活性焦一体化脱硫脱硝烟气净化技术应用

蔡晶晶，周亚东，张 强，吴 斌，王 磊

（浙江海元环境科技有限公司，杭州 310051）

活性焦一体化脱硫脱硝烟气净化技术应用

蔡晶晶，周亚东，张 强，吴 斌，王 磊

（浙江海元环境科技有限公司，杭州 310051）

杭州萧山锦江生活垃圾焚烧厂尾气净化处理工艺，采用活性焦脱硫脱硝一体化技术，实现了SO2、NOx、HCl超低排放，排放浓度分别为15、35、10mg/Nm3。介绍了活性焦脱硫脱硝一体化技术的工艺流程、系统组成及设计参数，为系统正常调试、运行提供可靠保证，并为生活垃圾焚烧尾气脱酸脱硝一体化超低排放的工程应用提供了技术参考。

生活垃圾焚烧；活性焦；脱硫脱硝；一体化；超低排放

焚烧是大多数城市处理生活垃圾的主要途径之一，然而垃圾焚烧烟气含有大量SO2、NOx颗粒物、重金属等污染物，对环境保护和人类健康的危害非常突出。新环保法以及《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）[1]都严格要求控制焚烧尾气中各污染物排放。常规的生活垃圾焚烧尾气处理采用半干法脱酸+活性炭吸附+袋式除尘器除尘工艺[2，3]脱酸除尘和SNCR脱硝或低温脱硝[4]。杭州地区对生活垃圾焚烧各污染排放限值有更严格的控制，要求达到燃煤电厂的超低排放标准，即SO2、NOx的排放浓度分别在35、50mg/Nm3以下[5、6]。目前国内采用的半干法脱酸+袋式除尘器除尘、SNCR脱硝工艺对实现超低排放普遍存在技术上的难点，无法满足更严格的新标准，这使得生活垃圾焚烧行业的污染控制迫切需要适应新标准，使用新技术。

本文通过典型工程实例，采用活性焦脱硫脱硝一体化技术处理生活垃圾焚烧尾气，实现了超低排放，为生活垃圾焚烧尾气处理净化工程的应用提供了新思路和参考。

1 工程概况

杭州萧山锦江现有1#、2#、3#的2台55t/h 和 1台 50t/h共3台垃圾焚烧循环流化床锅炉，每台锅炉烟气量为15万Nm3/h，原有的脱酸除尘工艺为半干法脱酸+袋式除尘器除尘，脱硝工艺为SNCR脱硝，由于原有的工艺无法满足杭州地区的最新排放标准，需要对该工程进行脱硫脱硝改造。尾气净化装置按照锅炉最恶劣的工况设计，设计锅炉负荷时的尾气参数见表1。

表1 锅炉负荷原始参数

2 常规脱酸除尘、脱硝工艺

2.1 半干法脱酸+袋式除尘器除尘工艺

该厂现有的尾气处理采用半干法脱酸+袋式除尘工艺，一炉一塔配置。该尾气净化处理装置由吸收剂存储及输送系统、烟气脱酸系统、袋式除尘系统、循环灰输送系统等组成。锅炉出来的尾气从脱酸塔底部进入脱酸塔，在降温和增湿条件下根据循环流化床理论和喷雾干燥原理，烟气中的SO2、HCl、HF等与吸收剂反应生成亚硫酸钙、硫酸钙、氯化钙等物质。反应后的烟气携带大量的干燥固体颗粒进入袋式除尘器，经过反应，干燥的循环灰被除尘器从烟气中分离出来，由流化槽再输送回脱酸塔，同时向脱酸塔加入吸收剂，使吸收剂在脱硫塔内悬浮、反复循环，与烟气中的SO2等酸性气体充分接触、反应，实现脱除酸性气体及其它有害物质，洁净后的烟气经过引风机排入烟囱。

现有工艺于2007年投运，设计塔型为CFB第一代塔型，脱硫效率较低，仅为85%，而且还未考虑对重金属、二英的脱除。另外在运行过程中还发现，由于该厂燃烧垃圾的负荷波动很大，半干法脱酸系统时常无法正常投运，存在掉灰和塌床现象。就杭州地区目前要求SO2排放浓度≤35mg/Nm3的要求，现有的半干法脱酸装置无法满足。

2.2 SNCR脱硝工艺

该厂现有的脱硝系统为选择型非催化还原（SNCR）技术，该技术是将含有NHx基的还原剂，喷入炉膛温度为800℃～1100℃的区域，该还原剂迅速热分解成NH3并与烟气中的NOx进行反应生成N2和H2O。在实际运行过程中发现，NH3的反应最佳温度区为850℃～950℃，当反应温度过高时，由于氨的氧化会使NOx脱除效率降低，而当反应温度过低时，氨逃逸增加并生成硫酸铵（(NH3)2SO4）和硫酸氢铵（NH4HSO4），会造成设备腐蚀、堵塞。而由于处理的是生活垃圾，负荷变动较大，系统温度经常低于800℃，脱硝效率仅为30%～50%。CEMS监测数据表明，系统处于最优条件时，NOx的排放浓度不低于150mg/Nm3，远远达不到NOx≤50mg/Nm3的超低排放要求。

