垃圾焚烧发电中烟气超低排放改造技术研究
喻兵
【摘 ?要】近年来，人们的环境保护意识不断提升，各行各业都应自觉履行义务，实行政府提倡的超低排放政策，垃圾焚烧发电厂亦是如此。论文首先介绍了国内外垃圾焚烧发电厂中烟气处理的现状，着重探讨了垃圾焚烧发电厂烟气处理技术及烟气超低排放改造技术，最后有针对性地提出了烟气超低排放改造技术方案，以期推动垃圾焚烧发电厂的长远可持续发展。
【Abstract】In recent years， people's awareness of environmental protection has been continuously improved. All walks of life should consciously fulfill their obligations and implement the ultra-low emission policy advocated by the government， as is the case with waste incineration power generation plants. This paper firstly introduces the status quo of flue gas treatment in waste incineration power generation plants at home and abroad， emphatically discusses the flue gas treatment technology and the transformation technology of ultra-low emission of flue gas of waste incineration power generation plants. Finally， this paper purposefully puts forward the transformation technology scheme of ultra-low emission of flue gas， so as to promote the long-term sustainable development of waste incineration power generation plants.
【关键词】烟气超低排放;垃圾焚烧发电;SCR;改造技术
【Keywords】ultra-low emission of flue gas; waste incineration power generation; SCR; transformation technology
【中图分类号】X773 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻标志码】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2020）09-0194-03
1 引言
随着我国城市化和工业化进程的不断加快，各行各业均取得了飞速发展，与此同时，空气污染物排放量急剧增加，空气质量问题变得越来越严峻。基于此，2014年，我国各相关部门联合发布了《煤电节能减排升级改造行动计划（2014-2020年）》，以应对日益严峻的空气环境污染问题，超低排放得到了空前关注。可以说，未来各行业发展的一个重要趋势便是超低排放，同时，也是重要目标，尤其是在经济发达和严格控制的地区，地方政府对垃圾焚烧及其他行业的超低排放制定了更为严格的要求。面对这种形势，本文在分析国内外垃圾焚烧烟气处理技术的基础上，探讨了垃圾焚烧中烟气超低排放改造方案，以期为超低排放指出未来的研究方向。超低排放标准如表1所示。
2 国内外垃圾焚烧烟气处理现状
2.1 国外垃圾焚烧烟气处理现状
