基于超低排放的危廢焚燒煙氣凈化工藝研究

摘要：焚燒法是危險(xiǎn)廢物處理的主要方法之一，其產(chǎn)生的煙氣需要經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)排放。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，超低排放勢(shì)在必行。結(jié)合危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣的常用處理工藝，分析現(xiàn)有項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行效果，然后對(duì)凈化工藝進(jìn)行改進(jìn)，從而滿足超低排放要求。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有項(xiàng)目危廢焚燒煙氣處理后，煙塵、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）的排放濃度均可滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2020），但煙塵和NOx排放濃度均大于標(biāo)準(zhǔn)限值，未實(shí)現(xiàn)超低排放。經(jīng)項(xiàng)目實(shí)踐和技術(shù)比選，以目前危廢焚燒普遍采用的工藝為基礎(chǔ)，在濕法塔后增加濕式電除塵和選擇性催化還原反應(yīng)器（Selective Catalytic Reduction reactor，SCR），進(jìn)一步除塵、脫硝，達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，并且增加煙氣換熱器（Gas-Gas Heater，GGH），充分利用煙氣熱量。研究成果可為今后危廢焚燒工藝設(shè)計(jì)提供方向，值得參考。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)廢物；焚燒；煙氣凈化；超低排放

中圖分類號(hào)：X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）11-0246-06

Research on the flue gas purification process of hazardous waste incineration based on ultra-low emission

ZHAO Shizhou， LIANG Haibo

（Guangdong Haiwen Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 511462， China）

Abstract： Incineration is one of the main methods for hazardous waste treatment， and the generated flue gas needs to be treated to meet emission standards. With the increasingly strict environmental standards， ultra-low emissions are imperative. Based on the commonly used treatment processes for flue gas of hazardous waste incineration， the actual operational effects of existing projects are analyzed， and then the purification process is improved to meet ultra-low emission requirements. Research has found that after the treatment of hazardous waste incineration flue gas in existing projects， the emission concentrations of smoke， sulfur dioxide （SO2）， and nitrogen oxides （NOx） can all meet the Pollution Control Standards for Hazardous Waste Incineration （GB 18484—2020）， but the emission concentrations of smoke and NOx are both greater than the standard limits， and ultra-low emissions have not been achieved. After project practice and technical comparison， based on the commonly used process for hazardous waste incineration， wet electrostatic precipitator and selective catalytic reduction reactor （SCR） are added after the wet tower to further remove dust and denitration， achieving ultra-low emission standards， and Gas-Gas Heater （GGH） is also added to fully utilize the heat of flue gas. The research results can provide direction for the design of hazardous waste incineration processes in the future and are worth referring.

Keywords： hazardous waste; incineration; flue gas purification; ultra-low emission

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和大眾環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，危險(xiǎn)廢物處理更加受到重視和關(guān)注。焚燒法是危險(xiǎn)廢物處理的主要方法之一[1]，通過焚燒對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行減量化、無害化和資源化處理[2]。焚燒產(chǎn)生的煙氣通過一系列凈化處理達(dá)標(biāo)排放。目前，危廢焚燒采用的工藝路線是回轉(zhuǎn)窯→二燃室→余熱鍋爐→急冷塔→干式反應(yīng)器→布袋除塵器→濕法塔→煙氣再熱器→引風(fēng)機(jī)→煙囪，此工藝處理后煙氣排放濃度可滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2020），其中，余熱鍋爐采用選擇性非催化還原（Selective Non-Catalytic Reduction，SNCR）脫硝。

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，國(guó)家不斷推進(jìn)超低排放，顆粒物、二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx）的排放濃度分別不得高于10 mg/Nm3、35 mg/Nm3、

50 mg/Nm3。2015年12月，原環(huán)境保護(hù)部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》，目前，燃煤電廠已基本實(shí)現(xiàn)超低排放；2019年4月，生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施鋼鐵行業(yè)超低排放的意見》，在鋼鐵行業(yè)推行超低排放；2024年1月，生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、工業(yè)和信息化部等部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施水泥行業(yè)超低排放的意見》和《關(guān)于推進(jìn)實(shí)施焦化行業(yè)超低排放的意見》。由此可見，各行業(yè)最終都必須實(shí)現(xiàn)超低排放。顆粒物、

