垃圾焚燒項(xiàng)目組合式煙氣凈化工藝淺議

2018-07-26 05:53:14姚宏威

中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè) 2018年7期

姚宏威

（安徽盛運(yùn)環(huán)保工程有限公司，合肥 230051）

1 垃圾焚燒項(xiàng)目煙氣凈化工藝的發(fā)展概況

我國(guó)第一座垃圾焚燒發(fā)電廠，是1988年建設(shè)的深圳市政環(huán)衛(wèi)中和處理廠，規(guī)模3×150t/d。隨后垃圾焚燒以其快捷高效的垃圾減量處理及能夠提取能量的特點(diǎn)，得到迅速發(fā)展，已成為城市垃圾處理的主要方法之一。截至2016年底，我國(guó)已經(jīng)投入運(yùn)行的垃圾焚燒廠有246座，并且許多新工程項(xiàng)目也在立項(xiàng)規(guī)劃中。

煙氣凈化系統(tǒng)作為垃圾焚燒項(xiàng)目必不可少的環(huán)保輔機(jī)，隨著垃圾焚燒項(xiàng)目一起快速發(fā)展，而且工藝技術(shù)變化速度更快。已建項(xiàng)目采用的煙氣凈化處理工藝，從脫硫脫酸的角度有單純的干法、循環(huán)流化床（CFB）改性半干法、旋轉(zhuǎn)噴霧半干法（SDA）、濕法工藝等；脫硝方面的工藝有選擇性非催化還原（SNCR）工藝、SCR工藝等，都是正在實(shí)際工程應(yīng)用的成熟工藝。一些新的工藝技術(shù)也正在研發(fā)和試點(diǎn)之中?？傮w上，這些工藝技術(shù)都是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低效到高效的方向發(fā)展。

以生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，在《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001）下，干法系統(tǒng)具有良好的性價(jià)比，成為工藝實(shí)施的首選；隨著《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）的出臺(tái)以及嚴(yán)格貫徹執(zhí)行，SDA半干法工藝系統(tǒng)已經(jīng)逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，成為當(dāng)前生活垃圾焚燒廠煙氣凈化系統(tǒng)首選的基礎(chǔ)工藝。

隨著國(guó)家環(huán)保要求的提高和民眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，近年來(lái)，垃圾焚燒煙氣凈化處理行業(yè)又有新的發(fā)展。

首先是規(guī)劃選定標(biāo)準(zhǔn)提高，歐盟指令Directive 2000 76 EC已經(jīng)成為各項(xiàng)目基本排放要求，重點(diǎn)地區(qū)的地方標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)有許多還略嚴(yán)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)，而行業(yè)內(nèi)又提出了一種“超凈排放”的概念。對(duì)于垃圾焚燒項(xiàng)目而言，“超凈排放”的排放指標(biāo)，目前主流意見(jiàn)為NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、HCl≤5mg/Nm3、煙塵≤5mg/Nm3。

排放標(biāo)準(zhǔn)的趨嚴(yán)，促使煙氣凈化工藝發(fā)展，各科研單位和專業(yè)企業(yè)，不斷探索和研究新的煙氣凈化處理工藝。在新的工藝技術(shù)尚未成熟之前，從這兩年的工程實(shí)踐來(lái)看，當(dāng)前的煙氣凈化處理技術(shù)主要是以工藝組合為主。其中主流技術(shù)是以旋轉(zhuǎn)噴霧半干法（SDA）脫酸工藝為基礎(chǔ)，增加濕法洗滌設(shè)備和SCR設(shè)備，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫脫酸脫硝的綜合功能。目前新規(guī)劃的項(xiàng)目，幾乎無(wú)一例外都采用了這種方式。這種基于半干法的組合工藝，其典型配置方式為：SNCR脫硝+旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫酸+（干粉噴射）+袋式除塵+濕法洗滌+SCR脫硝。

當(dāng)然，各項(xiàng)目會(huì)有細(xì)節(jié)上的差別，主要在于，配不配濕法洗滌塔或者配不配SCR系統(tǒng)等，但其中“旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫酸+（反應(yīng)吸附藥劑干粉噴射）+袋式除塵”的SDA工藝是核心基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，每個(gè)組合項(xiàng)目必配，從而構(gòu)成了這套組合工藝外觀上的技術(shù)特征。其內(nèi)在的技術(shù)特點(diǎn)，主要是工藝組合性好，運(yùn)行模式多樣，可以實(shí)現(xiàn)：SNCR脫硝+半干法脫酸工藝、SNCR脫硝+半干法脫酸+干法脫酸工藝、SNCR脫硝+半干法脫酸+濕法洗滌工藝、SNCR脫硝+半干法脫酸+濕法洗滌+SCR脫硝工藝等運(yùn)行模式。這種組合工藝，應(yīng)該會(huì)是今后一段時(shí)間內(nèi)主流的配置方式。

