摘要:生活垃圾焚燒發(fā)電煙氣排放必須滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485—2014),沿海一線城市已要求煙氣排放達(dá)到歐盟2010 標(biāo)準(zhǔn),但是部分標(biāo)桿項(xiàng)目排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要求。目前,一線發(fā)達(dá)城市已開始積極應(yīng)用去除率高、穩(wěn)定性佳的復(fù)雜組合工藝,可以想見,未來的環(huán)保產(chǎn)業(yè)會(huì)朝污染物“零排放”方向發(fā)展。
從“十二五”以來,國(guó)家政策法規(guī)密集出臺(tái),推動(dòng)國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展。至“十三五”時(shí)期,生活垃圾焚燒發(fā)電廠的投資建設(shè)已迅速擴(kuò)展至三、四線城市。隨著環(huán)保關(guān)注度的上升、群眾生活質(zhì)量期望的提高以及污染排放總量控制的加強(qiáng),地方對(duì)生活垃圾發(fā)電焚燒廠的排放要求趨于嚴(yán)格。目前,生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放必須滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485—2014)[1] 要求,沿海一線城市已要求煙氣排放達(dá)到歐盟2010 標(biāo)準(zhǔn)[2],但是部分標(biāo)桿項(xiàng)目排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于二者要求。近年來,生活垃圾焚燒發(fā)電廠后端煙氣凈化工藝快速發(fā)展,針對(duì)各種處理需求,煙氣凈化組合方式日新月異,選擇多變,應(yīng)用迅速。本文對(duì)目前主流使用的五種煙氣凈化組合工藝應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比分析。
1 煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行條件
生活垃圾焚燒發(fā)電廠的煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行條件如表1 所示。
2 主要煙氣凈化組合工藝應(yīng)用介紹
隨著指標(biāo)的提升,新型設(shè)備的加入都使組合工藝提到擴(kuò)充。近幾年來,脫酸及脫硝組合工藝在生活垃圾焚燒發(fā)電廠大幅度鋪開,特別在沿海一線城市,組合工藝的應(yīng)用十分廣泛,為達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的低排放目標(biāo),組合工藝在原有基礎(chǔ)上再次提升。脫酸工藝一般分為干法、濕法、半干法;脫硝系統(tǒng)一般分為SCR和SNCR;煙氣再加熱系統(tǒng)一般分為蒸汽換熱器(SGH)和煙氣換熱器(GGH)。本文主要介紹目前常用的5 種生活垃圾焚燒廠煙氣凈化組合工藝,如表2所示。
2.1 煙氣再循環(huán)+SNCR+ 旋轉(zhuǎn)噴霧半干法+ 干法
該組合工藝是目前國(guó)內(nèi)生活垃圾焚燒發(fā)電廠應(yīng)用最廣泛的、經(jīng)濟(jì)性最佳的煙氣處理工藝,如圖1 所示。根據(jù)不同的干法藥劑,其可以達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485—2014)或歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)。
SNCR(非催化脫硝)系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)過程是通過在焚燒爐中合適的溫度區(qū)域噴入還原劑,使氮氧化物還原為氮?dú)夂退诟邷貐^(qū)域發(fā)生還原反應(yīng)。常規(guī)SNCR 反應(yīng)效率為33% 左右,設(shè)置煙氣再循環(huán)后,最終脫除效率可達(dá)到53% 左右。
旋轉(zhuǎn)噴霧半干法主要由氫氧化鈉制備、吸收劑漿液霧化、霧化漿液和煙氣混合等系統(tǒng)組成。然后,經(jīng)旋轉(zhuǎn)霧化器將石灰漿霧化,使其與煙氣中的酸性氣體在噴霧塔中充分反應(yīng)。此工藝后增加干法輔助脫酸工藝,吸收劑為消石灰或碳酸氫鈉,噴入袋式除塵器之前的煙道中,進(jìn)一步吸附煙氣中的酸性氣體,形成半干法+ 干法的組合工藝,可進(jìn)一步脫除煙氣中的酸性氣體。
干粉噴射所用的吸收劑以熟石灰粉末居多,除此之外,碳酸氫鈉也是該工藝良好的吸收劑,其對(duì)酸性氣體的吸收效果比熟石灰更好。但是,消石灰干粉價(jià)格遠(yuǎn)低于碳酸氫鈉藥劑,從用量上來說,熟石灰是碳酸氫鈉的2 倍。使用消石灰干粉作為干法藥劑,可以達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485—2014)要求,但較難穩(wěn)定滿足歐盟2010 標(biāo)準(zhǔn)。如果對(duì)去除率沒有特別高的要求,常規(guī)設(shè)計(jì)優(yōu)先考慮消石灰干粉。
2.2 煙氣再循環(huán)+SNCR+ 干法+ 濕法
濕法工藝脫酸效率高,從目前正常運(yùn)行的生活垃圾焚燒廠來看,脫酸效率遠(yuǎn)高于半干法,日常排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。但濕法工藝較半干法復(fù)雜,輔助工藝多,產(chǎn)物廢水量大,相應(yīng)投資也大。煙氣再循環(huán)+SNCR+ 干法+ 濕法系統(tǒng)流程如圖2所示。
