生活垃圾焚燒發電廠煙氣凈化工藝研究

汪文杰

（廣州迪斯環保設備有限公司，廣東廣州 510330）

隨著生活垃圾產生量不斷增加，中國各地加大了垃圾焚燒發電廠建設力度。生活垃圾在焚燒過程中會產生大量污染物，其中主要含有顆粒物、HCl、SO2、NOx、HF、二噁英、重金屬等大氣污染物。目前，我國大部分地區生活垃圾焚燒發電廠對于煙氣的處理工藝主要采用“SNCR+旋轉噴霧半干法（SDA）+干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器”，可有效去除煙塵、顆粒物、易溶性酸性氣體和NOx等，可使污染物的排放滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485—2014）和歐盟2010/75/EC標準，但隨著污染物的排放總量不斷攀升，國家和地方對污染物的排放限值也日趨漸嚴，現已出臺的相關地方標準和政策中，一些地區如上海、深圳、海南等地的關于NOx的排放指標已明顯高于國家標準，因此生活垃圾焚燒發電廠必須實施切實可行的污染物控制措施。

1 NOx控制技術

生活垃圾焚燒發電廠煙氣脫硝技術，主要有選擇性非催化還原技術（SNCR技術）和選擇性催化還原技術（SCR技術）。

1.1 SNCR技術

SNCR技術是在焚燒爐爐膛中適當位置噴入含有氨基的還原劑，在無催化劑作用下，氨基還原劑將煙氣中的NOx還原生成N2和水。可用作SNCR脫硝技術的還原劑主要有液氨、氨水和尿素溶液，通常為質量分數5%左右的氨水或尿素溶液，反應溫度區間一般在850～1 100℃。SNCR脫硝由于投資低，已成為垃圾焚燒爐的常規配置，但由于SNCR的脫硝效率一般在40%～60%，若為了提高效率而增加還原劑的噴入量，則會造成氨逃逸，造成鍋爐結垢、堵塞。

1.2 SCR技術

SCR技術是在O2和催化劑存在條件下，反應溫度300～420℃，用還原劑NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O。根據催化劑的活性溫度區間，可分為高溫SCR（280～420℃）、中溫 SCR（210～250℃）、低溫 SCR（120～200℃）。近年來低溫SCR催化劑得到了廣泛研究，主要有錳系催化劑、釩系催化劑及活性焦催化劑。目前國內垃圾發電項目中采用中低溫釩系催化劑比較多，其反應溫度主要在180～230℃。釩系中低溫催化劑是通過優化催化劑配方，通過調變釩的比例和添加低溫活性助劑，在150～300℃表現出較高的脫硝活性，相關研究[1]表明，通過改良后的釩基低溫催化劑在溫度高于200℃，在35%水蒸氣含量下，氣速2m/s時，60cm長催化劑的脫硝效率仍可以達到85%；在180℃時，當SO2濃度為1000mg/m3，氣速2m/s時，催化劑活性穩定，脫硝效率可達到95%，當引入15%水蒸氣時催化劑活性降低，脫硝效率仍達90%。SCR反應器布置于脫酸塔和布袋除塵器之后，從而可使催化劑在低塵、低SO2的煙氣環境中工作，減輕了催化劑的堵塞磨損問題，同時也可避免催化劑的中毒失活問題，延長催化劑的使用壽命。“SNCR+旋轉噴霧半干法（SDA）+消石灰干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器+SCR”工藝路線（一）（見圖1）中布袋除塵器出口的煙氣溫度在145～155℃，因此，在煙氣進入SCR反應器之前需加熱至180～230℃，大幅度增加了能源消耗。

