危廢焚燒煙氣凈化工藝路線的比較和選擇

雷鳴

要：焚燒法作為一種處置危險廢物的有效手段，符合“無害化、減量化”的危廢處置方針，在國內得到大范圍應用。煙氣凈化系統是焚燒工藝的重要組成部分。介紹粉塵、酸性氣體、氮氧化物等污染因子的處理技術，對比各種技術的成本和優劣，為危險廢物焚燒廠建設單位、設計單位等提供參考。

關鍵詞：危險廢物;焚燒;煙氣凈化

中圖分類號：X701.2 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0147-03

Comparison and Selection of Hazardous Waste Incineration

Flue Gas Purification Process

LEI Ming

（Guangzhou Weigang Environmental Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510045）

Abstract： As an effective means of disposing hazardous waste， incineration method is in line with the hazardous waste disposal policy of "harmless and reduction"， and has been widely used in China. Flue gas purification system is an important part of incineration process. To introduce the treatment technologies of pollution factors such as dust， acid gas and nitrogen oxides， and compares the costs， advantages and disadvantages of various technologies， so as to provide reference for the construction unit and design unit of hazardous waste incineration plant.

Keywords： hazardous waste;incineration;gas purification

危險廢物經充分燃燒會產生成復雜的煙氣，必須經治理達標后方可排放。煙氣凈化處理主要包括：粉塵顆粒物的去除，酸性氣體的去除，氮氧化物的去除等[1-3]。隨著《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2020）的頒布，如何選擇既穩定又經濟的煙氣處理技術成為危廢焚燒行業面臨的主要研究課題。

1 粉塵顆粒物的去除方案

廢物焚燒過程中產生的微小無機顆粒狀物質主要是：①廢物中不能被焚燒的灰分;②未充分燃燒的有機物;③廢物中帶入的低升華點的鹽類;④煙氣中的重金屬及其他有催化性質的顆粒反應再生成的固體顆粒。其中第一種為主要成分。

焚燒煙氣中粉塵的主要成分為惰性無機物質，如灰分、無機鹽類、可凝結的氣體污染物質及有害的重金屬氧化物，根據廢物種類和成分估算，其質量濃度在450～20 000 mg/m。

除塵設備主要包括旋風除塵器、靜電除塵器及布袋除塵器等。其中，旋風除塵器除塵效率較低，主要去除直徑大于50 μm的粉塵;而靜電除塵器和布袋除塵器除塵效率較高。

靜電除塵器分干式和濕式兩種，具有除塵效率高、壓力損失小、處理煙氣量大和適用范圍廣等優點。其除塵效率高于99%，遠高于旋風、水膜等除塵方式，與袋式除塵器相近。尤其是濕式靜電除塵器，其除塵效率在99.9%以上，連續粉塵排放可控制在10 mg/m以下。除此之外，濕式靜電除塵器還能脫除SO、NH、細小液滴、汞重金屬等，不但能改善煙氣排放指標，而且有利于選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction ，SCR）脫硝設備的應用[4]。靜電除塵原理見圖1，濕電除塵器內部實物見圖2。

布袋除塵器是一種新型、高效的過濾式除塵器，其過濾負荷較高，濾袋使用壽命長、運行安全可靠。圖3和圖4是廣州維港環保科技有限公司研發的一種步入式結構的布袋除塵器，設有獨立的凈煙氣室。該除塵器各個過濾倉室均為獨立結構，可以實現在線關閉任何一個倉室進行清灰，更換濾袋。其已經在國內多個危廢焚燒線中使用，出口粉塵質量濃度可達到5 mg/Nm3，在國內處于先進水平。

近年來，一些地區相繼頒布了粉塵超低排放的地方標準（小于等于10 mg/Nm）。為了得到更好的粉塵脫除效果，同時利于濕法脫酸及SCR脫硝設備的運行，可以將袋式除塵和濕電式靜電除塵結合起來進行粉塵處理。

2 酸性氣體的治理方案

2.1 焚燒煙氣中的酸性概述

焚燒煙氣中的酸性氣體包括氯化氫（HCl）、鹵化氫（氯以外的鹵素，氟、溴、碘等）、硫氧化物（SO）、氮氧化物（NO）、碳氧化物（CO）、五氧化磷（PO）和磷酸（HPO），其中HCl、SO、NO、CO等為主要成分。

