生活垃圾焚燒發(fā)電廠全工藝煙氣凈化處理系統(tǒng)

孫艷紅，徐 源，王子琪

(1.中電國際新能源海南有限公司，海南 ?？?571924；2.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，上海 200240)

0 引言

為加強(qiáng)海南省國際自貿(mào)島建設(shè)，促進(jìn)海南省垃圾焚燒行業(yè)的環(huán)境管控和技術(shù)進(jìn)步，海南省市場監(jiān)督管理局組織制定了海南省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 46/484—2019《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，該地方標(biāo)準(zhǔn)比國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18485—2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》排放指標(biāo)要求更嚴(yán)格，對海南省生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化工藝也提出了更高要求。因此，選擇適宜的煙氣凈化技術(shù)對生活垃圾焚燒發(fā)電廠十分關(guān)鍵。

1 全工藝煙氣凈化處理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)簡介

?？谑猩罾贌l(fā)電廠三期擴(kuò)建項目處理能力為3×650 t/天，其煙氣凈化系統(tǒng)采取國內(nèi)領(lǐng)先的全工藝煙氣凈化處理技術(shù)，采用選擇性非催化還原(SNCR)、旋轉(zhuǎn)噴霧半干法、干法脫酸、活性炭噴射吸附、布袋除塵器、1號煙氣-煙氣換熱器(GGH)、濕法脫酸、蒸汽-煙氣換熱器(SGH)、選擇性催化還原(SCR)及2號GGH的組合工藝，反應(yīng)劑為氨水和消石灰，吸附劑為活性炭。

該煙氣凈化處理系統(tǒng)主要由SNCR脫NOx系統(tǒng)、半干反應(yīng)塔系統(tǒng)、石灰漿制備系統(tǒng)、消石灰儲存及噴射系統(tǒng)、活性炭儲存及噴射系統(tǒng)、袋式除塵器系統(tǒng)、飛灰輸送系統(tǒng)、飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)、濕式洗滌塔系統(tǒng)、GGH系統(tǒng)、SCR脫NOx系統(tǒng)、煙氣回流系統(tǒng)、引風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、煙氣管道、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

1.2 工作原理

在全工藝煙氣凈化處理系統(tǒng)中，為了使煙氣中NOx的排放降至限值以下，采用選擇性非催化還原法(SNCR)工藝。選擇性非催化還原法脫除NOx技術(shù)是把含有NHx基的還原劑(如氨水)噴入爐膛溫度為850～1 000 ℃的區(qū)域，該還原劑迅速熱分解成NH3及其他副產(chǎn)品，隨后NH3與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2。

從余熱鍋爐出來190～220 ℃的煙氣從半干反應(yīng)塔頂部進(jìn)入塔內(nèi)，同時配制好的石灰漿液經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的霧化器均勻噴入反應(yīng)塔。石灰漿與熱煙氣流中的HCl，SOx，HF等酸性氣體發(fā)生反應(yīng)。噴射的石灰漿液蒸發(fā)并將煙氣冷卻至150～160 ℃，同時生成干燥粉末狀反應(yīng)物CaCl2，CaF2，CaSO3，CaSO4等。該冷卻過程還會使二噁英、呋喃和重金屬凝結(jié)，一部分反應(yīng)生成物從反應(yīng)塔底部灰斗排出，經(jīng)刮板機(jī)送入公用刮板輸送機(jī)，再經(jīng)斗提機(jī)和飛灰倉頂螺旋輸送機(jī)后進(jìn)入飛灰儲倉，其余部分則隨煙氣離開半干反應(yīng)塔。

在煙氣進(jìn)入袋式除塵器前，直接向煙氣中噴射消石灰粉末和活性炭粉末。消石灰粉末與HCl，SOx等反應(yīng)效果好，能有效去除煙氣中剩余的酸性氣體，而活性炭粉末能吸收煙氣中Hg等重金屬及二噁英、呋喃等污染物。

煙氣夾帶粉塵進(jìn)入袋式除塵器后，煙氣中的酸性氣體繼續(xù)和消石灰反應(yīng)，活性炭也繼續(xù)吸附煙氣中的重金屬、二噁英等。煙氣中的粉塵、凝結(jié)的重金屬、反應(yīng)生成物、反應(yīng)劑、吸附后的活性炭等各種顆粒附著在除塵器濾袋表面，經(jīng)壓縮空氣反吹排入除塵器灰斗，再經(jīng)除塵器刮板輸送機(jī)送入公用刮板輸送機(jī)，最后由斗提機(jī)及飛灰倉頂螺旋輸送機(jī)進(jìn)入飛灰儲倉。

