"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)電項目建設將迎來爆發(fā)式增長，某新建生活垃圾焚燒發(fā)電項目，由于地方排放標準、總量控制指標、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（旋轉噴霧反應塔）+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，在除塵的基礎上進一步去除氮氧化物等酸性氣體，實現煙塵、二氧化硫、氮氧化物超低排放，該技術的應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

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

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

同時地方政府出臺了引導企業(yè)自主實施超低排放政策，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)決定響應政府引導，實施超低排放，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，同時亦可滿足總量控制指標要求、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，推動生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)煙氣凈化技術的發(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)煙氣凈化現狀

1、生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣主要成份及排放標準

生活垃圾焚燒發(fā)電產生的煙氣成分極其復雜，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，各個污染因子產生量可能會有所不同。

目前我國執(zhí)行的為《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014），對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狀

根據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。

根據實際調查及《生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化工藝的研究及應用》（林歡）等研究文獻，目前，垃圾焚燒煙氣凈化技術應用較多的工藝技術路線“SNCR脫硝+半干脫酸法+干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器”，該工藝能達到國家標準《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2014）對污染物限值要求。

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材質是陶瓷纖維（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，對粉塵的過濾與布袋除塵器的纖維層對氣體凈化都基于同一過濾理論，原理同布袋除塵器，經過前期預處理（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（焚燒產生的煙塵、石灰反應劑和生成物、凝結的重金屬、噴入的活性炭等）附著在陶瓷濾管表面，形成一層濾餅，進一步攔截煙氣中的細顆粒物，另外煙氣中的酸性氣體可以進一步與濾餅中的堿性固體反應。煙氣中的NOx則與內附在陶瓷濾管內壁的SCR催化劑作用下與NH3反應生成N2、H2O而被脫除。整個工藝原理見圖2-1。

2、技術特性

（1）材質特性

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）、極細的陶瓷纖維可增強過濾和去除效率（直徑約2～3微米）、陶瓷纖維不易與化學物質起化學反應、可耐高溫，最高耐溫1000℃，750℃長期使用、剛性特質、單體結構、不需框架、圓筒狀、基本材料由硅酸鋁纖維及無機黏著劑組成。

（2）催化劑分布

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

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

催化濾管的壁厚有20mm，纖維里面都布滿奈米級催化粒子，粉塵在濾管外被阻擋，最多滲入1～2mm，壁內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

因催化劑應用在管壁內，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，更有助于反應效率提升，因此催化劑可長時間保持高效活性表現。

（4）催化劑去除二噁英

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

去除二噁英大致反應方程式：

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，設備數量和體積減少、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《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術裝備目錄（2017年版）》中的高溫復合濾筒塵硝協(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)電屬于國家鼓勵類，符合國家現行的政策要求。

2、技術可行性

（1） 除塵可行性

陶瓷濾管除塵對粉塵的過濾與布袋除塵器的纖維層對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比見下表;

相對于普通袋式除塵器，陶瓷濾管除塵技術具有耐高溫、耐酸堿、除塵效率高、使用壽命長等特點，根據該企業(yè)焚燒爐設計參數，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，則經過出塵后可實現煙塵排放濃度為3.50mg/Nm3，滿足超低排放標準要求，因此選用該技術進行除塵可行。

（2）脫硝可行性

陶瓷催化劑管式過濾元件性能特征反應機理是對含有NOx和NH3的煙氣進行均化分布，并穿透納米級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，具有脫硝效率高、同時脫除二噁英和氨逃逸效率低等特點。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）設計脫硝效率可達70%，加上選擇性非催化還原（SNCR）脫氮效率40%，整體可實現脫硝效率82%，以該項目焚燒爐設計的NOx初始濃度400mg/Nm3計，可使NOx排放濃度72mg/Nm3，滿足100 mg/Nm3的超低排放標準，相對于單獨使用SNCR法，可多削減42%的NOx排放量，外經計算，削減后的NOx總量排放指標可滿足區(qū)域總控指標控制要求。

3、工程運行實例

根據濟南玉泉生物發(fā)電有限公司脫硫脫硝除塵一體化改造項目竣工環(huán)境保護驗收監(jiān)測報告表，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“陶瓷催化劑袋式脫硫脫硝除塵+石灰石-石膏脫硫法”脫硫設施、1×30 MW高溫高壓凝汽式汽輪機、30MW 空冷式自并勵靜止勵磁汽輪發(fā)電機。濟南市環(huán)境保護局網站發(fā)布的濟南玉泉生物質發(fā)電有限公司鍋爐5月份煙氣監(jiān)測數據，監(jiān)測數據見表3-2。

由上表可知，濟南玉泉生物質發(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。

另外根據江蘇皮爾金頓耀皮玻璃有限公司驗收監(jiān)測報告，該公司日熔量為600t/d 特種浮法玻璃生產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+脫硫脫硝預反應+陶瓷催化袋式過濾器一體化設備，在一個過濾單元內同時去除硫化物、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97.14%;入口SO2濃度：740mg/Nm3，出口SO2濃度：20mg/Nm3，處理效率可達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98.8%;

由上述兩個監(jiān)測數據可知，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)的脫硝脫酸設備能夠達到超低排放。引用在垃圾焚燒發(fā)電項目亦可滿足煙塵、二氧化硫、氮氧化物超低排放要求。

結? 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，設備數量和體積少，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，運行阻力低，使用壽命長等優(yōu)點;通過對常規(guī)的焚燒煙氣凈化措施進行優(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，減少對周邊大氣環(huán)境的影響，增加選址可行性。該煙氣凈化技術應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。