2.2 治理技術比選

酸性氣體的去除工藝主要有干法凈化、半干法凈化、濕法凈化三種。相關文獻記載，三種方法對酸性氣體的去除率分別為90%、60%和98%[5-6]。

2.2.1 干法凈化工藝。干法凈化工藝是指將一定細度的吸收劑（以Ca（OH）或小蘇打NaHCO粉末居多）噴入煙氣，吸收劑與煙氣中的酸性氣體發生反應生成鹽類，將煙氣中的酸性成分脫除;同時噴入的還有活性炭粉末，主要用于吸附煙氣中的重金屬和二噁英、呋喃。由于干法凈化工藝是氣固相反應，其反應效率一般只有50%作用，相對半干法和濕法較低。但是從工藝特點分析，干法凈化工藝應用靈活，工藝簡單，作為煙氣脫酸的第一步或者預處理手段非常合適。

2.2.2 半干法凈化工藝。半干法凈化工藝是將含有吸收劑Ca（OH）的漿液噴入脫酸塔中，漿液中的脫酸劑與煙氣中的酸性氣體發生反應，達到脫除煙氣中酸性氣體的目的。半干法凈化工藝的核心設備是漿液霧化噴槍或旋轉霧化噴頭，其可以將漿液霧化成小于100 μm的細小霧滴，漿液霧化過程中吸收劑可以實現與煙氣的高度均勻混合，從而獲得比干法更高的酸堿反應效率。半干法凈化工藝可以與急冷工藝結合使用，在實現煙氣急冷的同時實現脫酸。半干式凈化工藝對HF、HCl的去除效率在80%以上，對SO的去除效率在85%以上。

2.2.3 濕法凈化工藝。濕法凈化工藝利用了氟化氫（HF）、氯化氫（HCl）等酸性氣體易溶于水的性質，以及二氧化硫（SO）在60～80 ℃溫度范圍易于和堿性溶液（一般選用NaOH溶液）反應的特性。濕法凈化工藝常用的設備是濕式洗滌塔，濕式洗滌塔對HF、HCl的去除效率在95%以上，對SO2的去除效率在90%以上。通過調整濕式洗滌塔的藥劑加入，還能去除有機污染物（如多氯代二苯并二惡英PCDDs、多氯代二苯并呋喃PCDFs等）及重金屬。同時，在噴淋過程中，煙氣的粉塵也被捕集下來。濕式反應器還具有一定的除塵功能。濕式煙氣脫硫技術具有裝置性能高、造價低、設備結構簡單、維修方便和節約能源等優點。其缺點是需要對濕法廢水做進一步處理，工藝流程較為復雜，成套設備占地面積大，投資和運行費用較高。三種脫酸工藝指標對比見表1。

2.2.4 藥劑種類。干式為氫氧化鈣粉末（95%純度），半干式為氫氧化鈣乳液（6%），濕式為氫氧化鈉溶液（30%）。

2.2.5 建議的方案。為最大限度地去除煙氣中的有害成分，同時減少廢水的產生，并節省投資，推薦采用組合方式對煙氣中的酸性組分進行凈化處理。組合法煙氣凈化即將干法除酸系統和濕法除酸系統相結合，這種組合工藝吸取了各種處理方法的優點，是有效的煙氣脫酸方法。組合工藝可以避免單獨使用干法效率不穩定和單獨使用濕法煙氣含水量過高的問題。

2.3 氮氧化物的治理方案

2.3.1 生成原理。NOx的生成量與燃燒溫度及廢物的含氮量特別是有機氮的含量有關。燃燒溫度高于1 300 ℃時，送入燃燒爐的空氣中的氮氣和氧氣會生成NO，同時廢物中的有機氮會在焚燒過程中產生NO。總的來說，焚燒煙氣中的NO絕大部分仍來源于廢物中有機氮的焚燒。煙氣中的NO大多以NO的形式存在，NO不溶于水，無法直接通過水洗或者堿液吸收的辦法去除，必須采用其他方法。