SO2和NOx是3種主要大氣污染物，現(xiàn)有危廢焚燒采用的煙氣處理工藝仍無法實(shí)現(xiàn)超低排放，所以必須對(duì)工藝進(jìn)行升級(jí)。有必要結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行效果，分析升級(jí)方案，設(shè)計(jì)一種可以滿足超低排放的煙氣處理工藝路線，為今后危險(xiǎn)廢物焚燒工藝設(shè)計(jì)提供參考。

1 危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣的常用處理工藝

危險(xiǎn)廢物焚燒處理設(shè)計(jì)的目標(biāo)是達(dá)產(chǎn)和達(dá)標(biāo)。焚燒煙氣必須經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后排放，目前普遍采用的凈化工藝如圖1所示。進(jìn)廠的危險(xiǎn)廢物先進(jìn)行配伍，再入爐焚燒[3]，配伍后低位熱值為14 650.48 kJ/kg。

隨著回轉(zhuǎn)窯筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)，危險(xiǎn)廢物緩慢地向尾部移動(dòng)，完成干燥、燃燒和燃燼的全過程[4]，一次助燃空氣從窯頭噴入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，給回轉(zhuǎn)窯提供必需的氧氣；回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行溫度為850～1 000 ℃，焚燒后的爐渣由窯尾排出，落入出渣機(jī)內(nèi)，爐渣經(jīng)冷卻降溫后由出渣機(jī)帶出，外運(yùn)填埋；焚燒產(chǎn)生的煙氣由窯體尾部進(jìn)入二燃室。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐高溫焚燒產(chǎn)生的煙氣從窯尾進(jìn)入二燃室，同時(shí)補(bǔ)入二次助燃空氣，二燃室的溫度控制在1 100～1 200 ℃，煙氣在二燃室內(nèi)停留的時(shí)間大于2 s，煙氣在二燃室燃盡。二燃室充分燃燒后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐，高溫?zé)煔鉄崃勘挥酂徨仩t回收，將余熱鍋爐煙氣溫度控制在900～1 000 ℃，均勻噴入霧化的尿素溶液，尿素與煙氣中NOx反應(yīng)，從而達(dá)到脫除和降低煙氣中NOx的目的，余熱鍋爐出口煙氣溫度為500～550 ℃。在急冷塔內(nèi)噴入霧化堿液，煙氣溫度在1 s內(nèi)由500～550 ℃驟降至200 ℃以下，減少二噁英再合成的機(jī)會(huì)[5-6]。煙氣經(jīng)過急冷塔后，在干法脫酸塔入口管道上噴入活性炭和消石灰，吸附二噁英和重金屬等有害物質(zhì)，去除煙氣中SO2、HCl和HF等酸性氣體。然后，煙氣進(jìn)入布袋除塵器，去除99%以上的顆粒物。經(jīng)過布袋除塵器后的煙氣進(jìn)入濕法塔，使煙氣溫度由170 ℃降至75 ℃左右，在濕法塔中，NaOH堿液可以去除煙氣中的SO2、HCl和HF。濕法塔出口煙氣通過加熱裝置升溫至130～140 ℃后排放，防止白煙產(chǎn)生，最后達(dá)標(biāo)排放。煙塵、SO2、NOx（以NO2計(jì)）是危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣中的3種主要污染物。根據(jù)《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2020），煙塵、SO2和NOx的排放濃度限值分別為20 mg/Nm3、80 mg/Nm3和250 mg/Nm3；根據(jù)超低排放標(biāo)準(zhǔn)，煙塵、SO2和NOx的排放濃度限值分別為10 mg/Nm3、35 mg/Nm3和50 mg/Nm3。

2 現(xiàn)有項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行效果分析

以湖北省危險(xiǎn)廢物焚燒項(xiàng)目（項(xiàng)目A，設(shè)計(jì)處理規(guī)模10 t/d）和內(nèi)蒙古自治區(qū)危險(xiǎn)廢物焚燒項(xiàng)目（項(xiàng)目B，設(shè)計(jì)處理規(guī)模15 t/d）為研究對(duì)象，2個(gè)項(xiàng)目的工藝路線均為回轉(zhuǎn)窯→二燃室→余熱鍋爐（SNCR脫硝）→急冷塔→干式反應(yīng)器→布袋除塵器→濕法塔→煙氣再熱器→煙囪。根據(jù)逐日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，項(xiàng)目A和項(xiàng)目B焚燒煙氣中煙塵、SO2和NOx排放濃度隨時(shí)間的變化如圖2和圖3所示。

