技术 | 垃圾焚烧厂烟气净化系统提标改造工艺选择及工程案例分析

技术 | 垃圾焚烧厂烟气净化系统提标改造工艺选择及工程案例分析

总结：对

SNCR和SCR脱硝工艺进行了分析和比较，对干法工艺、旋转喷雾半干法、双流体喷雾半干法和湿法脱酸工艺进行了分析比较，并探讨了二恶英脱除工艺技术。

关键词：生活垃圾;焚化;烟气净化;升级改造;

随着城镇化进程的加快和人民生活水平的不断提高，生活垃圾的产生量与日俱增，许多城市都出现了“垃圾围城”的现象。利用垃圾焚烧发电，不仅解决了垃圾处理问题，而且变废为宝，发电，具有很高的环境和经济价值。我国新建垃圾焚烧发电厂数量逐年增加，2016年底已投产的垃圾焚烧发电厂数量为250家，生活垃圾焚烧方式中的比例也逐年增加，到2020年底，全国各城市垃圾焚烧处理能力占总处理量的50%以上能力。但是，生活垃圾焚烧过程中不可避免地会产生含有颗粒物、HCl、SO2、NOx、二恶英等有害物质的烟气。

我国垃圾焚烧发电厂烟气排放主要执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》，该标准于2001年发布，2014年修订。一些经济发达地区或大气环境承载能力低的地区制定了更严格的地方标准或选择执行欧盟标准（/76/EEC）。近年来，一些地区选择实施欧盟2010标准，烟气排放标准的对比见表1。前

期建设的生活垃圾焚烧厂大多未能达到2014年修订的污染控制标准，特别是对粉尘、NOx、HCl、SOx、二恶英、重金属等的排放要求明显提高。近年来，雾霾问题愈发严重，对早期生活垃圾焚烧厂的烟气净化系统进行升级改造势在必行。

表1 烟气中污染物日均浓度排放标准对比（mg/m3）

一、烟气净化转化工艺的选择

1.1 反硝化工艺

垃圾焚烧过程中产生的NOx分为燃料三类：热能氮氧化物、热能氮氧化物和快速氮氧化物。

这

生活垃圾焚烧炉产生的NOx原浓度范围为：300~360mg/m3，可以看出符合-2001年的排放要求，因此早期建设的生活垃圾焚烧厂并未考虑反硝化措施，但随着环保意识和排放标准的提高，生活垃圾焚烧厂初期建设需要增加反硝化装置。适用于垃圾焚烧脱硝的主要技术有选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR）。

1.1.1 SNCR脱硝技术

SNCR反硝化技术是在850~1100°C的温度窗口内喷洒氨、尿素溶液等氨基还原剂，还原剂与NOx反应脱去。SNCR的反硝化效率在30%~60%之间。

1.1.2 SCR脱硝技术

SCR脱硝技术是在O2和非均相催化剂的条件下，在300~400°C的温度窗口内，用还原剂NH3将烟气中的NOx还原为N2和H2O，SCR的脱硝效率可达80%以上。SCR反应器布置有三种类型：高温高尘、高温低尘和低温低尘。垃圾焚烧厂往往布置在低温、低尘的场合，反应器设置在脱酸塔和袋式除尘器后面，使催化剂在低尘、低SO2的无害烟气环境中工作，具有减少催化剂堵塞和腐蚀的优点， 并且还可以避免催化剂的中毒，因此催化剂的寿命更长。但是，这种布置的主要问题是，袋式除尘器出口处的烟气温度一般为120~180°C，因此在烟气进入SCR反应器之前，需要将其加热到300~400°C，大大增加了能耗。

近年来，低温SCR催化剂得到了广泛的研究，目前应用于实际项目的SCR催化温度为：170°C、190°C、230°C。 从布袋中排出的烟气被加热到加热器要求的相应温度，在相应的温度窗口内，烟气中的NOx被还原剂NH3还原为N2和H2O

1.1.3 反硝化过程的比较

从表2可以看出，对于改造工程，由于场地限制和原有引风机的压力损失，同时考虑到改造成本，SNCR更具适用性。 -2014年NOx排放要求为每天250mg/m3，完全满足SNCR的反硝化效率。

1.2 脱酸工艺

适用于生活垃圾焚烧厂的烟气脱酸工艺主要包括：干法工艺、半干法工艺和湿法工艺。

1.2.1 干法脱酸

这

垃圾焚烧余热锅炉出口烟气温度约为200°C，烟气经冷却塔/反应塔喷水进入袋式除尘器，干式脱酸是将熟石灰干粉或碳酸氢钠粉喷入冷却塔下游和袋式除尘器上游烟道， 烟气中的酸性气体与熟石灰干粉或碳酸氢钠粉反应而脱去。