2.3.2 治理方案的比選。煙氣中NO的治理方法從源頭控制有燃燒控制法，從結果去除有干式法和濕式法。

①燃燒控制法。燃燒控制法是一種從燃燒工況源頭控制NOx產生的方法。由于在燃燒過程中，空氣中的氮氣會在高溫條件下與氧氣發生反應生成NO。因此，要想從源頭控制NO產生，必須控制燃燒溫度，一般不要超過1 300 ℃，同時控制燃燒過程中氧氣的供給速度，使燃燒處于相對缺氧的工況，這樣可以避免NO的生成。燃燒控制也可以將焚燒后的煙氣再循環通過多次燃燒的手段來控制NO的生成。燃燒控制法必須綜合考慮燃燒空氣量的供給、燃燒煙氣量的控制、火焰溫度的調整等多種因素。

②干式法。干式法又分為選擇性非催化還原法（SNCR）及選擇性催化還原法（SCR）兩種。SCR是在200～400 ℃溫度范圍內使用催化劑，并噴入氨源，將NO還原為氮氣和水。SNCR不用催化劑，在950～1 050 ℃溫度范圍將NO還原為氮氣和水。

就NO的去除效果而言，SCR對NO的綜合去除率在90%以上，而SNCR對NO的去除率一般在30%～50%，若與低氮燃燒技術結合，SNCR的脫硝效率可穩定在60%左右。廣州維港環保科技有限公司設計的SNCR裝置結合鍋爐的特殊設計，在保證氨逃逸量小于10 mg/Nm的情況下，對NO的去除率在80%，對NO的去除率在60%以上，綜合去除率在75%以上。

對成本及效率進行分析，SCR由于催化劑昂貴，且需要對煙氣進行二次加熱，成本最高，但脫硝效率也最高;SNCR只需要在煙道合適位置噴入脫硝劑，設備及運行成本都較低，但單獨使用該方式，脫硝效率難以達到現在的排放要求，先進的SNCR去除率在75%以上。

就副產物和其他污染物而言，SNCR和SCR均會產生NH污染問題，SCR會把SO部分轉化為SO。SCR釋放的NH3（2～5 mg/L）要低于SNCR系統（5～10 mg/L）。此外，由于催化劑的存在，SCR對二噁英也具有一定的去除效果。

③濕式法。NOx中的NO占比較大，因為NO不溶于水或堿性溶液，需要使用次氯酸鈉（NaClO）、過錳酸鉀（KMnO）等氧化劑將NO氧化成NO后，再用堿性溶液中和去除。因為氧化劑的藥劑成本較高，該方法一般適用于高硫、氯含量廢液焚燒爐的煙氣處理。

2.3.3 還原劑的選擇。目前，SNCR系統的還原劑主要有氨水和尿素兩種，比選如下。

從處理效果分析，尿素不是直接氨源，需要熱解成氨后才能與氮氧化物發生反應;氨水則是直接氨源，無須熱解，直接與氮氧化物發生反應。因此，使用氨水比使用尿素脫硝的效率高，因為減少了熱解環節，對煙氣溫度要求較低，同時不會產生副產物，不會腐蝕余熱鍋爐的膜式壁。

從運行成本上分析，采用氨水在成本控制方面略有優勢，這主要是因為尿素價格稍高，且需要增加軟水稀釋等。

其他方面，尿素的優勢在于隨用隨配，存儲安全，管理審批手續簡單;劣勢是系統復雜造成投資高，且原料存儲存在吸潮板結的問題。

3 結語

為了得到更好的粉塵脫除效果，同時利于濕法脫酸及SCR脫硝設備的運行，可以采取袋式除塵和濕電式靜電除塵相結合的方式進行粉塵處理。

為了提高處理效率，延長設備使用壽命，在布袋除塵器前采用消石灰干法處理系統對煙氣進行干法脫酸，然后經濕法洗滌進一步脫除酸性組分。

結合各地的氮氧化物排放標準，對于有超低排放要求的區域，煙氣中氮氧化物排放質量濃度不得超過100 mg/Nm，如山東、廣東、上海等，可以采用“燃燒控制+干式法”的工藝組合，其中干式法可以采用“SNCR+SCR”組合的方式。脫硝劑考慮危廢企業成本、安全的實際，選擇尿素為宜。

參考文獻：

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