2 干法組合式煙氣凈化工藝在生活垃圾焚燒項(xiàng)目上應(yīng)用的可能性

2.1 以急冷調(diào)質(zhì)干法為基礎(chǔ)的組合式煙氣凈化工藝

除了基于半干法基礎(chǔ)的組合式工藝，還有一種組合工藝，即是以急冷調(diào)質(zhì)干法脫酸工藝為基礎(chǔ)，配套濕法洗滌設(shè)備與SCR設(shè)備，實(shí)現(xiàn)煙氣的急冷脫硫脫酸脫硝的綜合功能。這種基于急冷調(diào)質(zhì)干法的組合模式，其基本配置為：SNCR脫硝+急冷塔+（干粉噴射）+袋式除塵+濕法洗滌+SCR脫硝。

這種干法的組合方式，目前主要應(yīng)用在醫(yī)療與危險(xiǎn)廢物焚燒項(xiàng)目上。由于危險(xiǎn)廢物與醫(yī)療垃圾的焚燒煙氣有獨(dú)特性，主要表現(xiàn)為煙氣量小、煙氣溫度高、HCl含量奇高（往往在0.3萬(wàn)～1.0萬(wàn)mg/Nm3），而SO2等有害物質(zhì)相對(duì)較少，導(dǎo)致HCl的處理難度極大，所以在危險(xiǎn)廢物與醫(yī)療垃圾的焚燒項(xiàng)目上，組合配套的環(huán)節(jié)更多。在實(shí)際工程項(xiàng)目中，往往會(huì)在急冷塔后配套一臺(tái)干法脫酸塔，濕法洗滌系統(tǒng)采用酸洗塔和堿洗塔雙塔結(jié)構(gòu)，有的項(xiàng)目還設(shè)置有濕電除塵器等做法，工藝系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。但其中的急冷塔+（反應(yīng)吸附藥劑干粉噴射）+袋式除塵干法組合工藝也是核心基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，每個(gè)組合項(xiàng)目必配，這也構(gòu)成了其外觀技術(shù)特征。

2.2 組合式凈化工藝在生活垃圾焚燒項(xiàng)目上應(yīng)用的可能

2.2.1 生活垃圾焚燒項(xiàng)目的煙氣特點(diǎn)

生活垃圾焚燒項(xiàng)目的煙氣主要參數(shù)，其參數(shù)范圍一般為：煙氣量為3萬(wàn)～30萬(wàn)Nm3/h；煙氣溫度180℃～250℃；主要有害成分：HCl800～1500mg/Nm3，SO2600～1200mg/Nm3，NOx200～400mg/Nm3，二英5～15ngTEQ/Nm3。

這種煙氣成分，與其它焚燒項(xiàng)目相比，SO2小于燃煤鍋爐煙氣的含量，HCl也遠(yuǎn)小于危險(xiǎn)廢物以及醫(yī)療垃圾焚燒項(xiàng)目煙氣的含量。有害物質(zhì)相互之間有一定的影響，例如SO2的存在，有利于遏制二英的二次合成，也有利于HCl的去除。所以，按現(xiàn)行的《生活垃圾焚燒控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）要求，生活垃圾焚燒項(xiàng)目項(xiàng)目的煙氣采用單純的干法可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放，如保利協(xié)鑫徐州再生能源項(xiàng)目；按照歐盟指令Directive 2000 76 EC要求，單純半干法的保證能力也足夠。又如天津?yàn)I海新區(qū)大港生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目、北京朝陽(yáng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園高安屯二期項(xiàng)目等，這些項(xiàng)目都在穩(wěn)定運(yùn)行，并且排放數(shù)據(jù)優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值。

組合式煙氣凈化工藝的主要目標(biāo)不是應(yīng)對(duì)當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)，而是項(xiàng)目建成后，在其壽命期內(nèi)適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的提高，包括“超凈排放”概念下新的排放標(biāo)準(zhǔn)。由于濕法工藝的引進(jìn)，系統(tǒng)的脫酸保障能力大幅度提高，濕法塔上游的設(shè)備變成了煙氣的調(diào)溫調(diào)質(zhì)預(yù)處理設(shè)備。

2.2.2 干法系統(tǒng)與半干法系統(tǒng)的特點(diǎn)比較

干法工藝和半干法工藝這兩種組合式工藝的濕法洗滌與脫硝部分配套大致相同，對(duì)其干法/半干法基礎(chǔ)工藝的特點(diǎn)對(duì)比如下表。

兩種組合式工藝中基礎(chǔ)工藝特點(diǎn)對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比可看出，半干法對(duì)于脫硫脫酸，工藝保障性比干法強(qiáng)，形成組合工藝后的運(yùn)行方式比基于干法的組合工藝運(yùn)行模式更多，這是基于半干法的組合工藝的優(yōu)勢(shì)。但這種基于急冷調(diào)質(zhì)干法的組合工藝有其獨(dú)到的特點(diǎn)，使得其在生活垃圾焚燒項(xiàng)目上的適應(yīng)性更好，干法系統(tǒng)特點(diǎn)為:

