某垃圾焚烧发电厂烟气净化系统优化方案比较

摘要：某地拟建生活垃圾焚烧电厂,由于当地环境容量限制及地方政策原因,对烟气排放指标要求较高,常规垃圾焚烧电厂烟气净化工艺(SCR脱硝+干法/半干法脱硫+活性炭吸附=恶英及重金属+布袋除尘)无法满足要求,在新增湿法脱酸及SCR脱硝后可达到要求。对烟气净化流程进行了优化,比较两个可行方案后得出较优方案。

0引言

上海市政府为解决垃圾填埋处理时占地面积大、对周边环境影响大等问题，拟在市外郊建设一座日垃圾处理量6000t的生活垃圾焚烧厂，余热用于发电及地区供热。由于上海是中国的经济中心，地区人口密度大，能源消耗高，地区环境容量已达极限。因此，尽管该垃圾焚烧厂建设地为远郊，地方政府仍对该项目的烟气排放指标提出了很高要求，要求NOx排放水平应低于80mg/m3;生活垃圾焚烧厂则进一步提出烟气净化设备应具备NOx排放低于50mg/m3的能力，以满足可能进一步提升的排放要求。这一指标要求已远低于当前最严格的上海市地方排放标准及欧盟2000标准，常规的垃圾焚烧烟气净化工艺——SNCR脱硝+干法(半干法)脱酸+活性炭吸附二恶英及重金属+布袋除尘——已无法达到这一要求，新增湿法烟气脱酸及SCR脱硝工艺才能满足。新增的这两个工艺均会带来烟气温度的反复变化，特别是经湿法烟气脱酸工艺后烟气温度会明显下降，而将烟气再加热会造成能源的损失。因此有必要对整个烟气净化系统进行总体布置调整，在满足烟气排放要求的前提下尽量减少能量损失，最得最佳经济效益。

1垃圾焚烧烟气的主要污染物

当前垃圾焚烧已成为生活垃圾处理的主要手段。生活垃圾焚烧后重量减量至10%、体积减量至5%以下，灰渣经处理后可再利用或填埋，既减少了土地占用，又减少了对地下水污染的风险，同时余热还可以用于发电及供热，是垃圾处理的较好途径。垃圾焚烧也会带来新的问题。我国由于垃圾分类开展得并不好，垃圾焚烧后除灰渣应进行特别处理外，烟气中也带有大量的污染物，在向大气排放前应进行特别处理。由于垃圾成分的特殊性，垃圾经燃烧后产生的烟气中主要污染物为：烟尘、SO2、HCI、NOx、二恶英类(PCDD/PCDF等)、重金属等。

本项目考虑采用炉排炉，只在启动中使用轻柴油提高炉温，正常运行中处理垃圾时不需掺人其他可燃物。按垃圾处理量6800t/d计，设计8条焚烧线，每线处理量850t/d。由于不同厂家采用不同的燃烧技术，燃烧中投入的过量空气系数也不相同。典型设计在基准垃圾(设计热值2000kcal/kg)情况下燃烧产生烟气量为15X104m3/h，各主要污染物浓度见表1。

需要说明的是，在焚烧炉的出口二恶英类浓度已接近零，但由于余热锅炉中烟气温度逐渐下降，部分已分解的二嗯英类再次合成，需要在烟气净化系统中进一步处理;在炉内会进行SNCR脱硝处理，炉膛出口烟气中的NOx浓度已下降至150mg/m3，需在后续的烟气净化系统中做进一步处理。

2垃圾焚烧烟气污染物处理技术

本垃圾焚烧发电项目烟气排放标准见表2。

表中GB18485—2014为《生活垃圾焚烧污染控制标准》;DB31/768—2013为《上海市生活垃圾焚烧大气污染物排放标准》;各值均以标准状态下含11%O2，二恶英类排放指标为0.1ngTEQ/m3，本项目设计二恶英类排放值为0.05ngTEQ/m3。

2.1烟尘

可采用静电除尘或布袋除尘，但考虑配合后端其他烟气净化设备运行及更低的烟尘排放水平，垃圾焚烧电厂更多使用布袋除尘方式。

2.2重金属

采用活性炭吸附，再通过布袋除尘器进行收集，主要吸附反应发生在布袋表面。

2.3二恶英类

采用活性炭吸附，再通过布袋除尘器进行收集，最终进入飞灰，主要吸附反应发生在布袋表面。在合适的脱硝催化剂作用下也能脱除一部分，使最终排放浓度降至极低。

2.4HCl/HF

这是两种易被吸收的污染物，采用干法(通过向烟气中喷入干性吸附剂(消石灰CaOH))即可达到去除效率80%以上;也可通过半法喷入消石灰浆液以达到去除效率90%以上;若经过湿法喷淋塔中喷人NaOH溶液效率可达到95%以上。

2.5SO2

与HC1类似，可通过干法、半干法、湿法进行脱除，但效率差别明显。依据已有运行经验，通常在入口烟气中SO2浓度为300mg/m3情况下，干法、半干法、湿法进行脱除效率分别为50%、70%、95%。

2.6NOx

去除NOx的方法分为两种：炉内SNCR和尾部烟气中设置SCR。炉内SNCR方法在原生NOx浓度约300mg/m时脱除效率约为50%，可保证出口NOx浓度150mg/m3。尾部烟气净化装置中设置SCR则需利用专门的催化剂。SCR是利用把氨气喷人催化剂反应塔内，去除NOx的设备。SCR可以进一步降低NO浓度到50mg/m3以下。

脱硝催化剂选择需考虑三个因素：人口含尘量、人口SO，浓度与运行温度，其中入口含尘量主要是考虑减少对催化剂的磨损与堵塞。解决此问题有两种方案，一是向催化剂中添加物质降低SO2转换率，但目前尚无一种催化剂可降低转化率到零;二是将反应选择在高温段(330～450℃)，这样生成的NH4HSO4会马上分解而不影响系统运行。本项目设计余热锅炉省煤器排烟温度为180℃，考虑运行较长时间(8000h)后炉内受热面粘污会使排烟温度上升到约210℃，这都远低于高温催化剂的应用温度段;且若将SCR放在高炉内高温段会因烟气中大量的重金属而造成催化剂中毒，系统也无法运行，因此需考虑新的方案。

当烟气中的SO2浓度极低时，即使在较低温度下SO2转化率较高，也不会形成大量的NH4HSO4而影响系统运行，因此控制SCR人口S0浓度就成为一种合适的方法。使用催化剂在合适工况下运行，SCR的脱硝效率可达95%，同时还可脱除部分二恶英类，使二恶英排放水平降至0.05ngTEQ/m3以下。

延伸阅读：

垃圾焚烧烟气脱酸工艺