性

陶瓷濾管除塵對(duì)粉塵的過濾與布袋除塵器的纖維層對(duì)氣體凈化都基于同一過濾理論，原理同布袋除塵器，陶瓷濾管除塵與布袋除塵器對(duì)比見下表;

相對(duì)于普通袋式除塵器，陶瓷濾管除塵技術(shù)具有耐高溫、耐酸堿、除塵效率高、使用壽命長等特點(diǎn)，根據(jù)該企業(yè)焚燒爐設(shè)計(jì)參數(shù)，煙氣中原始含塵濃度為3500mg/Nm3左右，陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝除塵效率按99.9%計(jì)，則經(jīng)過出塵后可實(shí)現(xiàn)煙塵排放濃度為3.50mg/Nm3，滿足超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求，因此選用該技術(shù)進(jìn)行除塵可行。

（2）脫硝可行性

陶瓷催化劑管式過濾元件性能特征反應(yīng)機(jī)理是對(duì)含有NOx和NH3的煙氣進(jìn)行均化分布，并穿透納米級(jí)陶瓷過濾層與深層陶瓷纖維表面SCR催化劑高效活性因子直接碰撞發(fā)生還原反應(yīng)，具有脫硝效率高、同時(shí)脫除二噁英和氨逃逸效率低等特點(diǎn)。由于粉塵的被攔截在陶瓷過濾管的外壁，杜絕了堿金屬帶來的催化劑中毒問題。

陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝（SCR脫硝）設(shè)計(jì)脫硝效率可達(dá)70%，加上選擇性非催化還原（SNCR）脫氮效率40%，整體可實(shí)現(xiàn)脫硝效率82%，以該項(xiàng)目焚燒爐設(shè)計(jì)的NOx初始濃度400mg/Nm3計(jì)，可使NOx排放濃度72mg/Nm3，滿足100 mg/Nm3的超低排放標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于單獨(dú)使用SNCR法，可多削減42%的NOx排放量，外經(jīng)計(jì)算，削減后的NOx總量排放指標(biāo)可滿足區(qū)域總控指標(biāo)控制要求。

3、工程運(yùn)行實(shí)例

根據(jù)濟(jì)南玉泉生物發(fā)電有限公司脫硫脫硝除塵一體化改造項(xiàng)目竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測報(bào)告表，公司建有1×130t/h高溫高壓聯(lián)合爐排生物直燃爐，配套建設(shè)“陶瓷催化劑袋式脫硫脫硝除塵+石灰石-石膏脫硫法”脫硫設(shè)施、1×30 MW高溫高壓凝汽式汽輪機(jī)、30MW 空冷式自并勵(lì)靜止勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)。濟(jì)南市環(huán)境保護(hù)局網(wǎng)站發(fā)布的濟(jì)南玉泉生物質(zhì)發(fā)電有限公司鍋爐5月份煙氣監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)見表3-2。

由上表可知，濟(jì)南玉泉生物質(zhì)發(fā)電有限公司煙氣NOx最高濃度25.1mg/Nm3，SO2最高濃度13.7mg/Nm3，煙塵最高濃度：5.7mg/Nm3。

另外根據(jù)江蘇皮爾金頓耀皮玻璃有限公司驗(yàn)收監(jiān)測報(bào)告，該公司日熔量為600t/d 特種浮法玻璃生產(chǎn)線的玻璃爐窯煙氣凈化采用脫硫、脫硝、除塵一體化工藝，選擇1套氫氧化鈣脫硫+脫硫脫硝預(yù)反應(yīng)+陶瓷催化袋式過濾器一體化設(shè)備，在一個(gè)過濾單元內(nèi)同時(shí)去除硫化物、氮氧化物、煙塵等。

入口NOx濃度：1712mg/Nm3，出口NOx濃度：49mg/Nm3，處理效率可達(dá)97.14%;入口SO2濃度：740mg/Nm3，出口SO2濃度：20mg/Nm3，處理效率可達(dá)97.30%;入口粉塵濃度：242mg/Nm3，出口粉塵濃度：2.9mg/Nm3，處理效率可達(dá)98.8%;

由上述兩個(gè)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，該處理工藝處理效率好，污染物出口濃度低，采用陶瓷催化劑袋式脫硫脫硝除塵并配常規(guī)的脫硝脫酸設(shè)備能夠達(dá)到超低排放。引用在垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目亦可滿足煙塵、二氧化硫、氮氧化物超低排放要求。

結(jié)? 論

本文介紹了陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝基本情況，該工藝具有脫二噁英、脫硝、除塵一體化功能，由于處理步驟少，設(shè)備數(shù)量和體積少，占地面積只占傳統(tǒng)煙氣治理系統(tǒng)的1/3，具有除塵、脫硝效率更高，運(yùn)行阻力低，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn);通過對(duì)常規(guī)的焚燒煙氣凈化措施進(jìn)行優(yōu)化，將布袋除塵器替換為陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝，形成“SNCR脫硝+半干式脫酸+干法脫酸+活性炭噴射裝置+陶瓷濾管一體化脫酸脫硝除塵工藝”，使該生活垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒煙氣中的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度滿足8、20、100mg/m3超低排放的要求，整體削減污染物的排放量，減少對(duì)周邊大氣環(huán)境的影響，增加選址可行性。該煙氣凈化技術(shù)應(yīng)用可以顯著提高生活垃圾焚燒發(fā)電廠污染控制水平，為其他垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化提供參考。