摘要：針對(duì)目前生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高,河北地區(qū)已經(jīng)運(yùn)行的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加脫酸和脫硝處理工藝,詳細(xì)分析了技改運(yùn)行后對(duì)脫酸和脫硝的影響,并分析了相比原處理工藝技改后投資及運(yùn)行對(duì)成本的影響。

1 概述

我國目前生活垃圾年產(chǎn)量1.8 億噸，生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)將廢物轉(zhuǎn)化為能源，近些年來取得迅猛發(fā)展，目前我國約50%的生活垃圾采用焚燒法處理；未來幾年，隨著更多的生活垃圾焚燒發(fā)電廠建成運(yùn)行，焚燒比例所占比例將更大�！�“十三五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》中提到：截止2020 年底生活垃圾焚燒處理占無害化處理的比例將達(dá)到54%，同時(shí)2020 年全國垃圾焚燒處理能力達(dá)到59.14萬噸/日。

垃圾在焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生危害環(huán)境的煙氣，煙氣成分復(fù)雜，包含HCl、SO2、HF、NOx、二噁英、Pb、Cd、Hg 等多種組分。目前國內(nèi)焚燒廠主流煙氣凈化采用“SNCR＋半干法脫酸＋干法＋活性炭噴射+布袋除塵器”處理工藝。我國垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放執(zhí)行GB18458《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)2014 年重新修訂，現(xiàn)階段我國焚燒廠煙氣排放執(zhí)行GB18458-2014標(biāo)準(zhǔn)。部分大氣環(huán)境承載力不高和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，采用更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)（EU2000/76/EC）或歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)。

2 河北某垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行工藝和排放參數(shù)

2.1 當(dāng)前運(yùn)行工藝

目前河北省某2×300 噸/日垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化系統(tǒng)采用“SNCR＋半干法脫酸＋干法＋活性炭噴射+布袋除塵器”處理工藝。

（1）SNCR脫硝技術(shù)

脫硝采用適用選擇性非催化還原法（SNCR）工藝，該脫硝技術(shù)是在850℃~1100℃的溫度區(qū)間內(nèi)噴入氨水或尿素等還原劑，NOX與還原劑發(fā)生反應(yīng)進(jìn)而被去除，SNCR 技術(shù)的脫硝效率在30%~60%之間。其反應(yīng)原理如下：

（2）脫酸除塵工藝

脫酸除塵采用“半干法＋干法脫酸＋活性炭噴射+布袋除塵器”處理工藝。半干法是通過噴水量控制反應(yīng)溫度，在合適的溫度消石灰漿液與酸性氣體反應(yīng)，脫除煙氣中的酸性成分。旋轉(zhuǎn)噴霧半干法將石灰漿液通過塔頂?shù)母咿D(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)霧化器進(jìn)行霧化，石灰漿液被霧化成粒徑30μm～50μm 左右的霧滴，細(xì)小的霧滴與酸性氣體充分接觸，在一系列的化學(xué)反應(yīng)后去除煙氣中絕大多數(shù)的酸性氣體；在反應(yīng)過程中，霧滴吸收煙氣中的熱量不斷蒸發(fā)水分，結(jié)合脫酸塔的獨(dú)特設(shè)計(jì)，塔內(nèi)高溫?zé)煔馐沟脻{液霧滴在下降的過程中得到干燥，并在到達(dá)塔底前將水分充分蒸發(fā)，形成固體反應(yīng)物從塔底排出。其化學(xué)反應(yīng)如下：

Ca（OH）2+SO2→CaSO3↓+H2O

Ca（OH）2+2HCl→CaCl2↓+2H2O

干法脫酸是從噴射風(fēng)機(jī)來的空氣將的氫氧化鈣噴入脫酸塔和布袋除塵器間的煙道中，與煙氣中的酸性氣體SOx，HCl等進(jìn)行反應(yīng)。

活性炭噴射在除塵器前煙氣管道內(nèi)噴入活性炭，活性炭在煙道內(nèi)開始吸附二噁英、Hg 等重金屬污染物，隨后與煙氣一起進(jìn)入袋式除塵器中吸附在濾袋表面上，與通過濾袋表面的煙氣充分接觸，最終達(dá)到去除煙氣中重金屬及二噁英的目的。

