垃圾焚燒發(fā)電超低排放煙氣處理工藝分析

楊春琳

（光大生態(tài)環(huán)境設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

采用爐排爐焚燒垃圾、余熱利用進(jìn)行發(fā)電是目前比較主流的垃圾減量化、資源化處理方式。焚燒后垃圾減容量可達(dá)90%、減重量可達(dá)80%以上，大大減少了垃圾填埋處置用地，節(jié)約土地資源，降低環(huán)境污染，提高環(huán)保效益。隨之而來，煙氣能否達(dá)標(biāo)排放、灰渣能否安全處置就成了最關(guān)鍵的問題。煙氣中含有煙塵、二噁英、重金屬、酸性氣體等有害物質(zhì)，對(duì)居民健康、生存環(huán)境影響深遠(yuǎn)，必須有效去除。隨著近年來煙氣的處理工藝不斷發(fā)展，普遍認(rèn)同的較為經(jīng)濟(jì)可靠的煙氣凈化工藝為：SNCR爐內(nèi)脫氮＋半干法脫酸＋干法脫酸＋活性炭吸附＋布袋除塵”，它具有凈化效率高、無須對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行二次處理的優(yōu)點(diǎn)，處理后的煙氣，可滿足《生活垃圾焚燒處理污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014），部分指標(biāo)可達(dá)到歐盟2010/75/EC要求。隨著國家對(duì)環(huán)保要求的進(jìn)一步提高，一些大中型城市的環(huán)保部門對(duì)煙氣排放指標(biāo)提出了更高的要求。以杭州為例，新建垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的煙塵、SO2、NOX的排放指標(biāo)分別要求控制在10mg/Nm3、50mg/Nm3、75mg/Nm3以下，并且要求煙囪脫白（消除冬季氣溫較低時(shí)煙囪冒白煙現(xiàn)象）。針對(duì)不斷提標(biāo)的排放指標(biāo)，煙氣處理工藝也相應(yīng)增加。

2 煙氣處理工藝

上述三個(gè)指標(biāo)中，采用布袋除塵器對(duì)飛灰的脫除效率是能夠滿足要求的，但是對(duì)SO2、NOX就需要采取進(jìn)一步的脫除設(shè)施。針對(duì)SO2主要是在干法或半干法（消石灰）基礎(chǔ)上增加濕法（NaOH）煙氣脫酸工藝，針對(duì)NOX主要是在SNCR基礎(chǔ)上增加低溫SCR，即對(duì)應(yīng)每一種污染物均有2～3級(jí)工藝對(duì)其進(jìn)行深度脫除，以確保達(dá)到煙氣排放指標(biāo)。除塵采用2級(jí)脫除：布袋除塵+濕法；脫硫采用3級(jí)脫除：半干法+干法+濕法；脫硝采用2級(jí)脫除：SNCR+SCR；二噁因采用2級(jí)脫除：活性炭吸附+SCR。目前主流的工藝方案均為如此，本文對(duì)具體的脫除工藝不再贅述，但是系統(tǒng)布置順序是采用“前催化劑工藝”還是“后催化劑工藝”仍有較大的爭(zhēng)議。下面通過詳細(xì)的分析、計(jì)算來比較其利弊，推薦較優(yōu)的工藝。

3 論述工藝方案

針對(duì)上述處理工藝，有多種組合順序，目前較多采用的方案為以下三種：方案一（圖1）：煙氣凈化工藝為：爐內(nèi)SNCR+半干法+活性碳吸附+干法+布袋除塵+GGH+濕法塔+SGH+SCR。

圖1 SCR在濕法塔后（1）

從余熱鍋爐出口煙氣溫度約200℃，進(jìn)入半干法脫酸塔，出布袋達(dá)到150℃，此時(shí)煙氣中重金屬及二噁英類隨煙塵一并被去除，HCl及SO2被去除大部分，經(jīng)GGH降溫后進(jìn)入濕法塔，去除絕大部分酸性污染物，煙氣溫度降至65℃，經(jīng)SGH加熱升溫至175℃進(jìn)入SCR催化反應(yīng)，去除最后的NOx及二噁英后清潔排放。該方案排煙溫度較高，可達(dá)170℃，排煙溫度高雖然可保證脫白效果，但對(duì)能源利用來說有些浪費(fèi)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了方案二。方案二（圖2）：煙氣凈化工藝為：爐內(nèi) SNCR+半干法+活性碳噴射+干法+布袋+GGH1+濕法塔+GGH2+SGH+SCR。

圖2 SCR在濕法塔后（2）

方案二仍是SCR在濕法塔后，是在方案一的基礎(chǔ)上增加了二級(jí)GGH，充分利用煙氣的余熱，減少為了滿足SCR反應(yīng)溫度所需的加熱蒸汽量。排煙溫度為150℃，可保證全年無白煙。方案三（圖3：SCR在濕法塔前）：煙氣凈化工藝為：爐內(nèi) SNCR+半干法+活性碳噴射+干法+布袋除塵+SGH1+SCR+GGH+濕法塔+SGH2。

