生活垃圾焚烧烟气脱硝超低排放技术经济比较

高劲豪，高 原

（南京碧林环保科技有限公司，江苏南京210005）

生活垃圾依据其成分不同，主要有回收利用、焚烧、填埋、堆肥4种处理方式。垃圾焚烧减量化效果显著，已成为城市垃圾处理的主要方法之一。目前城市生活垃圾焚烧处理率已达35%以上，垃圾焚烧设施必须配有烟气处理设施，以防止重金属、有机类污染物等再次排入环境中。

生活垃圾焚烧烟气净化处理常采用SNCR脱硝+半干法脱硫脱酸+活性炭吸附+袋式除尘工艺[1-2]。GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》规定颗粒物、SO2和氮氧化物的排放质量浓度限值分别为20，80，250 mg/m3[基准φ(O2)为11%]，而燃煤电厂超低排放要求的颗粒物、SO2和氮氧化物的排放质量浓度限值分别为10，35，50 mg/m3[基准φ(O2)为6%]，由此可见，目前生活垃圾焚烧气排放标准有进一步严苛的空间，特别是氮氧化物的排放质量浓度限值。近年来，随着环保要求的不断提高，垃圾焚烧烟气超低排放是必然趋势，但采用现有的氨水或尿素溶液进行SNCR脱硝实现超低排放仍有较大难度。笔者根据超低排放的要求，重点介绍了4种垃圾焚烧烟气的脱硝方案并进行技术经济分析比较。

1 生活垃圾焚烧烟气的特点

生活垃圾焚烧处理是指将生活垃圾在高温及供氧充足的条件下燃烧，使之转变为稳定气态物和灰渣。回收垃圾焚烧产生的热量可用于供热或发电，达到废物资源化利用的目的。某600 t/d生活垃圾焚烧炉排放烟气温度190～240 ℃，具体成分见表1。

表1 某600 t/d生活垃圾焚烧炉排放烟气成分

由表1看出：生活垃圾焚烧产生的烟气中颗粒物、重金属、二噁英类、SO2、NOx、HCl、Hg、H2O都偏高。

2 生活垃圾焚烧烟气脱硝超低排放技术

2.1 低温选择性催化还原（SCR）脱硝技术

采用低温SCR脱硝技术对烟气中的氮氧化物进行脱除的温度区间为180～250 ℃。该技术需定期对催化剂在线升温脱除铵盐，脱硝效率可达90%以上[3]，能满足氮氧化物超低排放要求。生活垃圾焚烧烟气成分复杂，重金属含量高，需将低温SCR脱硝设备布置在脱硫塔和除尘器后，并增加SDS脱硫系统，控制烟气中SO2质量浓度在5 mg/m3以下。

2.2 布袋式低温SCR脱硝技术

布袋式低温SCR脱硝技术是指将SCR脱硝催化剂混炼到耐高温的聚四氟乙烯（PTFE）纤维中，再将PTFE纤维织成滤布，并在其表面再覆盖一层耐高温防水的树脂纤维布，以达到先除尘再进行脱硝的目的[4]。其脱硝窗口烟气温度为200～250 ℃，但PTFE纤维无法承受300 ℃以上的高温，无法定期对催化剂层进行在线升温脱除铵盐，因此该技术要求烟气中SO2质量浓度在5 mg/m3以下。

2.3 臭氧氧化脱硝技术

臭氧氧化脱硝技术是利用臭氧的强氧化性将NOx氧化转化为硝酸或硝酸盐，反应速率快，适宜的反应温度为50～180 ℃，并且对SO2浓度无要求。喷臭氧的格栅安装于脱硫脱酸塔前，氧化后的NOx用碱性溶液吸收。臭氧还能将Hg0氧化成Hg2+，并在除尘器中被吸附下来。臭氧在与烟气充分混匀的情况下，脱硝效率达90%以上，能满足氮氧化物超低排放要求[4]。

2.4 固体脱硝剂高温SNCR脱硝技术

SNCR脱硝技术适用于烟温800～1 100 ℃，停留时间1 s以上，如氨与烟气混合效果较好的场合（如旋风入口区），则脱硝效率可达70%以上；如氨与烟气混合效果不好，则存在以下问题：①脱硝效率较低；②会增加运行费用；③存在氨逃逸造成尾气氨超标；④设备在280 ℃以下的低温区存在硫酸盐堵塞、腐蚀。垃圾焚烧炉上部温度为800～1 100 ℃，停留时间可达2 s以上，满足SNCR脱硝的基本条件[5]。目前常将尿素溶液或氨水直接喷到焚烧炉上部，液体在喷射雾化过程中穿透力较低，与烟气混合效果一般，脱硝率仅为40%～60%。但如选择穿透性更强的固体脱硝剂及分散性更均匀的专用喷枪，氨与烟气能达到更好的混合效果，SNCR脱硝效率可达90%以上，可满足超低排放指标。

6 种固体脱硝剂的氨含量、价格及折算成纯氨的成本见表2。

由表2可以看出：固体脱硝剂折算纯氨成本最高为6 875元/t，最低为2 243.59元/t。

表2 6种脱硝剂的氨含量及折算成吨纯氨成本

3 脱硫脱硝方案技术经济比较

3.1 设备配置及投资费用比较

以表1所示的某600 t/d生活垃圾焚烧炉排放的烟气为例，对上述4种超低排放脱硝技术方案分别从投资、运行费用两方面进行比较，核算的费用见表3（催化剂、布袋按运行消耗计费）。

由表3可以看出：低温SCR脱硝、低温布袋式SCR脱硝设备较多，投资较高，臭氧氧化脱硝、固体脱硝剂SNCR脱硝设备较少，投资较低，其中固体脱硝剂SNCR脱硝的设备仅65万元，具有较大的投资成本优势。

表3 不同脱硝技术方案的设备配置及投资费用

3.2 运行费用比较

因布袋式低温SCR脱硝布袋10 年更换一次，其他脱硝装置也按10年运行考虑。在10 年运行过程中，常规低温SCR催化剂更换4次、普通布袋更换4次，催化剂升温20次。固体脱硝剂SNCR脱硝按固体脱硝剂4#核算运行成本。

根据4种脱硝技术方案核算的10年期运行费用见表4。

表4 4种脱硝技术方案的10年期运行费用

由表4可以看出：低温SCR脱硝、低温布袋式SCR脱硝、臭氧氧化脱硝运行费用较高，固体脱硝剂SNCR脱硝运行费用最低，10年仅为1 683万元，为低温布袋式SCR脱硝的17.85%，折合年运行费用为168.3万元。

4 结论

1）与常规燃煤锅炉烟气相比，垃圾焚烧烟气温度及二噁英类、重金属、HCl、Hg、H2O等杂质含量都偏高，SO2浓度低。垃圾焚烧炉上方有800～1 100 ℃的温度区，且停留时间大于2 s，十分适合固体脱硝剂SNCR脱硝。

2）低温SCR脱硝、低温布袋式SCR脱硝、臭氧氧化脱硝、固体脱硝剂SNCR脱硝技术都能满足垃圾焚烧烟气脱硝超低排放要求，但从投资和运行费用上考虑，低温SCR脱硝、低温布袋式SCR脱硝、臭氧氧化脱硝运行费用较高，固体脱硝剂SNCR脱硝的投资、运行费用更有优势。目前中国光大国际有限公司垃圾焚烧炉烟气固体脱硝剂SNCR脱硝技术在用。