垃圾焚烧项目组合式烟气净化工艺浅议

姚宏威

（安徽盛运环保工程有限公司，合肥 230051）

1 垃圾焚烧项目烟气净化工艺的发展概况

我国第一座垃圾焚烧发电厂，是1988年建设的深圳市政环卫中和处理厂，规模3×150t/d。随后垃圾焚烧以其快捷高效的垃圾减量处理及能够提取能量的特点，得到迅速发展，已成为城市垃圾处理的主要方法之一。截至2016年底，我国已经投入运行的垃圾焚烧厂有246座，并且许多新工程项目也在立项规划中。

烟气净化系统作为垃圾焚烧项目必不可少的环保辅机，随着垃圾焚烧项目一起快速发展，而且工艺技术变化速度更快。已建项目采用的烟气净化处理工艺，从脱硫脱酸的角度有单纯的干法、循环流化床（CFB）改性半干法、旋转喷雾半干法（SDA）、湿法工艺等；脱硝方面的工艺有选择性非催化还原（SNCR）工艺、SCR工艺等，都是正在实际工程应用的成熟工艺。一些新的工艺技术也正在研发和试点之中。总体上，这些工艺技术都是由简单到复杂、由低效到高效的方向发展。

以生活垃圾焚烧发电项目为例，在《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2001）下，干法系统具有良好的性价比，成为工艺实施的首选；随着《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2014）的出台以及严格贯彻执行，SDA半干法工艺系统已经逐步占据主导地位，成为当前生活垃圾焚烧厂烟气净化系统首选的基础工艺。

随着国家环保要求的提高和民众环保意识的增强，近年来，垃圾焚烧烟气净化处理行业又有新的发展。

首先是规划选定标准提高，欧盟指令Directive 2000 76 EC已经成为各项目基本排放要求，重点地区的地方标准参数有许多还略严于欧盟标准，而行业内又提出了一种“超净排放”的概念。对于垃圾焚烧项目而言，“超净排放”的排放指标，目前主流意见为NOx≤50mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、HCl≤5mg/Nm3、 烟尘≤5mg/Nm3。

排放标准的趋严，促使烟气净化工艺发展，各科研单位和专业企业，不断探索和研究新的烟气净化处理工艺。在新的工艺技术尚未成熟之前，从这两年的工程实践来看，当前的烟气净化处理技术主要是以工艺组合为主。其中主流技术是以旋转喷雾半干法（SDA）脱酸工艺为基础，增加湿法洗涤设备和SCR设备，实现烟气脱硫脱酸脱硝的综合功能。目前新规划的项目，几乎无一例外都采用了这种方式。这种基于半干法的组合工艺，其典型配置方式为：SNCR脱硝+旋转喷雾半干法脱酸+（干粉喷射）+袋式除尘+湿法洗涤+SCR脱硝。

当然，各项目会有细节上的差别，主要在于，配不配湿法洗涤塔或者配不配SCR系统等，但其中“旋转喷雾半干法脱酸+（反应吸附药剂干粉喷射）+袋式除尘”的SDA工艺是核心基础环节，每个组合项目必配，从而构成了这套组合工艺外观上的技术特征。其内在的技术特点，主要是工艺组合性好，运行模式多样，可以实现：SNCR脱硝+半干法脱酸工艺、SNCR脱硝+半干法脱酸+干法脱酸工艺、SNCR脱硝+半干法脱酸+湿法洗涤工艺、SNCR脱硝+半干法脱酸+湿法洗涤+SCR脱硝工艺等运行模式。这种组合工艺，应该会是今后一段时间内主流的配置方式。

2 干法组合式烟气净化工艺在生活垃圾焚烧项目上应用的可能性

2.1 以急冷调质干法为基础的组合式烟气净化工艺

除了基于半干法基础的组合式工艺，还有一种组合工艺，即是以急冷调质干法脱酸工艺为基础，配套湿法洗涤设备与SCR设备，实现烟气的急冷脱硫脱酸脱硝的综合功能。这种基于急冷调质干法的组合模式，其基本配置为：SNCR脱硝+急冷塔+（干粉喷射）+袋式除尘+湿法洗涤+SCR脱硝。

这种干法的组合方式，目前主要应用在医疗与危险废物焚烧项目上。由于危险废物与医疗垃圾的焚烧烟气有独特性，主要表现为烟气量小、烟气温度高、HCl含量奇高（往往在0.3万～1.0万mg/Nm3），而SO2等有害物质相对较少，导致HCl的处理难度极大，所以在危险废物与医疗垃圾的焚烧项目上，组合配套的环节更多。在实际工程项目中，往往会在急冷塔后配套一台干法脱酸塔，湿法洗涤系统采用酸洗塔和碱洗塔双塔结构，有的项目还设置有湿电除尘器等做法，工艺系统相对复杂。但其中的急冷塔+（反应吸附药剂干粉喷射）+袋式除尘干法组合工艺也是核心基础环节，每个组合项目必配，这也构成了其外观技术特征。