煙氣經(jīng)省煤器出來后進(jìn)入減溫塔。冷卻水由冷卻水供應(yīng)泵送至塔頂?shù)膰娮?,并被壓縮空氣霧化后噴入塔內(nèi)與煙氣直接接觸。經(jīng)減溫塔降溫后,煙氣從塔底部離開并進(jìn)入布袋除塵器。干法噴射藥劑粉末噴入減溫塔與布袋除塵器之間的煙道,使其與煙氣中的酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng),未反應(yīng)的粉末和反應(yīng)生成的鹽顆粒隨著煙氣一起經(jīng)煙道至袋式除塵器處被攔截下來,部分未反應(yīng)的粉末附著在布袋上能更進(jìn)一步中和煙氣中的酸性氣體。從袋式除塵器出來的煙氣進(jìn)入濕式洗滌塔再次脫酸后通過引風(fēng)機(jī)排空。
此種組合工藝的復(fù)雜點(diǎn)在于脫硫后的濕煙氣基本處在飽和狀態(tài),極易產(chǎn)生白煙現(xiàn)象,一般都會(huì)設(shè)置煙氣換熱系統(tǒng),降低濕式洗滌塔入口溫度的同時(shí)合理解決白煙現(xiàn)象。
2.3 SNCR+ 半干法+ 干法+SCR
與SNCR+ 半干法+ 干法工藝相比,SNCR+ 半干法+ 干法+SCR 工藝增加了SCR 系統(tǒng),主要適用于對(duì)NOx 去除要求高的項(xiàng)目,增加SCR 系統(tǒng)后,NOx 排放值遠(yuǎn)低于歐盟2010 標(biāo)準(zhǔn),如圖3 所示。
SCR 系統(tǒng)(選擇性催化還原脫硝工藝)的原理是在催化劑的作用下煙氣中的NOx 與還原劑進(jìn)行脫NOx 反應(yīng)。NH3 將NOx 分解為氮?dú)夂退魵狻CR 系統(tǒng)脫NOx 效率高,通常能超過60%。
本組合工藝的重點(diǎn)在于SCR 系統(tǒng),生活垃圾焚燒廠使用的SCR 系統(tǒng)催化劑一般為中溫、低溫,中溫催化劑一般運(yùn)行溫度為200 ℃左右,低溫催化劑運(yùn)行溫度小于180 ℃。催化劑使用時(shí)最顧慮的是水蒸氣、粉塵、重金屬、SOx 中毒。低溫催化劑與中溫催化劑相比,其優(yōu)點(diǎn)是使用溫度低,蒸汽消耗量小,缺點(diǎn)是對(duì)SOx 濃度更加敏感,單價(jià)格高,供貨來源單一。如何選用經(jīng)濟(jì)合理的催化劑及縮短催化劑中毒后的再生周期等是目前制約SCR 系統(tǒng)應(yīng)用的主要因素。
2.4 SNCR+ 干法+ 濕法+SCR
上海老港項(xiàng)目就采用SNCR+ 干法+ 濕法+SCR工藝,其特點(diǎn)是脫酸脫硝效率較高,如圖4 所示。
垃圾燃燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐, 在850 ~ 1 050 ℃的高溫區(qū)域內(nèi)噴入還原劑,去除煙氣中的NOx,煙氣離開余熱鍋爐后進(jìn)入減溫塔,在減溫塔內(nèi)被冷卻后經(jīng)煙道進(jìn)入袋式除塵器,并在除塵器前的煙道中噴入干粉粉末和活性炭。煙氣從袋式除塵器出來后通過煙氣加熱系統(tǒng)1 換熱后進(jìn)入濕式洗滌塔,進(jìn)一步脫酸變?yōu)榈蜏仫柡蜔煔?,再?jīng)煙氣加熱系統(tǒng)2被加熱,然后進(jìn)入SCR 脫硝塔進(jìn)一步脫除NOx,從SCR 塔出來的潔凈煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入煙囪,排入大氣。
該套組合工藝煙氣加熱系統(tǒng)較復(fù)雜,需要使用二級(jí)GGH+ 一級(jí)SGH,由于一級(jí)GGH 使用于濕法塔前,煙氣中腐蝕性氣體濃度高,常規(guī)的金屬GGH 換熱器易被腐蝕損壞,故該部位GGH 一般選用進(jìn)口聚四氟乙烯材質(zhì)(PTFE)設(shè)備,投資較高,但使用效果佳。
2.5 SNCR+ 半干法+ 干法+ 濕法+SCR
如圖5 所示,SNCR+ 半干法+ 干法+ 濕法+SCR工藝將主流凈化工藝都組合在一起,是目前最完整的煙氣凈化組合工藝,在寧波、深圳、廣州都有應(yīng)用案例,為行業(yè)標(biāo)桿工藝。其總體排放指標(biāo)遠(yuǎn)低于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。該工藝適用于區(qū)域經(jīng)濟(jì)條件好、對(duì)排放總量有嚴(yán)格要求,或?qū)Νh(huán)保關(guān)注度較高、環(huán)保要求較嚴(yán)的項(xiàng)目。
一般來說,半干法+ 干法與干法+ 濕法擇一即可,兩者脫酸效率有高有低,但三者疊加并不能線性降低污染物指標(biāo),故該種組合工藝一般將濕法或干法作為備用工藝,當(dāng)前端工藝出現(xiàn)故障時(shí)可啟動(dòng)后端工藝作為保障達(dá)標(biāo)的措施。同時(shí),根據(jù)SCR 催化劑的使用時(shí)長(zhǎng)、引風(fēng)機(jī)的壓損等,濕法塔與SCR 反應(yīng)器設(shè)置位置有不同的組合排列。
3 結(jié)論
目前,一線發(fā)達(dá)城市已開始積極應(yīng)用去除率高、穩(wěn)定性佳的復(fù)雜組合工藝,特別在江浙一帶標(biāo)桿組合工藝已作為新建項(xiàng)目的指標(biāo),可以預(yù)見未來的環(huán)保發(fā)展會(huì)朝著污染物“零排放”、關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化、降低投資等方向前進(jìn)。