1.2.2 半干法脱酸

半干法是用熟石灰浆或氢氧化钠碱液与酸性气体反应，通过喷水控制反应温度，水在吸收和中和反应过程中蒸发，生成固体反应物并集中收集。根据雾化器的形式，半干法可分为旋转喷涂的半干法和双流体喷涂的半干法。

表2 反硝化技术对比

旋转喷雾半干法是利用喷雾干燥原理将石灰浆送入旋转雾化器，旋转雾化器的转速为8000~/min，石灰浆液雾化成平均滴径为30~40μm的液滴，将液滴喷入反应塔，烟气中的酸性物质被吸收在液滴表面， 而基于气相与液相之间的反应发生的化学吸收反应，生成硫酸钙等盐类，同时将烟气中的热量和液滴中的热量通过强制对流传热传递，使液滴充分蒸发，形成固体反应产物。化学反应如下。

双液喷雾半干法是将氢氧化钠碱液通过气液双液喷嘴喷入反应塔，液滴直径约为70μm，通过酸碱中和反应除去碱滴和酸性物质，烟气中的热量与液滴对流，使液滴充分蒸发，形成固体反应产物。化学反应如下。

1.2.3 湿法脱酸

湿法脱酸是将烟气从袋式除尘器中排出，进入湿式洗涤器，在洗涤器中，烟气自下而上，碱液自上而下，烟气与碱液逆流接触，传热传质，通过冷却、酸碱中和反应，去除烟气中的酸性污染物。为了防止冒白烟，需要安装烟气加热装置，以防止烟气从洗涤器中排出。湿法工艺为气液反应，净化效率极高。

1.2.4 脱酸工艺的比较

从表3可以看出，对于改造工程，需要考虑原引风机的场地限制、压力损失和功率、改造成本、运行成本、改造后实施的排放标准等因素，综合考虑改造脱酸工艺的选择。

1.3.1 活性炭吸附

通过在进入除尘器之前将活性炭喷入烟气管道，利用活性炭吸附重金属和二恶英，保证重金属和二恶英的排放浓度达到排放标准。由于活性炭的比表面积大，只要活性炭与烟气混合均匀，接触时间足够，就可以达到所需的净化效率。活性炭喷入烟道后，开始吸附烟道中的二恶英、汞等重金属污染物，但未达到饱和，然后与烟气一起进入袋式除尘器，吸附在滤袋表面，与穿过滤袋表面的烟气充分接触， 最终达到去除烟气中重金属和二恶英的目的。该工艺已在生活垃圾焚烧厂中得到广泛应用。

表3 脱酸工艺比较

1.3.2 SCR反硝化协同脱除二恶英

SCR主要用于NOx脱除，SCR体系可以协同催化二恶英的氧化降解。

1.3.3 湿法法协同脱除二恶英

湿法主要用于去除酸性污染物和粉尘，湿法系统可以协同吸收和去除二恶英。

2、烟气净化改造工程案例分析

2.1 整治工程概况

位于山东某市的生活垃圾焚烧厂于2008年建成投产，规模为500t/d，共2条线路，采用循环流化床锅炉，锅炉出口烟气参数见表4，原烟气净化工艺见图1， 而原有烟气净化系统采用“冷却+干法脱酸+布袋除尘”的工艺，没有脱硝装置。升级改造前的烟气排放检测值如表5所示，从表5可以看出，烟气排放指标达到-2001排放标准，但未达到-2014排放标准。改造目标：达到-2014年排放标准，工程袋式除尘器运行良好，粉尘达标，因此袋式除尘器未改造，NOx、SOx、HCl排放不达标，考虑增加反硝化措施，改造脱酸措施。

表4 锅炉出口烟气中污染物浓度/（mg/m3）参数

表5 烟气转化前污染物浓度/（mg/m3）检测值

图1 改造前的烟气净化过程

2.2 改造方案

2.2.1 增加SNCR系统

针对项目实际情况，NOx排放未达到新标准，考虑到场地限制、引风机未更换、投资成本、运行成本等条件，采用SNCR系统进行反硝化，并增加1套SNCR系统设备，采用尿素作为还原剂， 尿素溶液制备系统供公众使用，输送至2个焚烧炉。