圖1 工藝流程

特提出工藝路線（二）“SNCR+碳酸氫鈉干法脫酸（SDS）+活性炭噴射+布袋除塵器+SCR”。工藝路線（一）流程見圖1，工藝路線（二）流程見圖2。

鑒于2種工藝路線中SNCR、活性炭噴射系統、布袋除塵器系統及SCR工藝大致相同，本文不細述。

2 旋轉噴霧半干法脫酸（SDA）系統

2.1 旋轉噴霧半干法脫酸（SDA）系統

該脫酸系統主要包括石灰漿液制備系統、脫酸反應塔。

從余熱鍋爐來的高溫煙氣從脫酸反應塔頂部的進氣分布器進入，進氣分布器中設有導流板和旋流片，可使煙氣呈螺旋狀向下運動。旋轉霧化器安裝在噴霧反應器上部，從石灰漿制備系統來的石灰漿進入旋轉霧化器，由于霧化器的高速旋轉，石灰漿被霧化成平均30～50μm的微小液滴，該液滴與呈螺旋狀向下運動的煙氣充分混合，并向下運動，在此過程中，石灰漿與煙氣中的酸性氣體HCl、HF、SO2等發生反應。在反應的第一階段，氣-液接觸發生中和反應，石灰漿液滴中的水分得到蒸發，同時煙氣得到冷卻；第二階段，氣-固接觸進一步中和并獲得干燥的固態反應物CaCl2、CaF2、CaSO3及CaSO4等。部分反應生成物落入反應器錐體，由錐體底部排出。經凈化后的煙氣進入布袋除塵器，在布袋除塵器表面繼續進行脫酸反應，同時經過濾后的凈煙氣進入后續處理設施。

脫酸反應塔由噴霧器和塔體組成。

石灰漿的消耗根據系統出口排放的酸含量（煙囪CEMS系統里煙囪上的HCl與SO2測定值）自動調節，塔內的噴水量由反應塔下游的溫度計控制。旋轉噴霧器和進水進漿之間能實現連鎖控制并有報警信號。

2.2 石灰漿制備系統

石灰漿制備系統由儲料倉、倉頂除塵器、定量給料機、配漿槽、供漿槽、漿液泵等組成。該系統作用是完成脫酸所需石灰漿液的儲存、制備及輸運等功能。

3 碳酸氫鈉干法脫酸（SDS）系統

碳酸氫鈉干法脫酸（SDS）系統主要由碳酸氫鈉研磨送粉系統、反應器系統組成。碳酸氫鈉儲倉內約100目的粗粉經過研磨機研磨為20～25μm細粉后通過風機噴入干法反應器內，與高溫煙氣混合，NaHCO3粉末與煙氣接觸后迅速熱解轉化為Na2CO3，極大地提高了鈉基顆粒的孔隙率和比表面積，促進了酸性氣體和脫酸劑的接觸，煙氣與碳酸鈉干粉在反應器內迅速進行物理、化學反應，反應后的廢鈉鹽通過布袋除塵器收集后進入飛灰系統，煙氣通過布袋除塵器過濾后進入后續SCR系統，流程見圖2。

根據相關研究及在焦化行業的實際運行，當碳酸氫鈉研磨粒徑約為20μm，反應溫度在150～200℃，NSR控制在1.1～1.3時，脫酸效率達到90%～95%。

4 工藝比較

4.1 工藝特點

下面就2種工藝差異進行對比，詳見表1。

4.2 運行費用比較

下面以某2×400t/d項目為例，對2種工藝的實際運行費用進行對比。

4.2.1 余熱鍋爐出口煙氣參數

余熱鍋爐出口額定煙氣量79 380m3/h，排煙溫度190～220℃，煙氣參數詳見表2、表3。

表2 余熱鍋爐出口煙氣組分

表3 余熱鍋爐出口污染物濃度

4.2.2 年實際運行費用對比

年實際運行費用見表4。

表4 年運行費用（萬元）

5 結束語

介紹了“SNCR+旋轉噴霧半干法（SDA）+消石灰干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器+SCR”和“SNCR+碳酸氫鈉干法脫酸（SDS）+活性炭噴射+布袋除塵器+SCR”兩種凈化工藝，進行了差異分析，并以某2×400t/d垃圾焚燒發電煙氣凈化項目為例對2種工藝的實際年運行費用進行了對比，綜上分析，在垃圾焚燒發電項目當NOX排放指標＜100mg/m3時，“SNCR+碳酸氫鈉干法脫酸（SDS）+活性炭噴射+布袋除塵器+SCR”從工藝特點、一次性投資、實際運營成本等各方面考慮更適合在垃圾焚燒發電項目推廣運用。