相比较而言，国外的发达国家对垃圾焚烧的认识较早，且发达国家对空气质量的要求更为严格，这无疑对垃圾焚烧烟气的排放标准提出了更高的要求。但正因为面对这种情况，国外不断涌现一些有效的应对措施和工艺，取得了不错的应用效果。例如，在欧美等发达国家，SCR（催化脱硝技术）在垃圾焚烧设备中的应用十分普遍;在日本，固化焚烧过程中产生飞灰时，有机螯合剂的应用十分广泛;在部分发达国家，对脱酸工艺的应用，可以达到非常令人满意的排放效果，通常会采用湿法工艺处理烟气或者更先进的EDV技术。但是，干法工艺的优势明显，不仅成本更低，而且无废水，干法处理工艺仍在改进和进步，例如，使用细粒石灰和改性石灰，使用更先进的喷雾装置等。目前，使用最广泛的工艺应博采众长，联合多项工艺，如干法+湿法等，多个工艺组合取长补短，可更好地控制烟气排放，使其符合相关标准。
2.2 国内垃圾焚烧烟气处理现状
近年来，我国涌现了越来越多的垃圾焚烧发电厂，但烟气处理技术发展不平衡。一些老式的或小型的发电厂的烟气处理工艺相对落后，尽管已对其中的一些进行了整造，但其仍不能保证稳定性且符合排放的标准。近年来，与已建的垃圾焚烧发电厂相比，新建的发电厂已大大改善了其烟气处理技术。目前，应用最为广泛的是SNCR脱硝+半干法+干法+活性炭吸附+袋式除尘器工艺。为更好地满足环保要求，越来越多的垃圾焚烧发电厂选择了提高自身的污染物排放标准，在原有工艺的基础上加入SCR工艺，有效控制烟气的排放。由于生活垃圾尚未分类，组成复杂，且不同季节的垃圾组成不同，焚烧管理不充分，导致烟气排放过多。同时，当焚烧系统发生故障时，在烟气的初始阶段排放存在管理不当问题，无法避免超标排放问题。因此，需要提高国内有关单位的垃圾焚烧烟气控制能力，以满足公众对其自身健康和环境保护的需求。
3 垃圾焚烧发电厂的烟气处理技术
3.1 垃圾焚烧发电厂的烟气特性
垃圾焚烧发电厂的烟气主要包含四种无害物质，分别为CO2、O2、N2和H2O，占烟气量的99%。然而，不可否认，垃圾焚烧烟气中还含有约1%的有害污染物，再加上垃圾的成分极其复杂，在实际燃烧中存在很大的不确定性，其烟气特性与一般燃煤产生的烟气不同，具体表现为以下几个方面：
①烟气中水分可达20%～30%;
②烟气中含有Pb、Hg、Cr等多种有毒有害成分;
③烟气的成分很复杂，其不仅包含O2、SO2、CO2、NOx等，而且还包含更多的酸性气体，例如，HCl和HF;
④存在致癌物，如呋喃等;
⑤烟尘粘度高，粒度细，耐冲击，磨蝕性强。
3.2 垃圾焚烧发电厂的烟气处理技术
依据烟气排放标准，严格控制烟气的飞灰、酸性污染物及重金属等污染的排放。一般来说，烟气控制可分为两步：第一步是去除烟气中的有害污染物，主要包括干法、半干法、湿法等。每项工艺都有优劣势，必须综合考虑项目的各种因素。第二步是除尘，其中使用袋式除尘器被认为是最佳选择。
3.2.1 脱酸处理工艺
当前阶段，针对脱酸处理工艺，垃圾焚烧发电厂可采用湿法、半干法或者两者结合的工艺。半干法兼具干法和湿法的优点，由于随着相对湿度的增加，Ca（OH）2的活性会相应增加，因此，要想提高脱酸效率，维持脱酸塔中的相对湿度至关重要。半干法脱酸技术大大提高了脱酸效率，其应用效率与干法相比更高。与湿法相比，其设备结构简单，不仅能耗少，而且投资相对较低。
3.2.2 脱硝处理工艺
垃圾焚烧发电厂中NOx的处理技术主要有两类，即SNCR和SCR。就我国目前的发展水平而言，垃圾焚烧发电厂多采用的是前一种处理工艺，即SNCR脱硝技术。资料显示，SNCR工艺的脱硝效率在炉内温度为850～950℃时可达到30%～60%，但其问题也不容忽视，如水冷壁腐蚀、锅炉结垢、脱硝效率低等。
SCR工艺的脱硝效率高，可达80%左右。垃圾焚烧发电厂主要应用的选择性催化脱硝技术（SCR）为低温SCR工艺，该工艺的工作温度为150～180℃，多布置在脱酸和袋式除尘系统之后。为使脱硝效率更高，且更具稳定性，可综合各项因素，考虑采用SNCR/低温SCR联合脱硝工艺，脱硝效果更佳。然而，理论和实践总是存在差距，垃圾的成分复杂，在实际燃烧中经常面临由不确定性因素造成催化剂失效的问题，实践效果往往不尽如人意。