2.3 低温脱硝工艺

低温脱硝工艺是指通过采用合适的催化剂，在180℃左右的温度范围内实现脱硝达标排放。该项目要求的脱硝效率不低于86.2%。根据项目的实际情况，SCR装置设在布袋除尘器的下游，从布袋除尘器出口的烟气利用锅炉蒸气将烟气（约110℃）加热至约180℃，之后进入SCR反应器，在低温催化剂的作用下将NOx与氨气反应NOx排放浓度从360mg/Nm3降低到50mg/Nm3。但该工艺存在以下难点：

（1）低温催化剂对进口烟气要求高，要求SO2进口浓度不高于50mg/Nm3，进口温度不低于180℃。

（2）SCR由于采用了脱硝催化剂，使得SO2/SO3转化率增加。当烟气中的SO3与未参加与脱硝反应的逃逸氨反应时，将会生成NH4HSO4以及(NH4)2SO4。当温度低于180℃时，硫酸氢铵具有较强的腐蚀性和黏性，可导致锅炉后续设备的腐蚀和堵塞。

（3）目前国内尚无低温催化剂用于垃圾焚烧尾气脱硝的例子。由于国内垃圾焚烧的尾气成分复杂，对低温催化剂的要求更高，且低温催化剂的价格也很高。

3 工程设计

3.1 设计方案

该项目的垃圾焚烧尾气处理采用脱硫脱硝一体化技术，能实现脱酸、脱硝、除汞、脱二英等，还能实现SO2、NOx的超低排放。活性焦脱硫脱硝一体化装置设置在袋式除尘器后，结合现有的SNCR和氨区系统，同步实现脱硫、脱硝、除汞、脱二英等。1#～3#锅炉分别对应两套净化塔，3台锅炉在烟气净化处理时不混合，每套净化塔进出口烟道上各设置1台电动蝶阀，每台锅炉对应的3台锅炉的6套净化塔布置在同一个场地，共用1套再生系统。为保障再生系统的连续作业率，项目备用1台再生塔。另外，利用现有的SNCR和氨区系统，在现有氨水罐旁增设氨气蒸发装置制备气态氨，剩余的少量氨水送回SNCR系统再利用。氨气与热空气混合后送入净化塔，通过喷氨格栅均匀分布到净化单元内，与烟气充分混合脱除NOx。活性焦脱硫脱硝一体化装置进口烟气量参数为45万Nm3/h。

3.2 工艺原理

活性焦脱硫脱硝一体化技术主要包括两方面的反应过程，一是吸附反应，二是催化反应。120℃～160℃时，在活性炭表面的吸附和催化作用下，烟气中的SO2与烟气中氧气、水蒸汽发生反应生成硫酸被吸附在活性炭孔隙内，从而实现烟气中SO2的脱除。喷氨气进行脱硝，活性炭作为脱除NOx的载体和催化剂，NOx和NH3在温度107℃～167℃下，在焦基表面发生催化反应，将NOx分解为N2和H2O或生成硫酸铵，吸附于活性炭上，从而达到脱除 NOx的目的。烟气中难脱除的重金属如气态零价汞也会在活性焦颗粒表面发生相似的化学吸附，形成容易脱除的固态汞化合物（HgCl2·HgSO4）。活性炭具有广谱的吸附特性，在净化塔内活性炭能够吸附二英等多种有毒化合物。由于活性炭自身的吸附特性，活性炭吸附层相当于高效过滤器，在惯性碰撞和拦截效应的作用下，烟气中的粉尘颗粒在床层内部不同部位被活性炭的大孔吸附，完成烟气除尘净化过程。

再生塔的工艺原理：活性炭循环使用，吸附污染物后的活性炭被输送到再生塔加热至400℃～440℃时，将所吸附的SO2、硫铵会解吸释放出来，活性炭的加热再生反应相当于对活性炭进行再次活化，吸附和催化活性得到恢复。解析后的SO2、硫铵经过浓缩后可经后续工艺回收利用。再生塔高温区解析出的汞随再生气一起流向再生塔上部低温区，在150℃左右的反应器区域再次被活性炭吸附。活性炭在吸附、解析的过程中循环使用，由于存在磨损和参与反应，炭粉经过筛分排出，要不断补充新鲜活性炭，最后形成动态平衡。重金属在体系内也形成循环，吸附在炭粉中的重金属随之排出。经过解析再生后的活性炭，被冷却至150℃以下，由链斗输送机送至净化塔循环使用。

4 活性焦脱硫脱硝一体化技术系统组成

活性炭脱硫脱硝系统主要由活性炭脱硫脱硝吸附系统、活性炭解析再生系统、活性炭循环输送系统、氨蒸发喷射系统、烟气系统等组成。工艺流程如下图。

工艺流程图

4.1 活性焦脱硫脱硝吸附系统

吸附装置为6个处理量为75,000Nm3/h的脱硫脱硝模块，从上至下含净化塔活性炭给料阀、活性炭给料仓、活性炭吸附模块、活性炭下料设备、活性炭下料仓、活性炭下部给料阀等。