（1）干法處理煙氣量的范圍寬。半干法工藝由于旋轉(zhuǎn)噴霧器的旋轉(zhuǎn)半徑有一個(gè)相對(duì)固定范圍，反應(yīng)塔的直徑就不太可能做得太小或者太大，否則會(huì)導(dǎo)致濕壁或者混合不均。急冷調(diào)質(zhì)干法工藝采用雙流體噴槍噴霧，就不受此限制。

（2）干法適應(yīng)煙氣溫度的范圍寬。半干法工藝霧化器是一個(gè)內(nèi)置在反應(yīng)塔中的運(yùn)動(dòng)型設(shè)備，對(duì)環(huán)境溫度敏感，溫度太高，會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)霧化器冷卻保護(hù)難度增大；溫度太低時(shí)，受到石灰漿濃度的限制（漿液濃度增大會(huì)導(dǎo)致管路淤塞），帶入的水量會(huì)將煙氣溫度降得很低，甚至直接降到煙氣露點(diǎn)以下；干法工藝采用靜態(tài)工作型的雙流體噴槍，可以進(jìn)行最合理布置，而且噴的是清水，沒(méi)有濃度限制，噴水量最低可以調(diào)節(jié)到0。

（3）一般生活垃圾焚燒項(xiàng)目煙氣溫度波動(dòng)范圍為180℃～230℃，最高到250℃。二英有一個(gè)再合成的問(wèn)題（其二次合成的溫度區(qū)間一般在200℃～600℃），同時(shí)二英的二次合成又會(huì)受到銅（Cu）等金屬元素、SO2的抑制，在半干法反應(yīng)塔內(nèi)煙氣在降溫的同時(shí)也在脫硫，在急冷塔內(nèi)SO2則以氣態(tài)或者溶解態(tài)存在，對(duì)二英的再合成具有良好的抑制作用。

（4）半干法工藝在保留粉態(tài)藥劑的噴吹的設(shè)備外，需要配套旋轉(zhuǎn)霧化器、石灰漿制備系統(tǒng)、渣漿泵等設(shè)備，投資相對(duì)偏大。在運(yùn)行方面，這些新增設(shè)備的功率大、電耗多、故障率高（包括霧化器故障、渣漿泵磨損、管路淤塞等），而干粉噴吹同時(shí)存在，所以消石灰等脫酸藥劑的用量并不比干法工藝減少的太多（半干法用量大約相當(dāng)于干法的90%），這些因素綜合起來(lái)，半干法工藝運(yùn)行成本也比干法工藝高。

總結(jié)起來(lái)，對(duì)于生活垃圾焚燒項(xiàng)目，基于半干法的組合式工藝，適應(yīng)范圍窄、投資運(yùn)行成本高，脫酸效率高，相當(dāng)于冗余設(shè)計(jì)，不如基于干法組合工藝的性價(jià)比高。所以基于干法的組合式工藝更適合在生活垃圾焚燒項(xiàng)目應(yīng)用?；诎敫煞ǖ慕M合式工藝之所以成為當(dāng)前各項(xiàng)目的首選，是因?yàn)檫@種工藝運(yùn)行模式多樣，適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的范圍寬，可以滿足從當(dāng)前排放標(biāo)準(zhǔn)到未來(lái)更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)際上是一種過(guò)渡性工藝技術(shù)措施。

3 基于干法組合式凈化工藝在生活垃圾焚燒項(xiàng)目上的應(yīng)用

如果面對(duì)未來(lái)更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)工藝技術(shù)設(shè)計(jì)，那么基于干法的組合式工藝方式的優(yōu)勢(shì)就立刻顯現(xiàn)出來(lái)。這種工藝的工藝保障性充分，投資與運(yùn)行費(fèi)用低，直接按照更嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行，也不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用大幅度提高；干法工藝適應(yīng)煙氣范圍寬，尤其充分利用SO2的特點(diǎn)，有助二英及HCl等有害物質(zhì)的脫除。所以，基于干法組合式凈化工藝必將是未來(lái)生活垃圾焚燒項(xiàng)目煙氣凈化系統(tǒng)的一種典型的組合工藝。這種組合工藝的基本流程如下圖。

