垃圾发电厂烟气净化处理工艺选择

甘华强

郑州东兴环保能源 有限公司 ，河南 郑州 450001

【摘要】随着人们对良好的居住环境的诉求日趋强烈，要求生活垃圾焚烧厂必须配备足够的烟气处理设施，并实现良好的运营。本文从项目初期投资、运维成本、环境效益、及脱除效率等几个方面展开对比分析，并最终形成最优的烟气净化综合处理方案。

【关键词】垃圾发电厂；烟气净化；处理工艺

1引言

近年来，人们的环保意识不断加强，垃圾发电厂作为厌恶性设施产生了一定的邻避效应，为了回应社会诉求，尽量规避垃圾电厂带来的环境影响，同时顺利开展项目建设和运营，妥善处理社会关心的重点问题，各地垃圾焚烧发电厂的建造和运营标准都大幅度提高。

2项目介绍

郑州（东部）环保能源工程项目位于郑州市中牟县郑庵镇，为我国中部规模最大的垃圾焚烧发电项目。项目占地232亩，投资约21.7亿元。采用6条700t/d的机械炉排炉焚烧线，3台30MW汽轮发电机组，中温400℃、中压4MPa余热锅炉，配套建设飞灰稳定化处理工程、烟气处理设施、渗滤液处理工程等，是河南省、郑州市重点工程。该项目建成后日处理生活垃圾4200吨，年发电量4亿度。

3 酸性气体脱除工艺的确定

3.1干法工艺

干法工艺可以有两种方式：一种是干式反应塔；另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂，药剂在除尘器内和酸性气体反应。除酸的药剂多采用消石灰Ca(OH)₂，让Ca(OH)₂微粒表面直接和酸气接触，产生化学中和反应，生成无害的中性盐颗粒，固态颗粒物的一部分经反应塔底部排出，一部分与粉尘一起由除尘器捕集下来，经排灰收集系统收集后再进行深化处理。

3.2半干法工艺

半干法工艺的吸收剂采用石灰制备成氢氧化钙溶液，在烟气净化工艺中置于除尘设备前，因注入石灰浆后在反应塔中形成大量的颗粒物，必须由除尘器收集去除。半干法工艺在欧洲被视为最先进适用的工艺之一，在美国被国家环保局认定为最佳技术而被多数现代化焚烧厂采用。半干法工艺可达到较高的净化效率，对酸的去除率约90～98%，投资和运行费用相对较低，工艺流程简单，不产生废水，可满足烟气排放标准。

3.3湿法工艺

湿法工艺脱酸采用洗涤塔形式，烟气进入洗涤塔后经过与碱性溶液充分接触得到满意的脱酸效果。湿式除酸净化工艺有废水产生，对酸性污染物、重金属和各种有机物的去除效率高。其中，对HCI的去除效率约为98～99%以上，对SO₂的去除率也在95%以上，并能去除高挥发性重金属物质（如汞）的能力。湿法工艺系统较为复杂，袋式除尘器通常设置在湿式洗涤塔上游以脱除尘粒，通过洗涤烟气，重金属冷凝下来，部分固体重金属可在湿式洗涤塔中被除去。

3.4系统的选择

经综合比较，湿法工艺系统较复杂，需用大量水，并且产生的废水需要深度处理，运行费用高，故本项目不考虑湿法工艺；另单独使用干法工艺不能达到烟气排放标准的要求，所以推荐半干法脱酸工艺。考虑喷雾反应器法比循环流化床法技术成熟及脱酸效率高，选用旋转喷雾反应器。本项目采用旋转喷雾半干法脱酸工艺辅以干性脱酸药剂喷射系统，即“半干法+干法”脱酸工艺。

4 除尘工艺的确定

目前，国内外垃圾焚烧厂所用除尘设备主要是静电除尘器与袋式除尘器，对于粒度分布绝大部分在10～200微米范围内的烟尘，两种除尘设备均适合并满足排放要求，袋式除尘器同时兼有二次酸气清除的功能，上游的酸气清除设备中部分未反应的碱性物附着在滤袋上，在烟气通过时再次和酸气反应。但在静电除尘器内这种现象难以觉察，这也是袋式除尘器石灰耗量较少的原因之一。因此，本项目推荐选用袋式除尘器进行烟气除尘。

5脱NOx 工艺的确定

对于炉排炉，在不加脱NOx系统时，通过对焚烧炉内温度及含氧量等参数的控制，烟气中的NOx排放浓度300～400mg/Nm³，考虑国家及地方环保排放强制性要求，必须实施脱NOx。目前国际上采用较多的脱硝技术有两种：选择性催化还原法（SCR）及选择性非催化还原法（SNCR）。

