生活垃圾焚烧发电厂烟气净化工艺研究

汪文杰

（广州迪斯环保设备有限公司，广东广州 510330）

随着生活垃圾产生量不断增加，中国各地加大了垃圾焚烧发电厂建设力度。生活垃圾在焚烧过程中会产生大量污染物，其中主要含有颗粒物、HCl、SO2、NOx、HF、二噁英、重金属等大气污染物。目前，我国大部分地区生活垃圾焚烧发电厂对于烟气的处理工艺主要采用“SNCR+旋转喷雾半干法（SDA）+干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘器”，可有效去除烟尘、颗粒物、易溶性酸性气体和NOx等，可使污染物的排放满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2014）和欧盟2010/75/EC标准，但随着污染物的排放总量不断攀升，国家和地方对污染物的排放限值也日趋渐严，现已出台的相关地方标准和政策中，一些地区如上海、深圳、海南等地的关于NOx的排放指标已明显高于国家标准，因此生活垃圾焚烧发电厂必须实施切实可行的污染物控制措施。

1 NOx控制技术

生活垃圾焚烧发电厂烟气脱硝技术，主要有选择性非催化还原技术（SNCR技术）和选择性催化还原技术（SCR技术）。

1.1 SNCR技术

SNCR技术是在焚烧炉炉膛中适当位置喷入含有氨基的还原剂，在无催化剂作用下，氨基还原剂将烟气中的NOx还原生成N2和水。可用作SNCR脱硝技术的还原剂主要有液氨、氨水和尿素溶液，通常为质量分数5%左右的氨水或尿素溶液，反应温度区间一般在850～1 100℃。SNCR脱硝由于投资低，已成为垃圾焚烧炉的常规配置，但由于SNCR的脱硝效率一般在40%～60%，若为了提高效率而增加还原剂的喷入量，则会造成氨逃逸，造成锅炉结垢、堵塞。

1.2 SCR技术

SCR技术是在O2和催化剂存在条件下，反应温度300～420℃，用还原剂NH3将烟气中的NOx还原为N2和H2O。根据催化剂的活性温度区间，可分为高温SCR（280～420℃）、中温 SCR（210～250℃）、低温 SCR（120～200℃）。近年来低温SCR催化剂得到了广泛研究，主要有锰系催化剂、钒系催化剂及活性焦催化剂。目前国内垃圾发电项目中采用中低温钒系催化剂比较多，其反应温度主要在180～230℃。钒系中低温催化剂是通过优化催化剂配方，通过调变钒的比例和添加低温活性助剂，在150～300℃表现出较高的脱硝活性，相关研究[1]表明，通过改良后的钒基低温催化剂在温度高于200℃，在35%水蒸气含量下，气速2m/s时，60cm长催化剂的脱硝效率仍可以达到85%；在180℃时，当SO2浓度为1000mg/m3，气速2m/s时，催化剂活性稳定，脱硝效率可达到95%，当引入15%水蒸气时催化剂活性降低，脱硝效率仍达90%。SCR反应器布置于脱酸塔和布袋除尘器之后，从而可使催化剂在低尘、低SO2的烟气环境中工作，减轻了催化剂的堵塞磨损问题，同时也可避免催化剂的中毒失活问题，延长催化剂的使用寿命。“SNCR+旋转喷雾半干法（SDA）+消石灰干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘器+SCR”工艺路线（一）（见图1）中布袋除尘器出口的烟气温度在145～155℃，因此，在烟气进入SCR反应器之前需加热至180～230℃，大幅度增加了能源消耗。