基于干法組合式凈化工藝流程圖

干法組合工藝的煙氣凈化處理過(guò)程：SNCR系統(tǒng)以爐膛為反應(yīng)器，在900℃～1100℃區(qū)間噴入尿素等還原劑，實(shí)現(xiàn)初步脫硝。煙氣經(jīng)省煤器出來(lái)后，溫度波動(dòng)范圍一般為180℃～230℃，煙氣首先進(jìn)入急冷塔，通過(guò)在急冷塔內(nèi)噴入冷卻水進(jìn)行降溫調(diào)質(zhì)處理，隨后煙氣進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)行過(guò)濾除塵，從布袋除塵器上游煙氣管道噴入消石灰粉料和活性炭粉料，在布袋表面建立脫酸反應(yīng)床，進(jìn)行一級(jí)脫酸反應(yīng)，經(jīng)過(guò)初步凈化的煙氣再進(jìn)入濕法洗滌塔，進(jìn)行二級(jí)強(qiáng)化脫酸凈化反應(yīng)，進(jìn)一步脫除煙氣里的SO2和HCl等有害物質(zhì)，再進(jìn)入SCR反應(yīng)塔，脫除NOx等氮氧化物。處理之后的潔凈煙氣由引風(fēng)機(jī)抽排，經(jīng)由煙囪排入大氣。

SCR系統(tǒng)催化劑按運(yùn)行溫度，一般分為高溫催化劑（運(yùn)行溫度為280℃～400℃）、中溫催化劑（運(yùn)行溫度為230℃～240℃）、低溫催化劑（運(yùn)行溫度約為185℃）。垃圾焚燒項(xiàng)目煙氣成分復(fù)雜，不宜在高溫段布置SCR系統(tǒng)。目前的實(shí)際工程一般采用中溫催化劑，并有向低溫催化劑方向發(fā)展的趨勢(shì)。濕法洗滌塔出口溫度往往不高于80℃，需要抬高煙氣溫度以適應(yīng)SCR塔的煙氣運(yùn)行溫度，因而需要SCR換熱器利用蒸氣溫度對(duì)煙氣加熱。從節(jié)能的角度，可以在濕法洗滌塔前設(shè)置GGH換熱器，利用除塵器出口的煙氣加熱濕法反應(yīng)塔出口的煙氣溫度，這個(gè)換熱器設(shè)為GGH1。同樣在SCR反應(yīng)塔前還需要設(shè)置一個(gè)GGH換熱器（設(shè)為GGH2），利用SCR塔出口煙氣加熱SCR進(jìn)口煙氣溫度?？蓪GH1與濕法塔歸結(jié)為濕法洗滌系統(tǒng)設(shè)備，把GGH2、SCR以及SCR塔歸結(jié)為SCR系統(tǒng)設(shè)備。

與煙氣處理系統(tǒng)相配套的輔助裝備主要有：

（1）還原劑（尿素或者氨水）制備系統(tǒng)，配置的還原劑供SNCR系統(tǒng)和SCR系統(tǒng)公用，并且可以一套對(duì)應(yīng)多條線配套。

（2）干粉存儲(chǔ)與噴射系統(tǒng)，干粉藥劑主要包括脫酸劑消石灰（Ca(OH)2）與吸附劑活性炭粉料，也有部分項(xiàng)目采用NaHCO3等為脫酸劑。干粉在布袋除塵器入口煙道噴入，與煙氣混合并最后均勻分布在濾袋的迎風(fēng)面，建立一道反應(yīng)床，與煙氣里的SO2和HCl反應(yīng)，根據(jù)用量一般能夠脫除50%～90%的酸性有害物質(zhì)，活性炭用于吸附二英以及重金屬等有害物質(zhì)；消石灰與活性炭粉料一般采用稀相氣力輸送，可以一對(duì)多線配套。

（3）濕法洗滌塔堿液制備系統(tǒng)，因?yàn)槔贌?xiàng)目煙氣成分復(fù)雜，不宜回收副產(chǎn)品，而Ca(OH)2溶液為不完全溶解的懸濁液，容易出現(xiàn)管道淤塞及噴嘴磨損等問(wèn)題，所以一般采用燒堿（NaOH）溶液。濕法塔廢液輸送設(shè)備用于把反應(yīng)后的廢液輸送到急冷塔的霧化噴槍使用。堿液制備系統(tǒng)也可以一對(duì)多線配套。

（4）飛灰輸送與處理系統(tǒng)，飛灰輸送與處理系統(tǒng)設(shè)備主要用于收集急冷塔與布袋除塵器等設(shè)備內(nèi)的飛灰，輸送到廠區(qū)內(nèi)的飛灰暫存?zhèn)}，并進(jìn)行成分穩(wěn)定與固化處理。飛灰輸送與處理系統(tǒng)也可以一對(duì)多線配套。

（5）其他必要的輔助支持系統(tǒng)與材料，包括電氣、熱控系統(tǒng)設(shè)備、工藝水與壓縮空氣等工藝管路設(shè)備與元件、公共鋼結(jié)構(gòu)材料、保溫材料等。