危废焚烧烟气净化工艺路线的比较和选择

雷鸣

要：焚烧法作为一种处置危险废物的有效手段，符合“无害化、减量化”的危废处置方针，在国内得到大范围应用。烟气净化系统是焚烧工艺的重要组成部分。介绍粉尘、酸性气体、氮氧化物等污染因子的处理技术，对比各种技术的成本和优劣，为危险废物焚烧厂建设单位、设计单位等提供参考。

关键词：危险废物;焚烧;烟气净化

中图分类号：X701.2 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）29-0147-03

Comparison and Selection of Hazardous Waste Incineration

Flue Gas Purification Process

LEI Ming

（Guangzhou Weigang Environmental Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510045）

Abstract： As an effective means of disposing hazardous waste， incineration method is in line with the hazardous waste disposal policy of "harmless and reduction"， and has been widely used in China. Flue gas purification system is an important part of incineration process. To introduce the treatment technologies of pollution factors such as dust， acid gas and nitrogen oxides， and compares the costs， advantages and disadvantages of various technologies， so as to provide reference for the construction unit and design unit of hazardous waste incineration plant.

Keywords： hazardous waste;incineration;gas purification

危险废物经充分燃烧会产生成复杂的烟气，必须经治理达标后方可排放。烟气净化处理主要包括：粉尘颗粒物的去除，酸性气体的去除，氮氧化物的去除等[1-3]。随着《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484—2020）的颁布，如何选择既稳定又经济的烟气处理技术成为危废焚烧行业面临的主要研究课题。

1 粉尘颗粒物的去除方案

废物焚烧过程中产生的微小无机颗粒状物质主要是：①废物中不能被焚烧的灰分;②未充分燃烧的有机物;③废物中带入的低升华点的盐类;④烟气中的重金属及其他有催化性质的颗粒反应再生成的固体颗粒。其中第一种为主要成分。

焚烧烟气中粉尘的主要成分为惰性无机物质，如灰分、无机盐类、可凝结的气体污染物质及有害的重金属氧化物，根据废物种类和成分估算，其质量浓度在450～20 000 mg/m。

除尘设备主要包括旋风除尘器、静电除尘器及布袋除尘器等。其中，旋风除尘器除尘效率较低，主要去除直径大于50 μm的粉尘;而静电除尘器和布袋除尘器除尘效率较高。

静电除尘器分干式和湿式两种，具有除尘效率高、压力损失小、处理烟气量大和适用范围广等优点。其除尘效率高于99%，远高于旋风、水膜等除尘方式，与袋式除尘器相近。尤其是湿式静电除尘器，其除尘效率在99.9%以上，连续粉尘排放可控制在10 mg/m以下。除此之外，湿式静电除尘器还能脱除SO、NH、细小液滴、汞重金属等，不但能改善烟气排放指标，而且有利于选择性催化还原（Selective Catalytic Reduction ，SCR）脱硝设备的应用[4]。静电除尘原理见图1，湿电除尘器内部实物见图2。

布袋除尘器是一种新型、高效的过滤式除尘器，其过滤负荷较高，滤袋使用寿命长、运行安全可靠。图3和图4是广州维港环保科技有限公司研发的一种步入式结构的布袋除尘器，设有独立的净烟气室。该除尘器各个过滤仓室均为独立结构，可以实现在线关闭任何一个仓室进行清灰，更换滤袋。其已经在国内多个危废焚烧线中使用，出口粉尘质量浓度可达到5 mg/Nm3，在国内处于先进水平。

近年来，一些地区相继颁布了粉尘超低排放的地方标准（小于等于10 mg/Nm）。為了得到更好的粉尘脱除效果，同时利于湿法脱酸及SCR脱硝设备的运行，可以将袋式除尘和湿电式静电除尘结合起来进行粉尘处理。

2 酸性气体的治理方案

2.1 焚烧烟气中的酸性概述

焚烧烟气中的酸性气体包括氯化氢（HCl）、卤化氢（氯以外的卤素，氟、溴、碘等）、硫氧化物（SO）、氮氧化物（NO）、碳氧化物（CO）、五氧化磷（PO）和磷酸（HPO），其中HCl、SO、NO、CO等为主要成分。

