吴曰丰

(上海环境集团，上海 200336)

某垃圾焚烧发电厂烟气净化系统优化方案比较

吴曰丰

(上海环境集团，上海 200336)

某地拟建生活垃圾焚烧电厂，由于当地环境容量限制及地方政策原因，对烟气排放指标要求较高，常规垃圾焚烧电厂烟气净化工艺(SCR脱硝+干法/半干法脱硫+活性炭吸附=恶英及重金属+布袋除尘)无法满足要求，在新增湿法脱酸及SCR脱硝后可达到要求。对烟气净化流程进行了优化，比较两个可行方案后得出较优方案。

垃圾焚烧发电厂；烟气净化；方案优化

0 引言

上海市政府为解决垃圾填埋处理时占地面积大、对周边环境影响大等问题，拟在市外郊建设一座日垃圾处理量6000t的生活垃圾焚烧厂，余热用于发电及地区供热。由于上海是中国的经济中心，地区人口密度大，能源消耗高，地区环境容量已达极限。因此，尽管该垃圾焚烧厂建设地为远郊，地方政府仍对该项目的烟气排放指标提出了很高要求，要求NOx排放水平应低于80mg/m3；生活垃圾焚烧厂则进一步提出烟气净化设备应具备NOx排放低于50mg/m3的能力，以满足可能进一步提升的排放要求。这一指标要求已远低于当前最严格的上海市地方排放标准及欧盟2000标准，常规的垃圾焚烧烟气净化工艺——SNCR脱硝+干法(半干法)脱酸+活性炭吸附二恶英及重金属+布袋除尘——已无法达到这一要求，新增湿法脱酸及SCR脱硝工艺才能满足。新增的这两个工艺均会带来烟气温度的反复变化，特别是湿法脱酸后烟气温度会明显下降，而将烟气再加热会造成能源的损失。因此有必要对整个烟气净化系统进行总体布置调整，在满足烟气排放要求的前提下尽量减少能量损失，最得最佳经济效益。

1 垃圾焚烧烟气的主要污染物

当前垃圾焚烧已成为生活垃圾处理的主要手段。生活垃圾焚烧后重量减量至10%、体积减量至5%以下，灰渣经处理后可再利用或填埋，既减少了土地占用，又减少了对地下水污染的风险，同时余热还可以用于发电及供热，是垃圾处理的较好途径。

垃圾焚烧也会带来新的问题。我国由于垃圾分类开展得并不好，垃圾焚烧后除灰渣应进行特别处理外，烟气中也带有大量的污染物，在向大气排放前应进行特别处理。由于垃圾成分的特殊性，垃圾经燃烧后产生的烟气中主要污染物为：烟尘、SO2、HCl、NOx、二恶英类(PCDD/PCDF等)、重金属等。

本项目考虑采用炉排炉，只在启动中使用轻柴油提高炉温，正常运行中处理垃圾时不需掺入其他可燃物。按垃圾处理量6800t/d计，设计8条焚烧线，每线处理量850t/d。由于不同厂家采用不同的燃烧技术，燃烧中投入的过量空气系数也不相同。典型设计在基准垃圾(设计热值2000kcal/kg)情况下燃烧产生烟气量为15×104m3/h，各主要污染物浓度见表1。

需要说明的是，在焚烧炉的出口二恶英类浓度已接近零，但由于余热锅炉中烟气温度逐渐下降，部分已分解的二噁英类再次合成，需要在烟气净化系统中进一步处理；在炉内会进行SNCR脱硝处理，炉膛出口烟气中的NOx浓度已下降至150mg/m3，需在后续的烟气净化系统中做进一步处理。

表1 燃烧后烟气量及主要污染物浓度

项 目数 值烟气量/m3·h-3150000SO2/mg·m-3300HCl/mg·m-3700NOx/mg·m-3280重金属/mg·m-3未知粉尘/mg·m-32000二恶英类/ngTEQ·m-30.06

2 垃圾焚烧烟气污染物处理技术

本垃圾焚烧发电项目烟气排放标准见表2。

表2 垃圾焚烧烟气排放指标 mg/m3

表中GB18485-2014为《生活垃圾焚烧污染控制标准》；DB31/768-2013为《上海市生活垃圾焚烧大气污染物排放标准》；各值均以标准状态下含11%O2的干烟气为参考值换算。DB31/768-2013中二恶英类排放指标为0.1ng TEQ/m3，本项目设计二恶英类排放值为0.05ng TEQ/m3。