袋式除塵器出口溫度約150 ℃的煙氣從1號GGH下部原煙氣入口進(jìn)入，經(jīng)過管程換熱后溫度降至約103.5 ℃，再從換熱器的下部原煙氣出口出來，進(jìn)入到洗滌塔下半部煙氣入口并在塔內(nèi)向上運行。洗滌塔由下部的冷卻部和上部的吸收減濕部組成，冷卻液循環(huán)泵將塔底冷卻液送至冷卻部上方的噴嘴，向下噴入與逆流的煙氣充分接觸，將煙氣溫度從103.5 ℃逐漸降低其飽和溫度65～67 ℃(減濕部)。20 %的燒堿溶液通過燒堿輸送泵輸送至冷卻液循環(huán)管道中，將冷卻液的pH值維持在6左右。在此過程中，燒堿溶液與煙氣中的HCl，SO2等部分酸性氣體反應(yīng)，生成NaCl，NaF，Na2SO3，Na2SO4等鹽類。另外，為使冷卻液中鹽的濃度保持在4 %，在冷卻液循環(huán)管道上設(shè)置了鹽濃度指示報警器，以便及時調(diào)整濕式洗滌塔底部出口的冷卻液排出量。

煙氣經(jīng)洗滌塔冷卻部冷卻和吸收后進(jìn)入洗滌塔上部的吸收減濕部。從減濕液水箱來的減濕水由減濕水循環(huán)泵經(jīng)熱交換器降溫后，輸送至吸收減濕部上方噴嘴向下噴入，均勻地經(jīng)過填料床與煙氣充分接觸后，再回到減濕水槽形成循環(huán)。加入燒堿溶液可將減濕水pH值維持在7左右。在吸收減濕部，煙氣溫度進(jìn)一步下降，煙氣含水量隨之降低。這樣可在減少煙囪冒“白煙”的同時，借助低溫有利于堿液對酸性氣體吸收的特點，使煙氣中的酸性氣體含量進(jìn)一步降低。凈化后約63 ℃的煙氣經(jīng)塔頂除霧器進(jìn)入煙氣換熱器殼程，加熱至約112 ℃。

煙氣經(jīng)1號GGH加熱后進(jìn)入2號GGH，加熱至150 ℃，再經(jīng)SGH加熱到180 ℃后進(jìn)入SCR反應(yīng)塔。煙氣中的NOx在低溫催化劑作用下與NH3反應(yīng)，凈化后的煙氣經(jīng)2號GGH換熱升溫后通過引風(fēng)機(jī)排入大氣。

1.3 系統(tǒng)特點

(1) 設(shè)置有防止煙囪冒“白煙”的監(jiān)測功能。

(2) 采用煙氣再循環(huán)系統(tǒng)。為降低焚燒爐出口煙氣中的NOx濃度，通過煙氣再循環(huán)系統(tǒng)從布袋除塵器出口引入部分煙氣，回流至焚燒爐注入，降低煙氣的氧含量，減少NOx生成。為此，設(shè)置3條煙氣凈化線，與3條焚燒線對應(yīng)。消石灰、活性炭噴射系統(tǒng)、氫氧化鈉溶液制備系統(tǒng)等公共設(shè)施的設(shè)置能滿足3條煙氣凈化線的要求。

(3) 多點在線監(jiān)測控制。煙氣脫酸、除塵系統(tǒng)中各種藥劑和冷卻水流量分別由袋式除塵器出口煙氣在線分析儀、半干反應(yīng)塔出口溫度測點進(jìn)行控制。

(4) 飛灰輸送、儲存與排出控制。飛灰輸送及儲存系統(tǒng)的飛灰部分由反應(yīng)塔底部灰斗排出，其余由除塵器灰斗排出，經(jīng)輸送機(jī)送入公用刮板輸送機(jī)，由斗提機(jī)及飛灰倉頂螺旋輸送機(jī)進(jìn)入飛灰儲倉。

(5) 飛灰穩(wěn)定化工藝提升。飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)選用“飛灰+螯合劑+水”的飛灰穩(wěn)定化工藝，技術(shù)成熟、工藝簡單、成本較低，飛灰穩(wěn)定化后性質(zhì)穩(wěn)定，完全能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB 16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求，可進(jìn)入生活垃圾填埋場填埋。

