垃圾焚燒煙氣處理工藝的相關研究

周志新

摘 ?要：垃圾焚燒過程中將產生大量煙氣，煙氣如未經妥善處理排入大氣將對周邊環境造成惡劣影響。為了最大程度減少垃圾焚燒廠對周邊環境的影響，工程技術人員不斷完善煙氣處理技術。文章主要介紹了國內垃圾焚燒廠采用的主流煙氣處理工藝和相關研究進展。

關鍵詞：垃圾焚燒;煙氣處理技術;研究進展

中圖分類號：TM619 ? ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）25-0109-02

Abstract： A large amount of flue gas will be produced in the process of municipal solid waste incineration. If the flue gas is not properly treated and discharged into the atmosphere， it will have a bad impact on the surrounding environment. In order to minimize the impact of the waste incineration plant on the surrounding environment， engineers and technicians continue to improve the flue gas treatment technology. This paper mainly introduces the mainstream flue gas treatment technology and related research progress adopted by domestic municipal solid waste incineration plants.

Keywords： municipal solid waste incineration; flue gas treatment technology; research progress

我國人口基數龐大，據統計全國672個城市每年城市垃圾產生量已大于2億噸。據測算2017年我國生活垃圾產生量超過4億噸[1]。

以焚燒的方式處理生活垃圾由于具有減量化、資源化、無害化的優點在我國得到廣泛應用。垃圾焚燒煙氣處理作為垃圾焚燒廠的重中之重一直受到工程技術人員及監管人員的重視，相關技術不斷發展、進步。

1 煙氣處理工藝的應用現狀

截止至2019年3月，國內建成垃圾焚燒廠418座，另有167座在建垃圾焚燒廠，生活垃圾焚燒處理率已經超過35%。煙氣處理方面基本采用了半干法+干法脫酸、布袋除塵器除塵、活性炭吸附、SNCR脫硝相結合的工藝。

歐美日等發達國家在焚燒處理垃圾過程中，采取了更為嚴格煙氣排放標準，進一步減少環境影響。我國相關企業焚燒處理生活垃圾時，需要借鑒國外先進的技術及經驗，對現有垃圾焚燒煙氣處理工藝進行創新及優化。當前，我國在垃圾焚燒煙氣處理方面相對成熟，濕法脫酸工藝、SCR脫硝、PNCR脫硝層出不窮。但還需要進一步加強對相關技術的重視程度，結合工程項目的實際需求，探索出一條新型的垃圾焚燒煙氣處理技術，最大程度保護生態環境。

2 垃圾焚燒煙氣處理技術分析

目前垃圾焚燒廠采用的煙氣處理工藝主要分為脫酸工藝、除塵工藝、脫硝工藝、吸附工藝四個部分。

2.1 脫酸工藝

垃圾焚燒廠采用的煙氣處理工藝分為干法脫酸、半干法脫酸和濕法脫酸三種方式。

國內垃圾焚燒廠主要采用半干法脫酸工藝進行脫酸。即在脫酸塔內將提前制備好的石灰漿利用高速旋轉的旋轉霧化器，將石灰漿分散為細小顆粒分布于脫酸塔內。石灰漿微粒與高溫煙氣中的酸性氣體進行中和反應。石灰漿微粒在高溫氣體中一邊蒸發，提升煙氣濕度;另一邊微粒在蒸發過程中水膜吸收煙氣中的酸性氣體，形成鈣鹽。半干法還有另一種由中國恩菲工程技術有限公司引進的NID工藝，該工藝先將石灰粉加水增濕，然后將濕石灰粉均勻的加入脫酸塔，石灰粉在脫酸塔內循環流動。上述兩種工藝中加入的石灰漿和減溫水在脫酸塔內基本干燥，排出的產物均為干燥的固體顆粒。

