摘要：针对我国垃圾焚烧产生的烟气中污染物的组成，并结合当前国内外的污染物排放标准，介绍了炉排炉垃圾焚烧发电项目常用的几种烟气污染物净化工艺组合系统，并对这几种烟气净化工艺进行比较，分析优劣，探讨垃圾焚烧发电烟气净化工艺的发展趋势。
关键词：垃圾焚烧；发电；烟气净化；
1前言
城市垃圾的主要处理方式有填埋、焚烧和堆肥，其中垃圾焚烧是将生活垃圾作为燃料焚烧发电的过程，与垃圾的填埋和堆肥相比，占地面积小、处理时间短、无害化彻底，是目前最主要的垃圾处理方式之一。
但是，垃圾焚烧也会带来新的问题。由于国内垃圾分类不完善，燃烧热值低，垃圾焚烧后产生的烟气中含有大量的污染物：烟尘、SO2、HCl、NOx 、二恶英类(PCDD/ PCDF等 )、重金属等，需要合理净化，以免产生二次环境污染。随着我国垃圾焚烧技术的快速应用发展，国家环保总局颁布了《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GBl8485—2001)以及《生活垃圾焚烧大气污染物排放标准》(DBll／502—2007)对垃圾焚烧烟气的排放指标做出了严格的限制。在部分经济较发达的城市，垃圾电厂烟气排放标准甚至提高至欧盟标准2000／76／EC规定的要求。
本文以炉排炉为主，针对垃圾焚烧烟气中的主要污染物，分别介绍了不同污染物的烟气净化工艺，同时列举了目前常用垃圾焚烧烟气净化的整套工艺路线，对比其优劣，并探讨了其发展趋势。
2 烟气排放标准
国家环保总局颁布了《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GBl8485—2001)和欧盟标准2000/76/EC规定的要求，见表1。较国家标准，欧盟标准对垃圾焚烧烟气的排放指标有更严格的限制。
表1 生活垃圾焚烧污染控制标准及限制
3 主要污染物脱除工艺
3.1氮氧化物脱除工艺
3.1.1选择性非催化还原法(SNCR)
氮氧化物的选择性非催化还原法（SNCR）是以氨水（NH3.H2O）或尿素(CO(NH2)2)为还原剂，然后在800～1 000℃高温条件下，直接向烟气的高温区域喷入还原剂，将NOX还原为N2，从而达到脱除NOx的作用。
3.1.2选择性催化还原法(SCR)
氮氧化物的选择性非催化还原法（SCR）是在催化剂（主要是以氧化钛(TiO2)和五氧化二钒(V2O5)为基体的碱金属）的条件下，向尾部烟气中喷入还原剂，将NOx还原成N2，从而到达脱销的效果。
3.2脱酸工艺
酸性气体的去除工艺主要有干法、半干法、湿法三种，其酸性气体HCl、SO2的去除率分别达到 80%、90%和 98%，但吸收剂 Ca(OH)2的消耗过量系数分别为3、2和1。
干法脱酸可以有两种方式，一种是干式反应塔，干性药剂和酸性气体在反应塔内进行反应，然后一部分未反应的药剂随气体进入除尘器内与酸进行反应。另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂（消石灰），药剂在除尘器内和酸性气体反应。在除尘器里，反应产物连同烟气中粉尘和未参加反应的吸收剂一起被捕集下来，达到净化酸性气体的目的。
半干法的反应塔吸收剂一般采用氧化钙（CaO）原料，制备成氢氧化钙（Ca(OH)2）溶液，在烟气净化工艺流程中通常置于除尘设备之前。由喷嘴或旋转喷雾器将Ca(OH)2溶液从反应塔顶端喷入反应器，形成粒径极小的液滴。液滴在反应器中挥发从而降低了烟气的温度，同时提高了烟气湿度，使烟气中的酸性气体与石灰浆反应成为盐类，掉落至反应器底部，达到脱酸的效果。
湿法脱酸则采用洗涤塔形式，烟气从下部进入洗涤塔，碱性溶液（一般NaOH溶液）从上部喷入洗涤塔。在塔内烟气与碱液充分接触发生气液反应，脱除酸性气体和固体粉尘颗粒。洗涤塔应设置在除尘器下游，同时湿式洗涤塔不能设置在袋式除尘器上游，因为高湿度之饱和烟气将造成粒状物堵塞滤布，致使气体无法通过滤布。
3.3二噁英的脱除
为降低烟气中的二噁英浓度，首先要尽量从焚烧工艺上抑制二噁英的生成。除选用合适的炉膛结构外，还需在燃烧过程中严格采用“3T+E”法，即维持炉内高温(Temperature)(炉内温度保持在850～950℃)；延长气体在高温区的停留时间(Time)(在>850℃温度下烟气停留时间大于2s)；加强炉内湍动，促进空气扩散、混合(Turbulence)；控制过剩空气量(Excess Air)，控制过剩空气量可减少二嗯英的产生。然后在尾部烟气处理中采用活性炭吸附,再通过布袋除尘器进行收集,最终进入飞灰，最终达到去除二恶英的效果。
3.4 烟尘和重金属的去除
烟气中的烟尘和重金属的去除采用活性炭吸附,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，活性炭和布袋除尘器对烟气烟尘和重金属具有高效的脱除效果，分别达到99.9%和90%以上。