2.1 煙塵處理效果

項(xiàng)目A和項(xiàng)目B均采用布袋除塵器對(duì)煙氣中的顆粒物進(jìn)行脫除，脫除率大于99%。從圖2和圖3可以看出，項(xiàng)目A煙塵濃度在20 mg/Nm3上下波動(dòng)，最高不超過30 mg/Nm3，而項(xiàng)目B煙塵濃度也在30 mg/Nm3以下。2個(gè)項(xiàng)目排放的煙氣中，煙塵濃度均滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2020），但還未達(dá)到超低排放要求，即小于10 mg/Nm3。

2.2 SO2處理效果

目前，成熟的脫酸工藝主要是干法、半干法和濕法[7-8]。干法是向干式反應(yīng)器底部噴入消石灰，煙氣與消石灰充分混合反應(yīng)，脫除部分酸性氣體。半干法是向急冷塔中噴入氫氧化鈣漿液，在1 s內(nèi)將煙氣降溫到200 ℃以下，同時(shí)脫除酸性氣體，在煙氣與堿液接觸反應(yīng)的過程中，水分蒸發(fā)，產(chǎn)生的灰從底部收集排出。濕法是指煙氣在濕法塔中從下向上運(yùn)動(dòng)，片堿溶液從上向下流動(dòng)，兩者逆流接觸反應(yīng)，去除煙氣中的酸性氣體。2個(gè)項(xiàng)目脫酸均采用半干法+干法+濕法，SO2脫除率能超過99%。項(xiàng)目A的SO2排放濃度在10 mg/Nm3以下，大部分時(shí)間是0 mg/Nm3而項(xiàng)目B未檢測(cè)出SO2。由此可見，目前，脫酸工藝可以達(dá)到SO2的超低排放要求。

2.3 NOx處理效果

危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣脫硝采用SNCR，將余熱鍋爐溫度控制在900～1 000 ℃，噴入尿素溶液，尿素與NOx發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到脫除和減少NOx的目的，SNCR脫硝率保持在30%～60%。項(xiàng)目A的NOx排放濃度保持在80～140 mg/Nm3，項(xiàng)目B的NOx排放濃度保持在190 mg/Nm3以下，均能滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2020），但距離超低排放要求50 mg/Nm3還有一定差距。

3 滿足超低排放的工藝改進(jìn)路徑

3.1 工藝分析

通過實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行效果分析得出，干法+半干法+濕法的脫硫工藝可以實(shí)現(xiàn)SO2超低排放，而煙塵和NOx的超低排放需要增加相應(yīng)工藝。國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)煙塵超低排放技術(shù)展開研究，例如，濕式靜電除塵器技術(shù)成熟穩(wěn)定，可將煙塵排放濃度穩(wěn)定控制在5 mg/Nm3以下[9-10]。電力行業(yè)在濕法塔后加設(shè)濕式電除塵器，進(jìn)一步除塵除霧，出口煙塵濃度滿足超低排放要求[11]。濕式電除塵器的除塵是向電場(chǎng)空間輸送直流負(fù)高壓，通過空間氣體電離，煙氣中粉塵顆粒和霧滴顆粒荷電，在電場(chǎng)力的作用下，收集在收塵極表面，然后利用收塵極表面形成的水膜將粉塵沖洗去除[12]。濕式電除塵可以有效脫除微細(xì)粉塵和氣溶膠，提高煙囪排煙透明度，滿足更長(zhǎng)遠(yuǎn)的國(guó)家空氣質(zhì)量控制要求[13-14]。某項(xiàng)目的濕式電除塵設(shè)備如圖4所示。

目前，個(gè)別危廢焚燒項(xiàng)目在濕法塔后設(shè)置濕式電除塵，獲得良好的除塵效果，出口煙塵濃度可控制在5 mg/Nm3以下。例如，江蘇省某設(shè)計(jì)處理規(guī)模80 t/d的危廢焚燒項(xiàng)目在濕法塔后設(shè)置濕式電除塵，排放煙氣中，煙塵濃度可低于5 mg/Nm3，如圖5所示。