(6) 鍋爐煙氣量、粉塵及污染物濃度作為額定工況進(jìn)行設(shè)備設(shè)計和選型。計算脫酸設(shè)備的煙氣量時，總體要求排煙溫度在190～220 ℃波動時必須保證設(shè)備正常運行，污染物排放符合海南省地方標(biāo)準(zhǔn)，每條焚燒線各有一套獨立完整的煙氣處理系統(tǒng)，且各系統(tǒng)的運行互不影響，同時在煙氣凈化部分發(fā)生設(shè)備故障時，不得影響焚燒線正常運行。

(7) 采用先進(jìn)的DCS控制系統(tǒng)。工程范圍內(nèi)所有監(jiān)控對象全部納入全廠DCS系統(tǒng)監(jiān)控。

2 主要分系統(tǒng)設(shè)計要求

2.1 SNCR系統(tǒng)

SNCR系統(tǒng)主要包括氨水溶液儲存系統(tǒng)、氨水溶液稀釋系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)，其中氨水溶液儲存系統(tǒng)用于氨水儲存，然后根據(jù)鍋爐運行情況和NOx排放情況，由輸送泵及在線稀釋系統(tǒng)稀釋成所需的濃度后送入噴射系統(tǒng)，由噴射系統(tǒng)實現(xiàn)各噴射單元的氨水溶液分配、霧化和計量。該系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)特別關(guān)注以下幾個方面。

(1) 為了提高脫NOx的效率并實現(xiàn)NH3泄漏最小化，應(yīng)滿足以下3個條件。

① 氨水溶液噴入的位置無火焰。

② 反應(yīng)區(qū)域維持合適的溫度(850～1 000 ℃)。

③ 反應(yīng)區(qū)域達(dá)到50 % (可調(diào))脫硝效果的停留時間(0.8 s，900 ℃)。

(2) SNCR系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)NOx和氨逃逸的設(shè)定值全自動調(diào)節(jié)噴量來滿足排放要求。氨逃逸值小于8 mg/m3(11 % O2含量，干煙氣)。

(3) 氨水溶液噴嘴應(yīng)選擇耐腐蝕、耐高溫、霧化性能優(yōu)異的產(chǎn)品，具有根據(jù)氨水溶液噴霧運行/停止或爐內(nèi)溫度連鎖而實現(xiàn)插拔的功能。

2.2 石灰漿制備系統(tǒng)

石灰漿制備系統(tǒng)包括石灰儲倉、石灰定量給料機(jī)、石灰漿制備槽、石灰漿儲漿罐、石灰漿泵及連接各設(shè)備的管道、閥門和清洗設(shè)施等。該系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)特別關(guān)注以下幾個方面。

(1) 制漿罐入口水管設(shè)流量指示及控制；儲漿罐設(shè)液位指示和低位報警；石灰漿泵出口管路設(shè)壓力指示；噴霧反應(yīng)器入口管路設(shè)流量指示和調(diào)節(jié)，流量根據(jù)煙氣分析儀中HCl，SO2含量自動調(diào)節(jié)。

(2) 石灰漿溶液管道接頭應(yīng)采用法蘭或其他機(jī)械連接，設(shè)清掃口或反沖洗接口；管道設(shè)置必要的控制閥門和測量儀表。

(3) 考慮石灰漿管路堵塞時的影響，應(yīng)設(shè)置過負(fù)荷電流保護(hù)裝置以及防止石灰漿管路發(fā)生堵塞和固著的設(shè)施。

2.3 脫酸反應(yīng)塔系統(tǒng)

脫酸反應(yīng)塔系統(tǒng)采用半干式反應(yīng)塔，旋轉(zhuǎn)霧化器位于噴霧反應(yīng)器上部，從石灰漿配制系統(tǒng)來的石灰漿進(jìn)入旋轉(zhuǎn)霧化器，被霧化成平均約50 μm的微小液滴，該液滴與呈螺旋狀向下運動的煙氣形成順流，并被巨大的煙氣流裹帶著向下運動，在此過程中，石灰漿與煙氣中的HCl，HF，SO2等酸性氣體充分接觸并發(fā)生中和反應(yīng)。該系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)特別關(guān)注以下幾個方面。