图1 工艺流程

特提出工艺路线（二）“SNCR+碳酸氢钠干法脱酸（SDS）+活性炭喷射+布袋除尘器+SCR”。工艺路线（一）流程见图1，工艺路线（二）流程见图2。

鉴于2种工艺路线中SNCR、活性炭喷射系统、布袋除尘器系统及SCR工艺大致相同，本文不细述。

2 旋转喷雾半干法脱酸（SDA）系统

2.1 旋转喷雾半干法脱酸（SDA）系统

该脱酸系统主要包括石灰浆液制备系统、脱酸反应塔。

从余热锅炉来的高温烟气从脱酸反应塔顶部的进气分布器进入，进气分布器中设有导流板和旋流片，可使烟气呈螺旋状向下运动。旋转雾化器安装在喷雾反应器上部，从石灰浆制备系统来的石灰浆进入旋转雾化器，由于雾化器的高速旋转，石灰浆被雾化成平均30～50µm的微小液滴，该液滴与呈螺旋状向下运动的烟气充分混合，并向下运动，在此过程中，石灰浆与烟气中的酸性气体HCl、HF、SO2等发生反应。在反应的第一阶段，气-液接触发生中和反应，石灰浆液滴中的水分得到蒸发，同时烟气得到冷却；第二阶段，气-固接触进一步中和并获得干燥的固态反应物CaCl2、CaF2、CaSO3及CaSO4等。部分反应生成物落入反应器锥体，由锥体底部排出。经净化后的烟气进入布袋除尘器，在布袋除尘器表面继续进行脱酸反应，同时经过滤后的净烟气进入后续处理设施。

脱酸反应塔由喷雾器和塔体组成。

石灰浆的消耗根据系统出口排放的酸含量（烟囱CEMS系统里烟囱上的HCl与SO2测定值）自动调节，塔内的喷水量由反应塔下游的温度计控制。旋转喷雾器和进水进浆之间能实现连锁控制并有报警信号。

2.2 石灰浆制备系统

石灰浆制备系统由储料仓、仓顶除尘器、定量给料机、配浆槽、供浆槽、浆液泵等组成。该系统作用是完成脱酸所需石灰浆液的储存、制备及输运等功能。

3 碳酸氢钠干法脱酸（SDS）系统

碳酸氢钠干法脱酸（SDS）系统主要由碳酸氢钠研磨送粉系统、反应器系统组成。碳酸氢钠储仓内约100目的粗粉经过研磨机研磨为20～25μm细粉后通过风机喷入干法反应器内，与高温烟气混合，NaHCO3粉末与烟气接触后迅速热解转化为Na2CO3，极大地提高了钠基颗粒的孔隙率和比表面积，促进了酸性气体和脱酸剂的接触，烟气与碳酸钠干粉在反应器内迅速进行物理、化学反应，反应后的废钠盐通过布袋除尘器收集后进入飞灰系统，烟气通过布袋除尘器过滤后进入后续SCR系统，流程见图2。

根据相关研究及在焦化行业的实际运行，当碳酸氢钠研磨粒径约为20μm，反应温度在150～200℃，NSR控制在1.1～1.3时，脱酸效率达到90%～95%。

4 工艺比较

4.1 工艺特点

下面就2种工艺差异进行对比，详见表1。

4.2 运行费用比较

下面以某2×400t/d项目为例，对2种工艺的实际运行费用进行对比。

4.2.1 余热锅炉出口烟气参数

余热锅炉出口额定烟气量79 380m3/h，排烟温度190～220℃，烟气参数详见表2、表3。

表2 余热锅炉出口烟气组分

表3 余热锅炉出口污染物浓度

4.2.2 年实际运行费用对比

年实际运行费用见表4。

表4 年运行费用（万元）

5 结束语

介绍了“SNCR+旋转喷雾半干法（SDA）+消石灰干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘器+SCR”和“SNCR+碳酸氢钠干法脱酸（SDS）+活性炭喷射+布袋除尘器+SCR”两种净化工艺，进行了差异分析，并以某2×400t/d垃圾焚烧发电烟气净化项目为例对2种工艺的实际年运行费用进行了对比，综上分析，在垃圾焚烧发电项目当NOX排放指标＜100mg/m3时，“SNCR+碳酸氢钠干法脱酸（SDS）+活性炭喷射+布袋除尘器+SCR”从工艺特点、一次性投资、实际运营成本等各方面考虑更适合在垃圾焚烧发电项目推广运用。