2.1 烟尘

可采用静电除尘或布袋除尘，但考虑配合后端其他烟气净化设备运行及更低的烟尘排放水平，垃圾焚烧电厂更多使用布袋除尘方式。

2.2 重金属

采用活性炭吸附，再通过布袋除尘器进行收集，主要吸附反应发生在布袋表面。

2.3 二恶英类

采用活性炭吸附，再通过布袋除尘器进行收集，最终进入飞灰，主要吸附反应发生在布袋表面。在合适的脱硝催化剂作用下也能脱除一部分，使最终排放浓度降至极低。

2.4 HCl/HF

这是两种易被吸收的污染物，采用干法(通过向烟气中喷入干性吸附剂(消石灰CaOH2))即可达到去除效率80%以上；也可通过半法喷入消石灰浆液以达到去除效率90%以上；若经过湿法喷淋塔中喷入NaOH溶液效率可达到95%以上。

2.5 SO2

与HCl类似，可通过干法、半干法、湿法进行脱除，但效率差别明显。依据已有运行经验，通常在入口烟气中SO2浓度为300mg/m3情况下，干法、半干法、湿法进行脱除效率分别为50%、 70%、 95%。

2.6 NOx

去除NOx的方法分为两种：炉内SNCR和尾部烟气中设置SCR。炉内SNCR方法在原生NOx浓度约300mg/m3时脱除效率约为50%，可保证出口NOx浓度150mg/m3。尾部烟气净化装置中设置SCR则需利用专门的催化剂。SCR是利用把氨气喷入催化剂反应塔内，去除NOx的设备。SCR可以进一步降低NOx浓度到50mg/m3以下。

脱硝催化剂选择需考虑三个因素：入口含尘量、入口SO2浓度与运行温度，其中入口含尘量主要是考虑减少对催化剂的磨损与堵塞。解决此问题有两种方案，一是向催化剂中添加物质降低SO2转换率，但目前尚无一种催化剂可降低转化率到零；二是将反应选择在高温段(330～450℃)，这样生成的NH4HSO4会马上分解而不影响系统运行。本项目设计余热锅炉省煤器排烟温度为180℃，考虑运行较长时间(8000h)后炉内受热面粘污会使排烟温度上升到约210℃，这都远低于高温催化剂的应用温度段；且若将SCR放在高炉内高温段会因烟气中大量的重金属而造成催化剂中毒，系统也无法运行，因此需考虑新的方案。

当烟气中的SO2浓度极低时，即使在较低温度下SO2转化率较高，也不会形成大量的NH4HSO4而影响系统运行，因此控制SCR入口SO2浓度就成为一种合适的方法。使用催化剂在合适工况下运行，SCR的脱硝效率可达95%，同时还可脱除部分二恶英类，使二恶英排放水平降至0.05ngTEQ/m3以下。

3 垃圾焚烧烟气净化方案及经济性对比

3.1 方案的形成

为了除去烟尘及吸附重金属、二恶英类，通常会布置布袋除尘器，且位于活性碳喷射、干法喷射后、其他烟气净化设施前。为了降低总体排放水平，同时减少运行成本，考虑用干法(或半干法)配合湿法进行除酸。由于SCR催化反应需要较低的SO2浓度，SCR反应器通常位于脱酸设施后方。

湿法脱酸有着更好的效果，但也有着更高的运行物料成本、烟气温度的大幅下降，会给其他烟气净化设施带来一定影响，烟气再加热升温会带来能量损失，因此在系统中的布置位置需全面考虑。使用改性PTFE材料的GGH可以在过程中最大程度地回收热能，同时避免烟气腐蚀的影响。

NOx的去除分为两阶段：先通过炉内SNCR降低烟气中NOx含量至150mg/m3，再通过尾部SCR反应器将排烟NOx降至50mg/m3。

综合以上考虑，设计如下两个全烟气净化流程：

方案一：炉内SNCR+ 减温塔降温 + 活性碳喷射 + 干法(Ca(OH)2粉末)喷射 + 布袋 + 湿法塔(中间使用GGH回收热量) +SGH+SCR，其中在SGH前再增加一套金属管式换热器回收部分热量。具体流程见图1。

方案二：炉内SNCR+ 半干法(减温塔内喷Ca(OH)2浆液)+ 活性碳喷射 + 干法(喷小苏打或Ca(OH)2粉末)+ 布袋 + 管式换热器 +SGH+SCR+ 湿法塔(中间使用GGH回收热量)。具体流程见图2。

3.2 方案对比

方案一：烟气进入减温塔前约180～210℃，减温且喷入干粉后进入布袋前降到干法适合的反应温度160℃，出布袋达到155℃，此时烟气中重金属及二恶英类随烟尘一并被去除，HCl及SO2被去除大部分，经GGH降温后进入湿法塔，去除绝大部分酸性污染物，SO2含量低于5mg/m3，烟气温度降至60℃，经GGH、热管换热器及SGH加热升温至180℃进入SCR催化反应，去除最后的NOx及二恶英类，降温至140℃后清洁排放。烟气净化方案一过程参数见表3。

