生活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

生活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
对SNCR、SCR脱硝工艺进行分析、比较，对干法、旋转喷雾半干法、二流体喷雾半干法、湿法脱酸工艺进行分析、比较，并探讨了二恶英脱除工艺技术，综合考虑各方面有利、不利因素，结合烟气净化改造工程的特点，选择了切实有效的烟气净化改造工艺，改造后烟气排放指标满足新国标。

随着城市化进程的加快，以及生活水平的不断提升，生活垃圾的产生量与日俱增，多城市出现了“垃圾围城”现象。利用垃圾焚烧发电，不仅解决了垃圾处理问题，同时变废为宝，产生电能，其环境价值、经济价值较高。我国新建的垃圾焚烧发电厂数量逐年增加，2016年底已运行的垃圾焚烧发电厂为250座，焚烧法在生活垃圾处理方式中所占的比例也逐年上升，到2020年底，全国设市城市垃圾焚烧处理能力占总处理能力的50%以上。但不可避免的生活垃圾在焚烧过程中会产生含有颗粒物、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GB18458《生活垃圾焚烧污染控制标准》，该标准2001年发布，2014年重新修订，现阶段我国焚烧厂烟气排放执行GB18458-2014标准。部分经济发达地区或大气环境承载力不高的地区，制定了更为严格的地方标准或选择执行欧盟标准(EU2000/76/EEC)。近年来，有部分地区选择执行欧盟2010标准，烟气排放标准对比见表1。

早期建设的生活垃圾焚烧厂多数已无法达到2014年重新修订的污染控制标准，特别是粉尘、NOx、HCl、SOx、二恶英及重金属的排放要求显著提高。且近年来雾霾愈来愈额严重，对早期建设的生活垃圾焚烧厂烟气净化系统进行提标改造势在必行。

表1烟气中污染物日均浓度(mg/m3)排放标准对比

1、烟气净化改造工艺选择

1.1脱硝工艺

垃圾焚烧过程产生的NOx分为3类：燃料型、热力型、快速型。

生活垃圾焚烧炉产生的NOx原始浓度范围：300～360mg/m3，可见其满足GB18485-2001的排放要求，因此早期建设的生活垃圾焚烧厂并未考虑脱硝措施，但随着环保意识及排放标准的提高，对早期建设的生活垃圾焚烧厂需增设脱硝装置。适用于垃圾焚烧脱硝技术主要有选择性非催化还原法(SNCR)和选择性催化还原法(SCR)。

1.1.1SNCR脱硝技术

SNCR脱硝技术是在850～1100℃的温度窗口内喷入氨水、尿素溶液等氨基还原剂，还原剂与NOx发生反应而被去除。SNCR的脱硝效率在30%～60%之间。

1.1.2SCR脱硝技术

SCR脱硝技术是在O2和非均相催化剂存在条件下，在300～400℃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反应器的布置方式有3种：高温高尘、高温低尘、低温低尘。垃圾焚烧厂倾向于低温低尘布置，将反应器布置于脱酸塔和布袋除尘器之后，使催化剂工作在低尘、低SO2的无害烟气环境中，这样布置的好处是可以减少催化剂的堵塞和腐蚀问题，也可以避免催化剂的中毒问题，因此催化剂的寿命较长。但这样布置的主要问题是：布袋除尘器出口的烟气温度一般在120～180℃，因此，在烟气进入SCR反应器之前需加热至300～400℃，这样大幅度的增加了能源消耗。

近年来，低温SCR催化剂得到了广泛研究，目前应用于实际项目的SCR催化温度有：170、190、230℃。出布袋的烟气经加热器加热至所需相应温度，在相应温度窗口内，用还原剂NH3将烟气中的NOx还原为N2和H2O，反应原理：

生活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

1.1.3脱硝工艺比较

由表2知，对于改造项目，受场地限制以及原引风机压损限制，同时，考虑改造费用，SNCR较为适用。GB18485-2014中NOx的排放要求为日均250mg/m3，SNCR的脱硝效率可完全满足。

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有：干法、半干法、湿法。

1.2.1干法脱酸

垃圾焚烧余热锅炉出口的烟气温度为200℃左右，烟气经冷却塔/反应塔喷水降温至150℃左右进入布袋除尘器，干法脱酸是在冷却塔下游和布袋除尘器上游烟道内喷入消石灰干粉或碳酸氢纳粉末，烟气中的酸性气体与消石灰干粉或碳酸氢纳粉末发生反应而被脱除，干法投资省，设备简单，但由于是气固反应，净化效率低。

1.2.2半干法脱酸

半干法是用消石灰浆液或氢氧化钠碱液与酸性气体反应，并通过喷水控制反应温度，在吸收中和反应过程中水分蒸发，产生固体反应物，集中收集。半干法根据雾化器形式可分为旋转喷雾半干法和二流体喷雾半干法。

表2脱硝技术比较

旋转喷雾半干法是利用喷雾干燥的原理将石灰浆送入旋转雾化器，旋转雾化器转速为8000～15000r/min，将石灰浆液雾化成平均滴径30～40μm的雾滴喷入反应塔内，烟气中的酸性物质在液滴表面被吸收，发生气相与液相反应为主的化学吸收反应，生成硫酸钙等盐类，同时，烟气中的热量与雾滴之间通过强制性对流传热，使雾滴充分蒸发，形成固态反应产物。其化学反应如下。

二流体喷雾半干法是将氢氧化钠碱液经气液二流体喷嘴喷入反应塔内，雾滴直径70μm左右，碱液雾滴与酸性物质发生酸碱中和反应而去除，同时烟气中的热量与雾滴对流换热，使雾滴充分蒸发，形成固态反应产物。其化学反应如下。

1.2.3湿法脱酸

湿法脱酸是烟气出布袋除尘器之后进入湿式洗涤塔，在洗涤塔内，烟气由下至上，碱液由上至下，烟气与碱液逆流接触，进行传热传质，经降温、酸碱中和反应去除烟气中的酸性污染物。出洗涤塔的烟气，为防止白烟需设置烟气升温装置。湿法是气液反应，净化效率极高。