2.2 治理技术比选

酸性气体的去除工艺主要有干法净化、半干法净化、湿法净化三种。相关文献记载，三种方法对酸性气体的去除率分别为90%、60%和98%[5-6]。

2.2.1 干法净化工艺。干法净化工艺是指将一定细度的吸收剂（以Ca（OH）或小苏打NaHCO粉末居多）喷入烟气，吸收剂与烟气中的酸性气体发生反应生成盐类，将烟气中的酸性成分脱除;同时喷入的还有活性炭粉末，主要用于吸附烟气中的重金属和二噁英、呋喃。由于干法净化工艺是气固相反应，其反应效率一般只有50%作用，相对半干法和湿法较低。但是从工艺特点分析，干法净化工艺应用灵活，工艺简单，作为烟气脱酸的第一步或者预处理手段非常合适。

2.2.2 半干法净化工艺。半干法净化工艺是将含有吸收剂Ca（OH）的浆液喷入脱酸塔中，浆液中的脱酸剂与烟气中的酸性气体发生反应，达到脱除烟气中酸性气体的目的。半干法净化工艺的核心设备是浆液雾化喷枪或旋转雾化喷头，其可以将浆液雾化成小于100 μm的细小雾滴，浆液雾化过程中吸收剂可以实现与烟气的高度均匀混合，从而获得比干法更高的酸碱反应效率。半干法净化工艺可以与急冷工艺结合使用，在实现烟气急冷的同时实现脱酸。半干式净化工艺对HF、HCl的去除效率在80%以上，对SO的去除效率在85%以上。

2.2.3 湿法净化工艺。湿法净化工艺利用了氟化氢（HF）、氯化氢（HCl）等酸性气体易溶于水的性质，以及二氧化硫（SO）在60～80 ℃温度范围易于和碱性溶液（一般选用NaOH溶液）反应的特性。湿法净化工艺常用的设备是湿式洗涤塔，湿式洗涤塔对HF、HCl的去除效率在95%以上，对SO2的去除效率在90%以上。通过调整湿式洗涤塔的药剂加入，还能去除有机污染物（如多氯代二苯并二恶英PCDDs、多氯代二苯并呋喃PCDFs等）及重金属。同时，在喷淋过程中，烟气的粉尘也被捕集下来。湿式反应器还具有一定的除尘功能。湿式烟气脱硫技术具有装置性能高、造价低、设备结构简单、维修方便和节约能源等优点。其缺点是需要对湿法废水做进一步处理，工艺流程较为复杂，成套设备占地面积大，投资和运行费用较高。三种脱酸工艺指标对比见表1。

2.2.4 药剂种类。干式为氢氧化钙粉末（95%纯度），半干式为氢氧化钙乳液（6%），湿式为氢氧化钠溶液（30%）。

2.2.5 建议的方案。为最大限度地去除烟气中的有害成分，同时减少废水的产生，并节省投资，推荐采用组合方式对烟气中的酸性组分进行净化处理。组合法烟气净化即将干法除酸系统和湿法除酸系统相结合，这种组合工艺吸取了各种处理方法的优点，是有效的烟气脱酸方法。组合工艺可以避免单独使用干法效率不稳定和单独使用湿法烟气含水量过高的问题。

2.3 氮氧化物的治理方案

2.3.1 生成原理。NOx的生成量与燃烧温度及废物的含氮量特别是有机氮的含量有关。燃烧温度高于1 300 ℃时，送入燃烧炉的空气中的氮气和氧气会生成NO，同时废物中的有机氮会在焚烧过程中产生NO。总的来说，焚烧烟气中的NO绝大部分仍来源于废物中有机氮的焚烧。烟气中的NO大多以NO的形式存在，NO不溶于水，无法直接通过水洗或者碱液吸收的办法去除，必须采用其他方法。

2.3.2 治理方案的比选。烟气中NO的治理方法从源头控制有燃烧控制法，从结果去除有干式法和湿式法。

①燃烧控制法。燃烧控制法是一种从燃烧工况源头控制NOx产生的方法。由于在燃烧过程中，空气中的氮气会在高温条件下与氧气发生反应生成NO。因此，要想从源头控制NO产生，必须控制燃烧温度，一般不要超过1 300 ℃，同时控制燃烧过程中氧气的供给速度，使燃烧处于相对缺氧的工况，这样可以避免NO的生成。燃烧控制也可以将焚烧后的烟气再循环通过多次燃烧的手段来控制NO的生成。燃烧控制法必须综合考虑燃烧空气量的供给、燃烧烟气量的控制、火焰温度的调整等多种因素。

