上海瀚昱低温脱硝协同脱二恶英技术在垃圾焚烧烟气中的运用

一、前言

我国城市化速度地持续加快，城镇人口数量快速增长，城市垃圾产生量越来越大，由此带来的环境污染也越来越严重。目前比较普遍的垃圾处理方式有填埋、焚烧发电和综合利用，其中，填埋处理方式因需占用大量的填埋场地以及垃圾发酵所产生的空气污染问题而逐渐被限制使用。垃圾焚烧处理的优点是减量效果好，焚烧后的垃圾体积减少约90%，重量减少约80%，并且可以有效利用焚烧热量供热或直接发电，从而使垃圾成为新的资源，实现垃圾的二次利用，同时也实现了垃圾减量化、无害化和资源化，故其社会价值与经济价值都较高。但是，垃圾在焚烧发电的同时也排放出相当多的有害气体。

为了满足《生活垃圾焚烧污染控制标准GB 18485-2014》及《生活垃圾焚烧发电厂自动监测数据应用管理规定》要求，降低污染物排放，减少雾霾天气，还国民一个蓝天，业界提出了“蓝色焚烧”、“绿色发展”概念，并倡议尽快建造面向未来的“蓝色”垃圾焚烧厂。宏伟蓝图为：蓝色焚烧厂达到最严格的烟气排放标准，污水零排放，污染排放指标公众可实时查询。为早日实施“蓝色焚烧”、“绿色发展”的美好蓝图，有必要投入足够的人力、物力研发出蓝色垃圾焚烧的“近零”超净排放治理的系列技术，勇于创新，不拘泥于传统技术，一旦发现可信、可靠、实用的突破性高新技术应毫不犹豫地加以推广，并尽早付诸实施。

二、垃圾焚烧烟气特点及治理技术分析

2.1 烟气特点

垃圾焚烧烟气有其特殊性，主要表现在以下几个方面：

（1）烟气量较小、烟温较低

垃圾焚烧锅炉排放的烟气量相对较小，1台处理生活垃圾750 t/d的焚烧炉，烟气排放量通常在150000 Nm³/h左右。通常垃圾的热值较低，焚烧温度偏低，所以总体烟温较低，适合于布置SCR反应器的部位烟温为150~160℃。

（2）HCl浓度较高

垃圾焚烧烟气中HCl浓度最高时可达1000 mg/Nm³左右，SO₂的浓度根据燃烧的垃圾种类不同有所差异，一般在500 mg/Nm³左右。

（3）烟气含水量较高

生活垃圾通常含有一定比例的厨余湿垃圾，虽然经过储料仓干燥，但仍然有较高的含水率，其水分进入锅炉燃烧后增加了烟气的含水率。因此，垃圾焚烧烟气的水分含量通常在20%~30%范围。

（4）烟气成分复杂

由于垃圾的来源非常复杂，且不太可控，所以，焚烧产生的烟气成分也相当复杂。除了酸性气体（HCl、SOx、NOx、HF、H2S等）外，还有重金属（Hg、Pb、Cd等）、有机毒性污染物质（二噁英、呋喃PCDDs/Fs）等。焚烧后的粉尘颗粒物主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3、CuO、Cr2O3、NiO、C等组成。

2.2 各种脱硝技术分析

（1）SNCR脱硝技术

SNCR技术需要在烟温850~1200℃条件下，直接通过氨气与氮氧化物反应生成氮气与水。该方法设备简单、投资较省，但脱硝效率低，约为40%~60%，且氨逃逸高（可超过10 ppm）是其致命缺陷。随着垃圾焚烧烟气排放标准的提高，NOx排放浓度基本上都要求≤80 mg/Nm3，有的甚至要求≤50 mg/Nm³。所以，单靠SNCR脱硝已无法满足要求，必须与SCR脱硝技术联合使用才行。

（2）中高温SCR脱硝技术

SCR技术具有脱硝效率高、稳定性好、运行可靠及氨逃逸率低等优点，但由于垃圾焚烧炉的结构特点及烟气含有的Na、K、Ca、Mg、Hg、Pb、Cd等元素与酸性成分，易使催化剂中毒，影响其使用寿命，所以，SCR系统宜放在脱硫塔和除尘器之后。中高温SCR催化剂的适用温度为300~420℃，需将除尘器后的烟气从150~160℃加热至300℃以上，这需要消耗大量蒸汽，因而影响发电量，运行成本极高。因此，中高温（300~420℃）或中温（200~300℃）SCR脱硝虽然可行，但技术落后，设备庞大复杂，占地面积大，属于典型的“耗能减排”，不宜推广。