5.1选择性催化脱硝工艺（SCR）

该工艺以氨水或尿素作为还原剂，需在烟气净化系统中增设烟气再加热器及催化剂反应塔，使烟气通过催化剂层，在催化剂表面NH₃与NOx进行选择性反应，将烟气中的NOx还原为N₂和H₂O，从而达到脱NOx之目的。该工艺NH₃反应完全，脱NOx效果好，脱硝效率可达到80%以上，而且还有分解二噁英的效果。

该系统较为复杂，催化剂价格昂贵，投资高，适用于NOx排放浓度非常严格的地区。试验证明SCR法可以将NOx排放浓度控制在50mg/Nm³以下。

5.2选择性非催化脱硝工艺（SNCR）

该工艺以氨作为还原剂，将其直接喷入焚烧炉内，在含氧状态、温度800～1000℃的情况下，与NOx进行选择性反应，使NOx还原为N₂和H₂O，达到脱NOx效果。相比系统简单，投资低，脱硝效率≤50%。氨与烟气良好混合是保证脱硝反应充分、用最少量氨达到最好效果的重要条件。若喷入的氨未充分反应，逃逸的氨会影响尾部受热面，飞灰容易沉积，遇到烟气中三氧化硫会生成硫酸氨。

综上所述选择性非催化还原法（SNCR）脱除NOx技术具有系统简单、运行可靠、操作方便、投资成本低的特点，但脱NOx效率较低；选择性催化还原法（SCR）的NH3反应完全，脱NOx效果好，而且稳定运行。本项目的建设具有一定的前瞻性，同时当地政府环保部门监督非常严格，故本项目选择SNCR+SCR工艺。

5脱重金属及二噁英

5.1重金属来源

重金属包括汞、镉、铅、砷等，主要来自垃圾中的废电池、日光灯管、含重金属的涂料、油漆等。在高温条件下，垃圾中的重金属物质转变为气态，在低温烟道中部分金属由于露点温度很低，以气相状态存在，部分金属凝结成亚微米级悬浮物，部分金属蒸发后附着在烟气中的颗粒物上。

5.2二噁英来源

二噁英的形成方式有两种：一是焚烧过程中形成，在垃圾焚烧过程中，如果局部供氧不足，则易形成二噁英；二是焚烧以后形成，在有金属催化剂存在和一定温度（250～400℃）的条件下，焚烧烟气中可再次形成二噁英。二噁英形成的相关因素有温度、氧含量及金属催化物质等，其中温度影响是较主要的因素。

5.3重金属及二噁英去除工艺

重金属的净化主要是在“高效捕集”和“低温控制”两个环节采取措施。

二噁英类物质（PCDD、PCDF）的控制措施主要有以下几个方面：

（1）在焚烧过程中对垃圾进行充分翻动和混合，确保燃烧均匀与完全。

（2）控制炉膛内烟气在850℃以上的滞留时间不小于2秒，保证二噁英的充分分解。根据美国EPA对二噁英等有毒有害物质生成的理论，二噁英等物质的分解随温度变化而变化，当烟气在大于850℃的温度下停留时间>2秒时，二噁英的分解率达99.99%。

（3）尽量缩短烟气在200～400℃温度区的停留时间，减少二噁英类物质的重新生成。

（4）控制进入除尘器入口的烟气温度低于200℃，烟气温度对去除二噁英有很大的影响。

（5）源头控制含氯垃圾进入焚烧炉。

目前常用的重金属及二噁英去除工艺是采用活性炭吸附加袋式除尘器。活性炭喷入装置设置在除尘器前的管道上，干态活性炭以气动形式进入除尘器前的管道中，通过在袋式除尘器中和烟气的接触进行吸附去除重金属和二恶英类物质。国外一些公司对半干法的烟气净化工艺进行了研究，当进入除尘器的烟气温度为140～160℃时，对二恶英类的去除率达到99%以上。

本项目采用活性炭+袋式除尘工艺去除烟气中的重金属及二噁英。活性炭从半干法脱酸反应塔后、袋式除尘器前的烟道混合器中喷入。

6结束语

通过对近年来烟气污染物处理方式进行细致深入的分析，结合项目实际状况，未来发展趋势。综合分析对比，本垃圾发电项目烟气净化采用控制炉温850℃（保持2s）+SNCR+半干法脱酸+干法脱酸+布袋除尘+SCR的综合烟气处理方案。

参考文献

[1]潘海东，高攀峰，王志强，浅谈垃圾焚烧炉烟气处理工艺.绿色科技2013（02）

[2]周思达，生活垃圾焚烧烟气污染物净化工艺和选择.环境与发展,2017（03）

[3]张益，赵有才.生活垃圾焚烧技术[M].北京：化学工业出版社，2001