2.2 组合式净化工艺在生活垃圾焚烧项目上应用的可能

2.2.1 生活垃圾焚烧项目的烟气特点

生活垃圾焚烧项目的烟气主要参数，其参数范围一般为：烟气量为3万～30万Nm3/h；烟气温度180℃～250℃；主要有害成分：HCl800～1500mg/Nm3，SO2600～1200mg/Nm3，NOx200～400mg/Nm3，二英5～15ngTEQ/Nm3。

这种烟气成分，与其它焚烧项目相比，SO2小于燃煤锅炉烟气的含量，HCl也远小于危险废物以及医疗垃圾焚烧项目烟气的含量。有害物质相互之间有一定的影响，例如SO2的存在，有利于遏制二英的二次合成，也有利于HCl的去除。所以，按现行的《生活垃圾焚烧控制标准》（GB18485-2014）要求，生活垃圾焚烧项目项目的烟气采用单纯的干法可以实现达标排放，如保利协鑫徐州再生能源项目；按照欧盟指令Directive 2000 76 EC要求，单纯半干法的保证能力也足够。又如天津滨海新区大港生活垃圾焚烧发电项目、北京朝阳循环经济产业园高安屯二期项目等，这些项目都在稳定运行，并且排放数据优于相关标准的限值。

组合式烟气净化工艺的主要目标不是应对当前标准，而是项目建成后，在其寿命期内适应标准的提高，包括“超净排放”概念下新的排放标准。由于湿法工艺的引进，系统的脱酸保障能力大幅度提高，湿法塔上游的设备变成了烟气的调温调质预处理设备。

2.2.2 干法系统与半干法系统的特点比较

干法工艺和半干法工艺这两种组合式工艺的湿法洗涤与脱硝部分配套大致相同，对其干法/半干法基础工艺的特点对比如下表。

两种组合式工艺中基础工艺特点对比表

通过对比可看出，半干法对于脱硫脱酸，工艺保障性比干法强，形成组合工艺后的运行方式比基于干法的组合工艺运行模式更多，这是基于半干法的组合工艺的优势。但这种基于急冷调质干法的组合工艺有其独到的特点，使得其在生活垃圾焚烧项目上的适应性更好，干法系统特点为:

（1）干法处理烟气量的范围宽。半干法工艺由于旋转喷雾器的旋转半径有一个相对固定范围，反应塔的直径就不太可能做得太小或者太大，否则会导致湿壁或者混合不均。急冷调质干法工艺采用双流体喷枪喷雾，就不受此限制。

（2）干法适应烟气温度的范围宽。半干法工艺雾化器是一个内置在反应塔中的运动型设备，对环境温度敏感，温度太高，会导致旋转雾化器冷却保护难度增大；温度太低时，受到石灰浆浓度的限制（浆液浓度增大会导致管路淤塞），带入的水量会将烟气温度降得很低，甚至直接降到烟气露点以下；干法工艺采用静态工作型的双流体喷枪，可以进行最合理布置，而且喷的是清水，没有浓度限制，喷水量最低可以调节到0。

（3）一般生活垃圾焚烧项目烟气温度波动范围为180℃～230℃，最高到250℃。二英有一个再合成的问题（其二次合成的温度区间一般在200℃～600℃），同时二英的二次合成又会受到铜（Cu）等金属元素、SO2的抑制，在半干法反应塔内烟气在降温的同时也在脱硫，在急冷塔内SO2则以气态或者溶解态存在，对二英的再合成具有良好的抑制作用。

（4）半干法工艺在保留粉态药剂的喷吹的设备外，需要配套旋转雾化器、石灰浆制备系统、渣浆泵等设备，投资相对偏大。在运行方面，这些新增设备的功率大、电耗多、故障率高（包括雾化器故障、渣浆泵磨损、管路淤塞等），而干粉喷吹同时存在，所以消石灰等脱酸药剂的用量并不比干法工艺减少的太多（半干法用量大约相当于干法的90%），这些因素综合起来，半干法工艺运行成本也比干法工艺高。

总结起来，对于生活垃圾焚烧项目，基于半干法的组合式工艺，适应范围窄、投资运行成本高，脱酸效率高，相当于冗余设计，不如基于干法组合工艺的性价比高。所以基于干法的组合式工艺更适合在生活垃圾焚烧项目应用。基于半干法的组合式工艺之所以成为当前各项目的首选，是因为这种工艺运行模式多样，适应标准的范围宽，可以满足从当前排放标准到未来更严格的排放标准要求，实际上是一种过渡性工艺技术措施。