相較于危廢焚燒煙氣脫硝常用的SNCR，選擇性催化還原反應(yīng)器（Selective Catalytic Reduction reactor，SCR）[15]是在一定溫度和催化劑作用下利用氨基還原劑與NOx反應(yīng)，生成氮?dú)夂退撓趼食^85%。余熱鍋爐的SNCR溫度為900～1 000 ℃，常規(guī)SCR溫度為300～400 ℃，低溫SCR溫度為160～250 ℃[16]。SCR在諸多行業(yè)廣泛應(yīng)用，電力行業(yè)采用SCR將NOx濃度削減到50 mg/Nm3以下[17-18]。

危險(xiǎn)廢物焚燒工藝已采用SNCR脫硝，若增加SCR進(jìn)一步脫硝，則計(jì)算其脫硝效率。危險(xiǎn)廢物燃燒后，煙氣中的NOx濃度一般保持在300～400 mg/Nm3，初始濃度按400 mg/Nm3計(jì)算，SNCR效率取50%，SCR效率取85%，則煙氣經(jīng)過SNCR和SCR后NOx濃度可達(dá)30 mg/Nm3，滿足超低排放要求。

SCR采用低溫催化劑，考慮催化劑的使用壽命和穩(wěn)定運(yùn)行[19-24]，SCR應(yīng)設(shè)置在濕式電除塵后面。危險(xiǎn)廢物焚燒單元沒有適合SCR反應(yīng)的溫度，需要在SCR反應(yīng)器前設(shè)置煙氣加熱器，利用天然氣燃燒將煙氣加熱到200 ℃左右，然后進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝。煙氣換熱器（Gas-Gas Heater，GGH）是一種利用高低溫?zé)煔鈸Q熱的設(shè)備，為了充分利用煙氣的熱量，設(shè)置2個(gè)GGH[25-27]。設(shè)置GGH1將濕法塔前煙氣熱量傳給濕式電除塵后的煙氣，設(shè)置GGH2將SCR后煙氣熱量傳給煙氣加熱器前的煙氣，以減少天然氣的用量。

3.2 工藝改進(jìn)

根據(jù)目前危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣的處理情況和各行業(yè)的煙氣凈化技術(shù)應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)有危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。為進(jìn)一步除塵、脫硝，選擇在濕法塔后增加濕式電除塵和SCR反應(yīng)器。為了高效利用煙氣熱量并滿足SCR反應(yīng)溫度要求，設(shè)置2個(gè)GGH實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣熱量充分利用并提高SCR反應(yīng)器進(jìn)口煙氣溫度。最終設(shè)計(jì)危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣超低排放工藝流程如圖6所示。

危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣經(jīng)過急冷塔+干式反應(yīng)器+濕法塔的脫酸處理后，SO2實(shí)現(xiàn)超低排放；焚燒煙氣經(jīng)過布袋除塵器+濕式電除塵后，煙塵實(shí)現(xiàn)超低排放；焚燒煙氣經(jīng)過SNCR+SCR脫硝后，NOx實(shí)現(xiàn)超低排放。煙氣加熱器將煙氣加熱到SCR的反應(yīng)溫度，GGH1將濕法塔前煙氣降溫，然后將熱量傳給濕式電除塵后的煙氣，使?jié)袷诫姵龎m后煙氣升溫；GGH2將SCR后煙氣降溫，把熱量傳給煙氣加熱器前的煙氣，提高煙氣加熱器前煙氣溫度；設(shè)置GGH使能量煙氣熱量得到充分利用，減少天然氣使用量，降低能耗。

4 結(jié)論

對(duì)危廢焚燒普遍采用的工藝進(jìn)行改進(jìn)，經(jīng)過項(xiàng)目實(shí)踐和技術(shù)比選，在濕法塔后增加濕式電除塵和選擇性催化還原反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步除塵、脫硝，處理效果可達(dá)到超低排放要求，同時(shí)設(shè)置GGH實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣熱量的充分利用。滿足超低排放要求的危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣處理工藝為回轉(zhuǎn)窯→二燃室→余熱鍋爐（SNCR脫硝）→急冷塔→干式反應(yīng)器→布袋除塵器→GGH1→濕法塔→濕式電除塵→煙氣加熱器→SCR→GGH2→引風(fēng)機(jī)→煙囪。研究成果對(duì)推進(jìn)危廢焚燒煙氣超低排放具有積極意義，同時(shí)為超低排放工藝設(shè)計(jì)提供重要參考。

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