（3）低温SCR脱硝技术

除尘器出口烟温一般为150℃~160℃，为避免“耗能”问题，直接采取150℃的低温SCR脱硝技术是较为科学合理的选择。这样既节约能耗与蒸汽损耗，工况烟气体积较小，又无需安装SGH加热器及GGH换热器，设备简洁，节省了建设投资成本。

三、低温SCR脱硝技术特点与优势

3.1 低温SCR脱硝技术优势

以750 t/d的垃圾焚烧炉为例，通过热交换和加热系统，将烟气从150℃加热至300℃，所需的过热蒸汽量约为10 t/h，按一年运行300天计算，所消耗的过热蒸汽量为72000吨，通常一吨蒸汽能发电200~300度，按上网电价0.6元/度计算，则因加热烟气耗费的发电量损失达到1800万度电，直接经济损失1080万元。如此高昂的“耗能减排”运行成本是完全不符合国家“节能减排”宗旨的。

所以，垃圾焚烧发电厂的脱硝出路在于“150℃低温脱硝技术”，150℃低温脱硝技术的关键在于催化剂。只有150℃低温脱硝技术才能彻底避免加热器、换热器及蒸汽消耗，运行成本才为最低。而如果采用中温或中低温脱硝（180~230℃），则仍然需要配置加热器和换热器，仍然存在较大的蒸汽耗费问题，发电量损失与经济损失仍较大，运行成本仍较高。

上海瀚昱环保材料有限公司技术团队经过十多年的持续研究，得到新型高效的抗中毒低温SCR催化剂配方及其工艺技术，将低温催化剂的工作温度成功地拓宽到150~300℃，同时具备120~150℃稳定高效运行的能力，效率达到90%~99%，确保出口NOx排放＜50 mg/Nm³，并已在诸多领域取得很好的业绩，得到了广泛认可。

3.2 “SNCR+低温脱硝+脱二恶英”技术经济性优势

低温SCR和SNCR各有优点，将两个技术联合使用，具有更好的性价比和更高的经济效益。低温SCR可以弥补SNCR的缺陷，在投资成本和脱硝效率间找到最优化的平衡。通过合理的设计，炉膛内的SNCR能脱除40%~60%的NOx，以减小低温SCR的脱硝负担，合理分配前后段的NOx脱除比例，从而，低温催化剂用量及反应器都将变小，投资成本得以降低。同时，后端的SCR系统可以将前端的SNCR系统过量喷的氨充分利用，确保氨逃逸不超标。与单独使用SCR技术相比，SNCR+SCR协同脱硝技术具有投资费用省，运行成本低，脱硝效率高，氨逃逸不超标（＜3 ppm）等优点。

还可以在低温SCR反应器中布置脱二恶英功能区，一塔两用，脱硝与脱二恶英协同处理。对于原始二恶英浓度不是特别高的情况，可以直接利用“多功能低温催化剂”直接将NOx与二恶英同时脱除，一塔两功能。这种协同处理方式，技术先进，可以最大程度节约投资成本与运行成本，减少场地，节约脱二恶英耗费的活性炭，一举多得。

表1为750 t/d垃圾焚烧炉分别采用“SNCR+中高温脱硝（300-420℃）”、“SNCR+中低温脱硝（180~300℃）”、“SNCR+低温脱硝（150~160℃）”三种脱硝技术的经济性对比分析数据。可以看出，垃圾焚烧发电厂采用“SNCR+低温SCR”联合脱硝技术的年运行成本为135万元，分别为“SNCR+中高温脱硝”年运行成本1240万元和“SNCR+中低温脱硝”年运行成本713万元的10.89%和18.93%，而建设投资仅为“SNCR+中高温脱硝”和“SNCR+中低温脱硝”的30-40%。因此，无论从脱硝效率，还是从建设成本、运行成本、占用场地等方面考虑，“SNCR+低温脱硝（150~160℃）”都是最佳选择，也必将成为垃圾焚烧行业NOx超低排放技术的发展方向。