图1 烟气净化组合工艺流程方案一(湿法塔在前)

图2 烟气净化组合工艺流程方案二(湿法塔在后)

优点：烟气经过干法及湿塔后SO2含量已很低，完全满足SCR催化剂要求，脱硝催化反应温度可以降到较低(180℃)。缺点：烟气温度经过湿法塔后降至较低温度，为保证进入SCR催化反应温度需对烟气进行再加热，消耗较多蒸汽。进入烟囱排放的烟气温度较高，造成能量浪费。

方案二特点：烟气进入减温塔前约180～210℃，使用半干法在减温塔内喷入石灰浆液，同时对烟气进行减温至合适反应温度，再在管道内使用干法喷入碳酸氢钠及活性碳，在布袋上反应去除烟气中重金属及二恶英类，HCl及SO2也较方案一中去除更多。此时烟气中SO2含量约为35mg/m3，基本达到SCR催化剂允许运行范围(但需提高反应温度至230℃)，经SGH加热烟气后进入SCR催化反应，去除NOx及二恶英类。再视烟气指标情况进入湿法塔进行进一步的烟气净化脱酸，最后根据需要使用GGH(PTFE材料)提高烟气温度或使用钛合金烟囱内筒排烟。方案二过程参数见表4。

优点：减少了烟气温度反复变化，降低加热烟气的能耗；半干法及干法的使用减少湿法中NaOH溶液用量及洗烟废水的生成量。缺点：半干法除酸工艺增加了一套设备，造价增加；进入SCR反应器中烟气SO2浓度可能会超标，催化剂脱硝运行存在一定的风险；排入烟囱烟温过低可能会产生“白雾” 。

表3 烟气净化方案一中各环节烟气污染物指标(设计值)

项 目烟气温度/℃烟尘/mg·m-3重金属/mg·m-3NOx/mg·m-3SO2/mg·m-3HCl/mg·m-3二恶英类/TEQng·m-3原始值2000有2803007000.06省煤器出口11802000有1503007003布袋除尘器入口21606000有1503007003布袋除尘器出口315510无1501501400.06GGH1出口410710无1501501400.06湿法塔出口5605无150550.06GGH1出口61085无150550.06GGH2出口71355无150550.06SGH出口81805无150550.06SCR出口91755无50550.03GGH2出口101405无50550.03

表4 烟气净化方案二中各环节烟气污染物指标(设计值)

项 目烟气温度/℃烟尘/mg·m-3重金属/mg·m-3NOx/mg·m-3SO2/mg·m-3HCl/mg·m-3二恶英类/TEQng·m-3原始值2000有2803007000.06省煤器出口11802000有1503007003布袋除尘器入口21606000有1503007003布袋除尘器出口315510无15035140.06GGH1出口419510无15035140.06SGH出口523010无15035140.06SCR出口622510无5035140.03GGH1出口718010无5035140.03GGH2出口813010无5035140.03湿法塔出口9605无50550.03GGH2出口101105无50550.03

4 结语

从上述分析可以看出，两种垃圾焚烧烟气净化方案均是可行的。虽然方案二比较节能，用于烟气再加热的蒸汽量会更少些；但对于垃圾焚烧厂蒸汽参数均不高的情况下，烟气加热到230℃必须要使用主蒸汽或是饱和蒸汽，而加热到200℃使用高压抽汽就可以了。

另外，为了确保SCR催化剂的正常运行，方案一中经湿法塔后烟气中SO2浓度较低，对提高系统可靠性有利。因此，选择烟气净化方案一。方案一中排烟温度较高(约140℃)，后期运行中可以考虑进一步的节能措施，对方案一进行优化。

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[5]金 山.生物质直接燃烧发电技术的探讨[J].电力科技与环保,2015,31(1):50-52.

Comparison of optimization schemes for flue gas purification system of a garbage incineration
power plant

A garbage incineration power plant is proposed to be built in somewhere. Due to the capacity of the local environment and local policy, the flue gas emission targets require much higher, conventional garbage incineration power plant flue gas purification process cannot reach the mission. In adding new wet deacidification and SCR denitration technology can meet the requirements. It optimizes the flue gas purification process, and choses the better one after comparing the two feasible schemes.

garbage incineration power plant; flue gas purification; optimizing

X701

B

1674-8069(2017)02-022-04

2016-10-22；

2016-11-07

吴曰丰(1977-)，男，从事垃圾焚烧项目建设管理工作。E-mail：wintonwu@126.com