4 烟气超低排放改造技术
结合上文中提到的垃圾焚烧发电厂的烟气特性及垃圾焚烧发电厂的烟气处理技术，本文提出可以采取相应改造技术，适用的环保改造技术不仅能满足环境保护的要求，更能够在一定程度上提升工业生产效率，具有良好的经济效益和社会效益。
4.1 脱硝技术
低NOx燃烧+SCR催化剂的组合工艺不仅技术成熟，而且运行稳定，可应用在脱硝系统中。与常规电站相比，脱硝系统中烟气的超低排放改造主要在于SCR催化剂的填充层数不同。所以可将原始备份层直接填充在改造项目中，改造后，其可满足超低排放标准，与之前的工艺相比，脱硝效率得到大幅度提升。
4.2 脱硫技术
脱硫装置出口处的SO2浓度控制与垃圾的硫含量和脱硫装置的脱硫效率密切相关。其中，合理控制垃圾中的硫含量可以很大程度上减轻脱硫装置负担，更科学地应对SO2的排放，将其控制在规定范围内。改造后的装置可以加装吸收塔，系统可满足排放标准。
4.3 除尘技术
长久以来，满足粉尘排放标准一直是发电厂超低排放改造的难点和关键环节。为此，我们可以借鉴国外发达国家的先进经验，实施“协调控制”和“末端处理”的技术路线，采用：①以低温电除尘器为核心的超低排放协同治理技术路线：利用烟气冷却器或烟气加热装置，将静电除尘器入口的烟气温度控制在合理范围内。交换系统通常在90℃左右，烟气中的大部分SO3将在烟道气冷却器中凝结并吸附在粉尘表面，极大地改变了粉尘的性质，大大提高了除尘效率，并去除了大部分的SO3。②湿式电除尘技术路线：为保证粉尘排放符合国家的排放标准，可加装湿式电除尘装置，取得了不错的应用效果。
5 烟气超低排放改造技术方案
基于上述分析，垃圾焚烧发电厂可采取科学的烟气控制技术，制定合理的改造技术方案，即高温滤袋（金属或陶瓷）+SCR脱硝+温法塔脱酸方案，具体流程示意见图1。
该烟气改造技术方案可降低排烟温度，提高燃料利用效率，具体分析如下：
优势：①锅炉改动小;②可有效改善省煤器的积灰问题，增加长周期运行;③湿法塔运行费用低;④高温除尘，可降低排烟温度，提高锅炉效率。
劣势：①烟囱冒白烟;②压损相对较大。
湿式脱酸主要通过碱性溶液吸收酸性气态污染物SO2，HCl等。湿法脱酸效率高，HCl的去除率可以达到99%以上，SOx的去除率可以达到90%以上，并且针对垃圾中的重金属等有害物质也有一定的处理作用，应用效果良好。但不可否认的是其弊端也很明显，湿法脱酸无法避免产生大量废水，也就是说需要配套相应的废水处理设施，且该设备的价格昂贵，对占地面积要求也较高。
垃圾焚烧烟气中含有大量飞灰，烟气具有较高的灰分粘度。如果将催化剂布置不当，则很容易堵塞，并且垃圾焚烧烟气中的HCl和SO2很容易造成催化剂失效。在实际应用过程中，在湿法脱硫和湿法电除尘之后，烟气温度较低，烟气湿度较高，低温催化剂的效用很难真正地发挥出来，其应用效果会大打折扣。
6 结语
随着全社会环保意识的增强，超低排放已经是对各个企业的共同要求和期望，各个行业均应结合自身实际情况，有效采取应对措施，积极落实政府政策，推进超低排放。超低排放相关技术已经较为成熟，但由于垃圾的成分复杂，使得其燃烧产生的污染物也具有复杂性的特点，因此，在控制烟气排放方面依然面临一些问题和挑战。本文提出了一条符合当前污染物排放标准的技术路线，即高温滤袋（金属或陶瓷）+SCR脱硝+温度法塔脱酸方案。
垃圾焚烧超低排放技术的实施还需要进一步完善，可以从以下几个方面入手：①从源头处理，实施垃圾分类收集和运输，以减少重金属和含氯废物在炉中焚化，控制污染物产生;②为了减少后续的湿法废水排放，应尽量提高半干式脱酸工艺的效率;③当前的低温催化剂价格昂贵，且系统具有复杂性的特点，因此，研究高效且经济的低温催化剂具有重要的现实意义。
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