3 基于干法组合式净化工艺在生活垃圾焚烧项目上的应用

如果面对未来更严格的排放标准工艺技术设计，那么基于干法的组合式工艺方式的优势就立刻显现出来。这种工艺的工艺保障性充分，投资与运行费用低，直接按照更严格排放标准运行，也不会导致运行费用大幅度提高；干法工艺适应烟气范围宽，尤其充分利用SO2的特点，有助二英及HCl等有害物质的脱除。所以，基于干法组合式净化工艺必将是未来生活垃圾焚烧项目烟气净化系统的一种典型的组合工艺。这种组合工艺的基本流程如下图。

基于干法组合式净化工艺流程图

干法组合工艺的烟气净化处理过程：SNCR系统以炉膛为反应器，在900℃～1100℃区间喷入尿素等还原剂，实现初步脱硝。烟气经省煤器出来后，温度波动范围一般为180℃～230℃，烟气首先进入急冷塔，通过在急冷塔内喷入冷却水进行降温调质处理，随后烟气进入布袋除尘器进行过滤除尘，从布袋除尘器上游烟气管道喷入消石灰粉料和活性炭粉料，在布袋表面建立脱酸反应床，进行一级脱酸反应，经过初步净化的烟气再进入湿法洗涤塔，进行二级强化脱酸净化反应，进一步脱除烟气里的SO2和HCl等有害物质，再进入SCR反应塔，脱除NOx等氮氧化物。处理之后的洁净烟气由引风机抽排，经由烟囱排入大气。

SCR系统催化剂按运行温度，一般分为高温催化剂（运行温度为280℃～400℃）、中温催化剂（运行温度为230℃～240℃）、低温催化剂（运行温度约为185℃）。垃圾焚烧项目烟气成分复杂，不宜在高温段布置SCR系统。目前的实际工程一般采用中温催化剂，并有向低温催化剂方向发展的趋势。湿法洗涤塔出口温度往往不高于80℃，需要抬高烟气温度以适应SCR塔的烟气运行温度，因而需要SCR换热器利用蒸气温度对烟气加热。从节能的角度，可以在湿法洗涤塔前设置GGH换热器，利用除尘器出口的烟气加热湿法反应塔出口的烟气温度，这个换热器设为GGH1。同样在SCR反应塔前还需要设置一个GGH换热器（设为GGH2），利用SCR塔出口烟气加热SCR进口烟气温度。可将GGH1与湿法塔归结为湿法洗涤系统设备，把GGH2、SCR以及SCR塔归结为SCR系统设备。

与烟气处理系统相配套的辅助装备主要有：

（1）还原剂（尿素或者氨水）制备系统，配置的还原剂供SNCR系统和SCR系统公用，并且可以一套对应多条线配套。

（2）干粉存储与喷射系统，干粉药剂主要包括脱酸剂消石灰（Ca(OH)2）与吸附剂活性炭粉料，也有部分项目采用NaHCO3等为脱酸剂。干粉在布袋除尘器入口烟道喷入，与烟气混合并最后均匀分布在滤袋的迎风面，建立一道反应床，与烟气里的SO2和HCl反应，根据用量一般能够脱除50%～90%的酸性有害物质，活性炭用于吸附二英以及重金属等有害物质；消石灰与活性炭粉料一般采用稀相气力输送，可以一对多线配套。

（3）湿法洗涤塔碱液制备系统，因为垃圾焚烧项目烟气成分复杂，不宜回收副产品，而Ca(OH)2溶液为不完全溶解的悬浊液，容易出现管道淤塞及喷嘴磨损等问题，所以一般采用烧碱（NaOH）溶液。湿法塔废液输送设备用于把反应后的废液输送到急冷塔的雾化喷枪使用。碱液制备系统也可以一对多线配套。

（4）飞灰输送与处理系统，飞灰输送与处理系统设备主要用于收集急冷塔与布袋除尘器等设备内的飞灰，输送到厂区内的飞灰暂存仓，并进行成分稳定与固化处理。飞灰输送与处理系统也可以一对多线配套。

（5）其他必要的辅助支持系统与材料，包括电气、热控系统设备、工艺水与压缩空气等工艺管路设备与元件、公共钢结构材料、保温材料等。

以上就是干法组合式烟气净化系统的工艺过程，系统环节与设备也应配套齐全。在干法基础工艺系统参数选择得当的情况下，湿法塔的废液通过急冷塔自行消纳，整个系统没有废水废液产生。