表1 750 t/d垃圾焚烧炉脱硝技术的经济性对比分析

四、SNCR+低温脱硝的应用案例

（1）项目概况

本项目为某垃圾焚烧发电公司一条400t/d垃圾焚烧线的SCR脱硝项目，烟气处理流程为：SNCR炉内脱硝+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘+SCR。因该垃圾焚烧厂之前所用的为国外进口品牌的催化剂，原催化剂运行温度要求为230℃，实际运行温度约为242℃，为满足该进口催化剂的温度要求，增设了GGH和SGH装置。

原SCR脱硝系统烟气处理流程为：引风机→GGH→SGH→喷氨格栅→SCR反应器→GGH→增压风机→烟囱。SCR反应器前采用烟气-烟气换热器（GGH）+蒸汽-烟气加热器(SGH)对烟气进行升温，烟气温度约150℃进入GGH，GGH的吸热侧烟气出口温度升至约195℃，其余温差经由SGH加热器补充，最终将烟气加热至约230~245℃后进入SCR反应器。SCR出口烟气进入GGH放热侧，回收利用烟气余热，最后经过增压风机进入烟囱排放，排烟温度约175℃，整个运行过程中蒸汽耗量为3.8 t/h左右。

（2）低温脱硝运行效果

本项目由于受原SCR系统及引风机系统的容量及能力限制，无法实现真正的150℃低温脱硝，但通过安装使用上海瀚昱的低温催化剂后，仍然可以显著降低催化剂运行反应温度，明显减少加热蒸汽的用量。项目投运后，全部达到超低排放要求。

由表2数据可以看出，SNCR系统开启后，SCR系统前端的NOx均值为258~277mg/m³，烟气通过SCR系统后，脱硝效果十分显著，平均效率达到92.1%，满足尾端NOx＜50mg/m³的超低排放要求。

表2 SCR系统运行数据（SNCR系统开启）

为进一步验证SCR催化剂的能力，业主方停用SNCR系统，结果如表3所示。由表3数据可知，即使SNCR系统关闭，瀚昱的低温SCR脱硝催化剂仍满足NOx＜50mg/m³的超低排放要求。

表3 SCR系统性能检测数据（SNCR系统关闭后）

在SCR系统运行4个月后，为解决蒸汽耗量高的问题，上海瀚昱将该SCR系统的脱硝温度进一步降低，但由于原引风机的裕量不够，以及压降问题、设备漏风问题等，只允许将温度降到195℃左右，即便如此，也大大降低了蒸汽耗量，带来的经济效益相当显著。如表4所示，当烟气温度降低到190℃左右时，瀚昱低温SCR催化剂脱硝效率能完全满足超低排放要求，而蒸汽耗量从原来的3.8t/h降到了1.7t/h，下降幅度超过50%，大大降低运行成本。按一年运行330天计算，该400t/d垃圾焚烧炉每年可以节约蒸汽量：2.1t/h*24h*330d=16632 t/y；按每吨蒸汽发电200~300度（取250度），上网电价0.6元/度，直接经济效益为249.48万元。

表4 SCR系统运行数据（烟温降低后）

五、总结与建议

通过对垃圾焚烧炉各种脱硝技术的对比分析，并辅以实际的工程经验，可以得出结论：低温SCR脱硝技术应该最符合垃圾焚烧炉烟气特点并能给业主方带来切实的经济效益；SNCR技术只能作为辅助手段，可以采用SNCR和低温SCR两种工艺联合的方式来降低初期投资成本；特别是“SNCR+低温SCR+脱二恶英”的协同治理技术能最大程度降低运行成本，具有很高的应用价值与广阔的推广前景。作为低温SCR技术的关键，上海瀚昱所提供的低温SCR脱硝催化剂被证明在垃圾焚烧中有着优异的脱硝表现，能进一步降低原中温SCR系统的运行温度，减少业主方的能耗损失，达到真正的“节能减排”目的，为我国的环保事业添砖加瓦。

目前可能垃圾焚烧行业为蓬勃发展期，可享受国家与地方政府的各种优惠政策，所以，整体效益较好，不会特别计较加热烟气所用的蒸汽能耗及发电量损失问题，但如果将来优惠政策减少或取消，垃圾焚烧企业就必须认真对待能耗问题与运行成本问题，否则企业的利润将无法得到保障。