塔体的设计无死角，并且设有通道便于清扫。净化塔配备有足够数量和大小合适的人孔门和观察孔，人孔门和观察孔没有泄漏，且在附近设置走道或平台。观察镜易于更换；设压缩空气吹扫。净化塔还包括所有必需的就地和远方测量装置，提供温度、压差、料位测点。活性焦运行中闷燃现象严重影响安全性，每层吸附塔必须配备2个合金隔膜式防爆门，以保证设备的整体安全性；系统设有氮气消防装置。净化塔的设计总阻力≤1800Pa，单个净化塔尺寸为3.8×9（m），高约15m，整套吸附系统占地约为11.5×40（m）。

4.2 活性炭再生系统

吸附了SO2的活性炭，经过输送机送至再生塔，再生塔采取列管式换热型式，分为加热段、冷却段。在再生塔内活性炭走管程，换热介质走壳程，加热介质采用氮气。

再生塔由上至下主要有给料阀、进料仓、加热段、冷却段、下料阀、振动筛等。

4.3 氨气蒸发系统

氨水气化器用于SCR脱硝，氨水额定蒸发流量750kg/h，气相出口设置温度变送器，与蒸气调节阀连锁，在设定的温度范围内自动控制调节阀的开、闭，管网温度低于120℃时，调节阀打开，气化器开始工作；当整个脱硝装置停用检修时，关闭蒸气调节阀。

气化器为同轴列管式蒸汽换热式气化器，结构为立式、压力容器类。蒸汽通过调节阀进入气化器管程的内管，内管中的过热蒸汽在自下而上的过程中通过换热成蒸汽凝液从外管流出，而外管中的蒸汽凝液以相对温和的方式将热量传递给管束外（壳程中）物料，通过调节阀进入气化器壳程的物料，物料吸热后气化，经过内置气液分离器脱去雾滴后由气相出口总管输出，按照设定的温度输配给氨空混合器，从而实现氨气的供应目的。

5 烟气净化系统运行情况

2016年8月，烟气净化系统进行了试运行考核，SO2、HCl和NOx的排放浓度分别为15、10、35mg/Nm3，达到了设计要求，满足了杭州地区要求超低排放的要求，主要参数见表2。

表2 烟气净化系统性能测试结果

6 结论

通过活性焦脱硫脱硝一体化在生活垃圾焚烧工程上的应用，采用活性焦脱硫脱硝一体化技术处理生活垃圾焚烧尾气，实现了SO2、NOx、HCl排放浓度分别不超过35、50、50mg/Nm3的超低排放。通过典型工程实例，为生活垃圾焚烧尾气处理净化的工程应用提供了新思路和技术参考，取得了良好的社会效益和经济效益。活性焦烟气净化技术生成的产物可被资源化利用，该工艺是绿色可持续发展技术，解决了我国能源结构与燃煤污染环境的矛盾。活性焦一体化脱硫脱硝烟气净化技术在我国各领域将有广阔的应用前景。

[1] GB18485-2014，生活垃圾焚烧污染控制标准[S].

[2] GB/T29152-2012，垃圾焚烧尾气处理设备[S].

[3] 蔡晶晶.生活垃圾焚烧尾气净化处理工艺的几个典型问题分析[J].电力科技与环保，2016，32（3）.

[4] 伍长青，肖燕，李军.垃圾发电厂脱硝新工艺概述[J].中国环保产业，2016（4）.

[5] 国务院常务会议[OL].h ttp://w w w.gov.cn/guow uyuan/2015-12/02/content_5019050.htm.

[6] 环境保护部，国家发展和改革委员会，国家能源局.全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案[OL]. http://w ww.m ep.gov.cn/gkm l/hbb/bw j/201512/ t20151215_319170.htm.

Application of Flue Gas Purification Technology of Active Coke Integrated Desulfurization and Denitration

CAI Jing-jing, ZHOU Ya-dong, ZHANG Qiang, WU Bin, WANG Lei
(Zhejiang Haiyuan Environmental Science & Technology Co., Ltd, Hangzhou 310051, China)

The tail gas purification and treatm ent process in Hangzhou Xiaoshan Jinjiang MSW Plant adopts the integrated technology of active coke desulfurization and denitration and realizes the ultra-low em ission of SO2、NOx、HCl. The em ission concentration is respectively listed as 15、35、10mg/Nm3. The paper introduces the technological process, system com position and design parameters of the integrated technology of active coke desulfurization and denitration. At the sam e time, in order to guarantee the normal debugging and operation of the system, the paper provides a reference for the engineering app lication of the integrated ultra-low em ission of the tail gas desulfurization and denitration from the municipal solid waste incineration.

MSW incineration; active coke; desulfurization and denitration; integration; ultra-low em ission

X701

A

1006-5377（2017）05-0038-04