圖3 濕法塔在SCR后

方案三的SCR在濕法塔前，脫硫除塵后的煙氣溫度約150℃，此時(shí)煙氣中SO2含量基本達(dá)到SCR催化劑允許運(yùn)行范圍，先由SGH加熱至175℃進(jìn)入SCR催化反應(yīng)，去除NOx及二噁英，再進(jìn)入濕法塔進(jìn)一步脫酸，使用GGH提高煙氣排放溫度至135℃。該方案在春秋季可不脫白，僅在冬季需要二級(jí)SGH將煙氣加熱至150℃,使煙囪出口無白煙。

4 方案比選

（1）三種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如下：方案一和方案二采用的是濕法塔在SCR前，其優(yōu)點(diǎn)一是煙氣經(jīng)過半干法及濕法塔后酸性氣體和粉塵含量已經(jīng)很低，完全滿足SCR催化劑使用要求，催化劑使用壽命有保證；二是排煙溫度高，煙囪全年可脫白。缺點(diǎn)也比較明顯：煙氣溫度經(jīng)過濕法塔后降至較低溫度，為保證進(jìn)入SCR催化反應(yīng)溫度需對(duì)煙氣進(jìn)行再加熱，煙溫起伏較大，需消耗較多蒸汽。方案一較方案二的煙囪排放溫度更高，造成能量浪費(fèi)，而方案二較方案一增加了一級(jí)GGH，煙道系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備占地比較大。方案三采用的是濕法塔在SCR后，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在減少了煙氣溫度反復(fù)變化，降低了加熱煙氣的能耗。其缺點(diǎn)一是進(jìn)入SCR反應(yīng)器中煙氣SO2濃度可能會(huì)超標(biāo)，一旦超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致催化劑中毒，催化劑就需要全部更換，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行存在一定的風(fēng)險(xiǎn)；二是排入煙囪的煙溫較低可能會(huì)產(chǎn)生“白霧”，為脫白還需增加一級(jí)SGH，煙氣系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備占地較大。

（2）消耗的能源比較。由于工藝相同，因此脫硫、除塵、脫氮、脫白的系統(tǒng)類似，所需電負(fù)荷略有不同，但差別不大。從運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性角度，主要核算三種方案所需蒸汽量以及更換催化劑的費(fèi)用。以入爐垃圾低位熱值為7537kJ/kg，單臺(tái)入爐垃圾量為500 t/d為例，單臺(tái)焚燒爐的煙氣量約為92000Nm3/h。為滿足低溫SCR使用溫度，SGH耗汽量：方案一從115℃加熱到175℃,所需煙氣加熱量折算成汽機(jī)一抽蒸汽（1.22MPa，280℃）合計(jì)3.5t/h；方案二從135℃加熱到175℃,所需煙氣加熱量折算成汽機(jī)一抽蒸汽合計(jì)2.3t/h；方案三從150℃加熱到175℃,所需煙氣加熱量折算成汽機(jī)一抽蒸汽合計(jì)1.4t/h。對(duì)于脫白，運(yùn)行成本主要分為三部分：脫白冷卻塔運(yùn)行費(fèi)用、蒸汽加熱器運(yùn)行費(fèi)用以及脫白廢水處理費(fèi)用。方案一中，SCR之后排煙溫度在170℃，在保證煙氣含濕量為45℃下飽和（含水率約9.5%），此時(shí)已滿足全年無白煙，不需加熱蒸汽；方案二排煙溫度控制在150℃，基本滿足全年無白煙；方案三，冬季排煙溫度需從135℃加熱到150℃,所需煙氣加熱量折算成汽機(jī)一抽蒸汽合計(jì)0.9t/h。則初步估算，三個(gè)方案全年的耗汽量如下：方案一：全年耗汽量3.5×8000=28000t/a，合計(jì)蒸汽費(fèi)用約504萬元；方案二：全年耗汽量2.3×8000=18400t/a，合計(jì)蒸汽費(fèi)用約331萬元；方案三：全年耗汽量1.4×6560+（1.4+0.9）×1440=10704t/a（脫白按兩個(gè)月計(jì)），合計(jì)蒸汽費(fèi)用約225萬元。由于濕法塔在SCR后，重金屬和酸性污染物可能導(dǎo)致催化劑中毒，催化劑使用壽命較濕法塔在SCR前的工藝短。考慮其壽命減半，正常可使用4年的催化劑，現(xiàn)在兩年即需更換。即折算到每年的運(yùn)行費(fèi)用三個(gè)方案分別為200萬元、200萬元、400萬元，加上消耗蒸汽的費(fèi)用，合計(jì)三個(gè)方案分別為704萬、531萬元和625萬元。綜上可見，若不考慮催化劑失效的成本，濕法塔在SCR之后的運(yùn)行成本較優(yōu)；若考慮催化劑失效的成本，則濕法塔在SCR之前較優(yōu)。

從目前實(shí)際運(yùn)行來看，工程中可以采取有效的措施防止催化劑中毒，主要如下：（1）選擇可靠的煙氣凈化系統(tǒng)供應(yīng)商和設(shè)備，運(yùn)行調(diào)節(jié)可靠，以保證進(jìn)入SCR反應(yīng)器中煙氣SO2濃度不會(huì)超標(biāo)；（2）增加在線催化劑再生系統(tǒng)，在催化劑使用半年到一年后活性降低時(shí)，利用再生風(fēng)機(jī)從除塵器出口抽取預(yù)定量煙氣，用加熱電爐循環(huán)加熱該部分煙氣，直至將煙氣加熱到250～450℃，在此溫度下保持12～56小時(shí)，完成催化劑再生。