在使用半干法脫酸工藝的同時，一般還會采用干法脫酸作為輔助工藝，在半干法故障時使用干法脫酸工藝進行脫酸。干法脫酸主要是利用碳酸氫鈉或氫氧化鈣等物質吸收煙氣中的酸性氣體。以碳酸氫鈉作為脫酸劑時干法脫酸不差于半干法脫酸的脫酸效率，但運行費用高昂;當脫酸劑為氫氧化鈣時，脫酸效率降低明顯。

需要注意的是，如果干法脫酸屬于備用工藝且脫酸劑為氫氧化鈣，在使用干法脫酸時需要注意運行溫度保持在155℃左右，同時盡量控制負荷，降低除塵布袋的過濾速度，延長反應時間，有利于提升煙氣排放指標;而以碳酸氫鈉為脫酸劑時則需要將反應溫度提升至190℃，只有在190℃碳酸氫鈉粉末才能更快分解為多孔狀態碳酸鈉顆粒，更好吸收煙氣中的酸性氣體。

濕法脫酸是指在脫酸塔內大量噴入減溫水使酸性氣體與減溫水大量接觸并與脫酸劑反應。其與半干法最大的區別在于脫酸塔內噴淋大量減溫水，并且減溫水不能被完全蒸發，產物為膏狀石膏。

2.2 除塵工藝

除塵工藝在垃圾焚燒煙氣處理工藝中，主要為了截留在垃圾焚燒中所產生的顆粒物，目前垃圾焚燒廠焚燒煙氣采用除塵技術有袋式除塵器和電除塵器。

袋式除塵器主要利用過濾原理對煙氣中的顆粒物進行去除。該工藝采用除塵布袋對煙氣中的飛灰及噴入的活性炭進行全方位的過濾，再由脈沖吹灰系統對附著于布袋外表面的飛灰進行剝離，飛灰落于灰斗通過吹灰或刮板機等除灰系統進行收集。實際工程中除塵效率可達到99.9%以上。袋式除塵器的除塵布袋一次性成本投入高，但除塵布袋可以利用除塵袋表面停留的飛灰協助截留煙氣中的重金屬、二噁英，有較好的吸附效果。因此袋式除塵器在垃圾焚燒廠得到了廣泛運用，是首選的除塵技術。

電除塵器的工作原理是利用高壓直流陰極線和接地陽極板之間形成高壓電場，由于陰極發生電暈放電、氣體被電離。此時帶負電的氣體離子在電場作用下向陽極板運動，與顆粒物碰撞使之帶電，則顆粒物也帶電向陽極運動。直至到達陽極放出電子，顆粒物沉積于陽極板，煙氣得到凈化。電除塵器的除塵效果相對較好，除塵效率可以超過99%，操作流程相對簡易，無污染染。電除塵器雖然成本投入相對較低，但運行費用高，最關鍵的缺點在于不能協助過濾煙氣中的重金屬、二噁英。目前國內的生活垃圾焚燒廠沒有單純使用電除塵器的先例，極少數使用電袋除塵器。

2.3 脫硝工藝

脫硝工藝是指利用脫硝劑將煙氣處理中的氮氧化物還原為氮氣或者利用特殊的燃燒工藝避免氮氧化物的產生。目前國內垃圾焚燒廠主要采用SNCR、SCR及低氮燃燒三種工藝。

其中SNCR（選擇性非催化還原）是將還原劑（氨水、尿素）噴入爐膛內，由于沒有催化劑，反應溫度高，還原劑噴入區域的溫度要求850至1100℃區間。在高溫條件下將氮氧化物進行還原為氮氣和水[2-3]。該工藝運行穩定、費用相對低廉，但脫硝效率較低，上限為40%。一般認為第一煙道下部設置噴槍對一氧化氮脫除效果較好[4]。

SCR（選擇性催化還原）是利用還原劑在使用催化劑條件下將煙氣中的氮氧化物還原為氮氣。相對于SNCR工藝，SCR工藝相對復雜但脫硝效率極高，最高可達到90%以上。根據催化劑活性的不同，運行溫度從180℃至400℃均有分布。隨著各地對垃圾焚燒廠煙氣排放指標不斷提升，SCR工藝成為了更多垃圾焚燒廠的選擇，但重金屬導致的催化劑中毒及硫酸氫銨堵塞的問題迫使催化劑不得不布置于除塵器后方。由此帶來的煙氣再熱、升溫問題使得低溫催化劑應用案例明顯提升。使用低溫催化劑時需注意，低于230℃時硫酸氫銨堵塞問題將逐漸突出，運行中需要嚴格控制脫酸工藝的運行指標。