2.2.2 改造脱酸系统

HCl和SOx排放不符合新标准，考虑到场地局限性、引风机未被更换、投资成本、运行成本等条件，由于旋转喷雾半干式反应塔尺寸大、占地面积大、场地位置狭小、旋转雾化器投资大等原因， 本次改造工程不采用旋转喷涂半干法。因此，本次改造工程采用“双流体喷淋半干法+干法”的系统对现有干式反应塔进行改造（见图1），原干法塔的烟气从底部进入，冷却后喷射石灰粉脱酸反应，烟气从顶部引向袋式除尘器。由于原反应塔的直径不能满足设计要求，对反应塔进行了重新设计（见图2），烟气通过锅炉引至反应塔，烟气从顶部进入反应塔，反应塔从底部锥体抽出，布袋除尘器进入， 而碱液从反应塔顶部的双流体喷嘴喷出，雾化液滴粒径均匀，平均液滴直径为50~80μm，与烟气中的酸性污染物发生反应，同时烟气冷却下来，反应塔内喷水的调节根据温度的变化自动调节。反应塔出口。在反应塔与袋式除尘器之间的烟道中，将熟性石灰粉喷射以中和酸性气体，熟石灰的未反应部分随烟气流进入除尘器，并被截留在除尘器的布袋表面，因此在除尘器的布袋表面形成一层吸收性滤层， 继续与烟气中的酸性气体发生反应。

图2 改造后的烟气净化工艺

碱液制备输送系统由氢氧化钠储罐、稀释罐、氢氧化钠注射计量泵、氢氧化钠混合器等组成。根据需要，将氢氧化钠溶液从氢氧化钠溶液储罐（30%）输送到稀释罐，稀释后的溶液用计量泵输送到混合器，在那里与适量的水混合，成为喷雾到反应塔。根据需要，喷雾溶液被送到半干式反应器顶部的双流体喷嘴。喷雾溶液通过喷嘴后雾化，然后与烟气均匀接触。在反应塔中，烟气中的二氧化硫等有害气体与氢氧化钠溶液反应后被吸收除去。

干式喷射系统主要利用熟石灰干粉与烟气中的酸性气体反应，脱除二氧化硫等酸性污染物。熟石灰供应系统由储料仓、计量桶、气力输送风机等组成。该系统的主要功能是完成脱硫所需的石灰粉的储存和投药。氢氧化钙粉（粒径75μm，纯度>90%）从厂外运输，并通过罐车的气力输送到石灰储存仓。为了防止石灰在输送过程中到处飞扬，在储料仓顶部安装了集尘器来收集灰尘。熟石灰粉的投加量由称重系统控制。

根据烟囱测得的HCl和SO2排放浓度指标，通过运输和计量来控制熟石灰的用量。熟石灰落入注射管，石灰粉由罗茨鼓风机送入反应烟道。

当HCl和SO2排放浓度超标时，在氢氧化钠碱液中喷洒辅料。

2.2.3 增加活性炭喷射系统

为使二噁英排放达到新标准，综合考虑场地限制、投资成本等条件，采用活性炭喷射吸附系统，将活性炭喷入烟气管道后再进入除尘器，利用活性炭吸附重金属和二噁英，保证重金属和二噁英的排放浓度达到国家排放标准。

由于活性炭的比表面积大，只要活性炭与烟气混合均匀，接触时间足够，就可以达到所需的净化效率。活性炭喷入烟道后，开始吸附烟道中的二恶英、汞等重金属污染物，但未达到饱和，然后与烟气一起进入袋式除尘器，吸附在滤袋表面，与穿过滤袋表面的烟气充分接触， 最终达到去除烟气中重金属和二恶英的目的。

每条烟气净化线都配有1套活性炭喷射系统。活性炭由罗茨鼓风机喷洒在袋式除尘器前面。吸附杂质后的活性炭粉被收集在袋式除尘器中。活性炭粉的投加量由称重系统控制。

2.3 转化效果

经过上述“SNCR+半干法+干法工艺”改造后，系统已稳定运行近1a，从表6可以看出，污染物得到有效控制，-2014排放标准保持稳定，持续全面达到。

表6 烟气转化后污染物浓度/（mg/m3）检测值

三、结语

垃圾焚烧烟气净化改造受场地、原引风机、投资成本、运行成本、运行稳定性等条件影响，通过对各种适用的脱硝工艺、脱酸工艺的比较，结合项目实际情况，综合考虑所有因素，采用“SNCR+半干法+干法”工艺，对原有烟气净化系统进行改造， 稳定运行近1年，污染物稳定、连续，完全达到-2014排放标准，有利于保护环境。为垃圾焚烧厂烟气净化系统改造提供参考。