(1) 設(shè)計反應(yīng)塔時考慮煙氣在反應(yīng)塔中有足夠的滯留時間，保證出口煙氣中的固態(tài)顆粒完全干燥、不貼壁。

(2) 灰斗出口配置破碎機(jī)及星型卸灰閥，下連刮板機(jī)，保證飛灰正常排出；灰斗應(yīng)有足夠的傾角(≥60°)以獲得較好的流動性，應(yīng)設(shè)置人孔、料位控制和防堵設(shè)施。為防止灰和鹽結(jié)塊，灰斗需設(shè)置電伴熱，且應(yīng)確保伴熱設(shè)施能使錐體溫度不低于110 ℃。

2.4 活性炭儲存與噴射系統(tǒng)

為了更好地去除垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的重金屬及二噁英，通過向半干式反應(yīng)塔與除塵器之間的煙氣管道內(nèi)噴入活性炭，吸附重金屬及二噁英以保證二者排放濃度達(dá)到項目排放指標(biāo)。該系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)特別關(guān)注以下兩個方面。

(1) 貯倉底部均設(shè)有貯倉破拱裝置，以防止物料搭橋。

(2) 為防止管路堵塞，給料機(jī)應(yīng)設(shè)定只有在噴射風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)后才能啟動(或提前停止)的啟停吹掃管路聯(lián)鎖程序；應(yīng)制定防止活性炭管路發(fā)生堵塞和固著的對策，設(shè)置管路過負(fù)荷保護(hù)裝置及壓力表以判斷管道堵塞情況。

2.5 SCR脫硝系統(tǒng)

SCR反應(yīng)器系統(tǒng)布置在濕法洗滌塔出口1號GGH之后、引風(fēng)機(jī)之前，需脫硝的煙氣經(jīng)1號GGH，2號GGH加熱至150 ℃后，進(jìn)入SGH進(jìn)行加熱，使其溫度達(dá)到180 ℃，再進(jìn)入SCR反應(yīng)器以確保其能與催化劑的使用溫度窗口相吻合。該系統(tǒng)設(shè)計和運行應(yīng)關(guān)注以下幾個方面。

(1) SCR反應(yīng)器入口煙氣均布裝置宜進(jìn)行CFD模擬，確保氣流分布均勻，避免局部沖刷催化劑影響效率及催化劑壽命。

(2) 脫硝效率隨NSR升高而增大，但影響有限；NSR實測值遠(yuǎn)大于理論值，約為后者的10倍。過量氨噴射不會造成氨逃逸量顯著增大，但富余的氨最終將以溶液形式占據(jù)活性位而降低催化劑性能。

(3) 催化劑選型、用量應(yīng)考慮氨逃逸的設(shè)計值，部分地區(qū)對此有所限制，如北京強(qiáng)制性規(guī)定氨逃逸排放限值為2.5 mg/m3，在未做出強(qiáng)制性排放要求的地區(qū)，可參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1967—2019《垃圾發(fā)電站煙氣凈化系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，選擇5 mg/m3的逃逸值進(jìn)行設(shè)計。

(4) 在低溫環(huán)境下，通過增加催化劑供應(yīng)量來保證脫硝效率和延長使用壽命是一種可行的方法。

(5) 在擋板門的選型和設(shè)計時，一定要確保其性能；在SCR系統(tǒng)運行和切換時，一定要避免長時間切換至旁路運行以防止SCR反應(yīng)器內(nèi)腐蝕。

3 全工藝煙氣凈化處理系統(tǒng)應(yīng)用效果

?？谑猩罾贌l(fā)電廠三期擴(kuò)建項目煙氣凈化系統(tǒng)已投運一年，煙氣凈化系統(tǒng)運行正常。該項目煙氣排放值與國標(biāo)及海南省地標(biāo)排放對照情況可參考表1。

從表1中可看出，該項目采用的煙氣凈化處理系統(tǒng)效果良好，HCl，CO，NOx等煙氣排放環(huán)保指標(biāo)明顯優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 18485—2014及海南省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 46/484—2019，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

表1 煙氣排放值與標(biāo)準(zhǔn)值 單位：mg/m3

4 結(jié)束語

結(jié)合?？谑猩钌罾贌l(fā)電廠三期擴(kuò)建項目系統(tǒng)投運一年后的應(yīng)用效果來看，采用全工藝煙氣凈化處理系統(tǒng)后，相關(guān)煙氣排放環(huán)保指標(biāo)明顯優(yōu)于相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)，滿足了海南省對于垃圾焚燒、環(huán)境管控和技術(shù)進(jìn)步要求。