低氮燃燒工藝指通過對燃燒器布風進行優化，同時結合溫度場工藝，避免焚燒爐火焰中心溫度超過臨界點，從而減少最多約30%的熱力型氮氧化物的產生[5]。部分垃圾焚燒廠采用煙氣再循環工藝，將除塵器出口煙氣通過焚燒爐二次風噴口重新噴入焚燒爐，從而降低煙氣氧含量、延長燃燒過程，減少熱力型氮氧化物的產生。

2.4 吸附工藝

吸附工藝是指將活性炭噴入煙氣中，吸附煙氣中重金屬、二噁英的工藝。其過程的是將活性炭噴入除塵器前方煙道內，利用吸附劑將煙氣中的重金屬、二噁英進行吸附，保證排放的煙氣中二噁英濃度達標。

3 技術研究進展

濕法脫酸開始得到應用。目前個別垃圾焚燒廠在煙氣處理工藝中使用了濕法脫酸，并且酸性氣體的排放效果也優于半干法脫酸工藝，但是在實際使用的過程中也體現出不足之處。例如濕法脫酸工藝一般位于煙氣處理工藝的末端，入口需要布置GGH及SGH對煙氣進行升溫，能耗高。同時濕法脫酸產生的廢水含有二噁英，處置難度較大。廢水只能作為石灰漿制備使用，工藝相對復雜。排氣中含有的微小霧滴對二噁英采樣、檢測產生一定的干擾。

活性炭計量方式逐漸精細化。以往工藝中多條焚燒線公用一個活性炭計量系統的情況比比皆是。一旦出現二噁英檢測異常的情況為后續的工況分析帶來巨大不確定性。目前工藝中更注重單條焚燒線擁有獨立的活性炭計量系統，用以保證活性炭足量投加。

脫硝工藝得到進一步發展。除目前主流的SNCR工藝、SCR工藝、低氮燃燒工藝外，出現有PNCR工藝（高分子脫硝劑工藝）。該工藝將含有氨基成分的高分子脫硝劑直接噴入爐膛內，其反應的窗口溫度與SNCR工藝基本一致。與SCR工藝、SNCR工藝的區別在于：（1）SNCR工藝噴入爐膛內的還原劑為液體，PNCR工藝噴入爐膛的為粉末狀固體;（2）SNCR工藝脫硝效率為40%左右，PNCR可達到80%以上，基本達到SCR工藝水平;（3）PNCR工藝無需催化劑，無需處理廢催化劑;（4）對于SCR工藝無需布置SGH、GGH等再熱器;（5）占地面積較SCR工藝小，與SNCR工藝基本一致。

4 結束語

國內垃圾焚燒煙氣處理工藝基本統一，局部的細微變化對煙氣指標改善不是非常明顯。對于垃圾焚燒廠的煙氣處理工藝而言，新材料、新工藝的將帶來新的變化。

參考文獻：

[1]方濤.垃圾焚燒發電煙氣處理技術的探討[J].華東科技，2018（5）：354-355.

[2]梁增英.城市生活垃圾焚燒爐SNCR脫硝技術研究[D].廣州：華南理工大學，2011

[3]李茂東，楊波，王曉聰，等.SNCR還原劑對垃圾焚燒爐熱效率的影響[D].廣東電力，2016，29（5）：1-7.

[4]陳志剛，黃巧賢，楊波，等.城市垃圾焚燒爐SNCR脫硝系統優化[J].廣東電力，2016（11）：12-17.

[5]綦振華.燃燒型氮氧化物生成、控制途徑及技術淺談[J].科技向導，2012（23）：304.