4常用垃圾焚烧烟气净化的工艺路线
4.1 工艺1——炉内脱销（SNCR）+旋转喷雾半干法+消石灰干法+活性炭喷射+袋式除尘器处理工艺
本项目为炉排炉垃圾焚烧，在启动和热值低于4600kJ/Kg时使用轻柴油提高炉温，在正常处理垃圾的运行时不需掺入其他可燃物。 项目设计了2 条焚烧线，每线垃圾处理量为300t/ d。典型设计在基准垃圾(设计热值 1800kcal/ kg)情况下燃烧产生烟气量为 54120m3/ h，本项目的烟气净化采用炉内脱销（SNCR）+旋转喷雾半干法+消石灰干法+活性炭喷射+袋式除尘器处理工艺，流程见图1，最后烟气主要的污染物排放都达到了欧盟标准（2000），如表2。
图1 炉内脱销（SNCR）+旋转喷雾半干法+消石灰干法+活性炭喷射+袋式除尘器的烟气净化处理流程工艺图
表2 烟气排放标准
4.2炉内脱销（SNCR）+旋转喷雾半干法+消石灰干法+活性炭喷射+袋式除尘器+ GGH +SCR+湿法+SGH
本项目采用炉排炉垃圾焚烧，在启动和热值低于4600kJ/Kg时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。目设计了2 条焚烧线，每线垃圾处理量为750t/ d。典型设计在基准垃圾(设计热值 1800kcal/ kg)情况下燃烧产生烟气量为 146200m3/ h，本项目的烟气净化采用炉内脱销（SNCR）+旋转喷雾半干法+消石灰干法+活性炭喷射+袋式除尘器+SCR+GGH+湿法+SGH的烟气净化工艺流程，流程见图2。烟气经过SNCR+半干法+干法+活性炭喷射+布袋系统后已达到欧盟2010排放标准。随后再经过GGH +SCR +湿法的烟气净化工艺，湿法使粉尘、SO2、HCl分别达到5、10、5mg/Nm3的排放标准，SCR使NOx排放达到50 mg/Nm3的排放标准，远低于欧盟标准，详见表3。
图2 SNCR+半干法+干法+活性炭喷射+布袋除尘器+SGH+SCR+GGH+湿法+SGH的烟气净化工艺流程
表3 烟气排放标准
4.3工艺对比
工艺一：在900-1200℃的高温反应区，向炉膛喷入大量的还原剂氨水，使NOX还原成N2，达到去除NOX的效果。炉膛出口的烟气进入半干反应塔前的温度约为190 ~ 220℃，在半干反应塔中去除90%的HCI和SO2，烟气出半干反应塔后喷入大量干粉，此时烟气温度降到了适合干法的反应温度160℃，继续脱除烟气中的酸性气体，随后喷入大量的活性炭，吸附重金属。最后反应后的烟气带着反应产物和吸附重金属的活性炭一起进入布袋除尘器，烟气出布袋除尘器后温度只有150℃左右，此时烟气中重金属及二噁英类随烟尘一并被去除，HCl及SO2被去除大部分。工艺一的粉尘、NOX、SO2、HCl、重金属的排放浓度分别达到10、200、50、10、1mg/Nm3，二噁英的排放浓度达到0.1TEQ-ng/Nm3，符合欧盟的污染物排放标准。
工艺二在工艺一的基础上，烟气再经 SGH 加热后进入 SCR 催化反应，去除 NO x 及二恶英类。 再经 GGH进入湿法塔进行进一步脱酸，最后根据需要使用SGH提高烟气温度，进入烟囱内筒排放。工艺二增设的湿法脱酸工艺使粉尘、SO2、HCl的浓度减少到5、10、5mg/Nm3，增设的SCR使NOx浓度达到50 mg/Nm3，远低于欧盟标准，详见上表3。
工艺一的烟气净化过程相对简单，占地小，烟气的各主要污染物都能达到欧盟的排放标准，但随着社会经济的发展，我国对污染物的排放标准的限制会越来越严格，尤其是一些发达城市开始提出“超净排放”的概念，故工艺一无法满足未来城市发展的要求。与工艺一相比，工艺二增加了SGH+SCR+GGH+湿法脱酸+SGH的净化流程，使烟气中各污染物排放浓度远低于欧盟标准，实现“超净排放”。但是工艺二所增设的SCR和湿法脱酸在污染物控制上有一定的优势，但其投资、占地大以及运行费用昂贵。
5总结
通过对上述两种目前烟气净化工艺路线的对比，可以看出，虽然工艺一的烟气净化路线简单，占地面积小，建设和运行成本低，目前污染物的排放已达到欧盟标准，但随着城市经济的发展，国家对污染物排放的限制越来越严格，工艺一的处理路线暂时无法满足的“超净排放”。工艺二增设的SCR和湿法脱酸虽投资和运行成本高，但污染物排放远低于欧盟标准，是未来垃圾焚烧的烟气净化处理工艺的发展趋势。
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论文作者:刘银聪,刘正东,阮浩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：烟气论文; 工艺论文; 湿法论文; 垃圾焚烧论文; 污染物论文; 干法论文; 活性炭论文; 《基层建设》2019年第8期论文;