②干式法。干式法又分为选择性非催化还原法（SNCR）及选择性催化还原法（SCR）两种。SCR是在200～400 ℃温度范围内使用催化剂，并喷入氨源，将NO还原为氮气和水。SNCR不用催化剂，在950～1 050 ℃温度范围将NO还原为氮气和水。

就NO的去除效果而言，SCR对NO的综合去除率在90%以上，而SNCR对NO的去除率一般在30%～50%，若与低氮燃烧技术结合，SNCR的脱硝效率可稳定在60%左右。广州维港环保科技有限公司设计的SNCR装置结合锅炉的特殊设计，在保证氨逃逸量小于10 mg/Nm的情况下，对NO的去除率在80%，对NO的去除率在60%以上，综合去除率在75%以上。

对成本及效率进行分析，SCR由于催化剂昂贵，且需要对烟气进行二次加热，成本最高，但脱硝效率也最高;SNCR只需要在烟道合适位置喷入脱硝剂，设备及运行成本都较低，但单独使用该方式，脱硝效率难以达到现在的排放要求，先进的SNCR去除率在75%以上。

就副产物和其他污染物而言，SNCR和SCR均会产生NH污染问题，SCR会把SO部分转化为SO。SCR释放的NH3（2～5 mg/L）要低于SNCR系统（5～10 mg/L）。此外，由于催化剂的存在，SCR对二噁英也具有一定的去除效果。

③湿式法。NOx中的NO占比较大，因为NO不溶于水或碱性溶液，需要使用次氯酸钠（NaClO）、过锰酸钾（KMnO）等氧化剂将NO氧化成NO后，再用碱性溶液中和去除。因为氧化剂的药剂成本较高，该方法一般适用于高硫、氯含量废液焚烧炉的烟气处理。

2.3.3 还原剂的选择。目前，SNCR系统的还原剂主要有氨水和尿素两种，比选如下。

从处理效果分析，尿素不是直接氨源，需要热解成氨后才能与氮氧化物发生反应;氨水则是直接氨源，无须热解，直接与氮氧化物发生反应。因此，使用氨水比使用尿素脱硝的效率高，因为减少了热解环节，对烟气温度要求较低，同时不会产生副产物，不会腐蚀余热锅炉的膜式壁。

从运行成本上分析，采用氨水在成本控制方面略有优势，这主要是因为尿素价格稍高，且需要增加软水稀释等。

其他方面，尿素的优势在于随用随配，存储安全，管理审批手续简单;劣势是系统复杂造成投資高，且原料存储存在吸潮板结的问题。

3 结语

为了得到更好的粉尘脱除效果，同时利于湿法脱酸及SCR脱硝设备的运行，可以采取袋式除尘和湿电式静电除尘相结合的方式进行粉尘处理。

为了提高处理效率，延长设备使用寿命，在布袋除尘器前采用消石灰干法处理系统对烟气进行干法脱酸，然后经湿法洗涤进一步脱除酸性组分。

结合各地的氮氧化物排放标准，对于有超低排放要求的区域，烟气中氮氧化物排放质量浓度不得超过100 mg/Nm，如山东、广东、上海等，可以采用“燃烧控制+干式法”的工艺组合，其中干式法可以采用“SNCR+SCR”组合的方式。脱硝剂考虑危废企业成本、安全的实际，选择尿素为宜。

参考文献：

[1]郑安桥.危险废弃物焚烧处置预处理及烟气净化工艺设计[J].环境工程，2010（5）：61-65.

[3]许永坤.探讨化工危险废物焚烧及烟气处理的工艺[J].绿色环保建材，2018（8）：65-66.

[4]张井丽.危废焚烧与烟气净化系统问题及优化[J].广州化工，2017（17）：135-138.

[5]张弛，柴晓利，赵由才.固体废物焚烧技术[M].北京：化学工业出版社，2016：190-210.

[6]孙向军，陈德珍.垃圾焚烧厂干法脱酸药剂的比较研究[J].环境卫生工程，2011（6）：7-9.