2.2 技改前運(yùn)行排放參數(shù)

本項(xiàng)目根據(jù)環(huán)保部門的環(huán)評(píng)批復(fù)文件要求，煙氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)按《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014）執(zhí)行，運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)均需滿足國家規(guī)范的要求；經(jīng)實(shí)地調(diào)研此2×300t/d 項(xiàng)目運(yùn)行情況，采用“SNCR+半干法（旋轉(zhuǎn)霧化反應(yīng)塔）+干法（噴射氫氧化鈣）+活性炭噴射+布袋除塵器”實(shí)際可達(dá)到的運(yùn)行排放數(shù)據(jù)如表2。

3 超低排放技改方案

本次河北省超低排放主要針對(duì)顆粒物濃度為8mg/Nm3，SOX濃度為20mg/Nm3，NOX濃度為100mg/Nm3做了更加嚴(yán)格的要求，下面針對(duì)三項(xiàng)指標(biāo)的要求詳細(xì)分析。

3.1 超低排放顆粒物影響

由于河北某2x300噸/日垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)計(jì)時(shí)布袋除塵器選用PTFE覆膜材質(zhì)，同時(shí)布袋除塵器過濾風(fēng)速比較低（<0.8m/min），，目前運(yùn)行中除塵器出口粉塵顆粒物排放均值低于4mg/Nm3，運(yùn)行時(shí)只要保證布袋除塵器正常運(yùn)行完全可以保證新的地方超低排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 SOx指標(biāo)的影響

針對(duì)酸性氣體SOx的去除，從工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行上按照由易到難順序的應(yīng)對(duì)辦法如下：

（1）改造干法系統(tǒng)

干法系統(tǒng)采用反應(yīng)活性更高的碳酸氫鈉替代消石灰，鈉堿活性高，反應(yīng)效率更高；設(shè)備投資小，運(yùn)行費(fèi)用會(huì)增加。

（2）半干法系統(tǒng)增設(shè)二流體堿液系統(tǒng)

半干法系統(tǒng)反應(yīng)塔頂?shù)亩黧w噴槍原設(shè)計(jì)是用于脫酸塔降溫，可增設(shè)一套氫氧化鈉堿液供應(yīng)系統(tǒng)作為備，用二流體鈉堿聯(lián)合旋噴消石灰共同脫酸，鈉堿脫硫效率更高，確保SOX全時(shí)段達(dá)標(biāo)。

（3）濕法系統(tǒng)

在布袋除塵器之后增設(shè)濕法系統(tǒng)，采用氫氧化鈉作為吸收劑，確保二氧化硫全時(shí)段超低排放。濕法設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，且有廢水處理問題。

（4）綜合考慮SOX指標(biāo)擬采取的應(yīng)對(duì)辦法

考慮到設(shè)備投資以及項(xiàng)目目前的實(shí)際情況，改造干法系統(tǒng)需要停爐周期較長，增加濕法系統(tǒng)設(shè)備投資過大，經(jīng)各方面綜合考慮采用在半干法系統(tǒng)中增設(shè)二流體堿液系統(tǒng)作為備用，堿液系統(tǒng)由氫氧化鈉溶液儲(chǔ)存罐、輸送泵及管路閥組組成。運(yùn)行時(shí)把氫氧化鈉溶液從制備罐輸送到半干式反應(yīng)塔頂部的雙流體型噴嘴，噴霧溶液霧化后與煙氣均勻接觸反應(yīng)，從而煙氣中的酸性氣體與氫氧化鈉溶液反應(yīng)后被去除。

3.3 NOX指標(biāo)的影響

針對(duì)NOX指標(biāo)的去除，從工藝設(shè)計(jì)和運(yùn)行上按照由易到難順序的應(yīng)對(duì)辦法如下：

（1）煙氣再循環(huán)

煙氣再循環(huán)本身是一種低氮燃燒技術(shù)，從引風(fēng)機(jī)出口煙道抽取部分低溫?zé)煔夥祷胤贌隣t內(nèi)，參與二燃室輔助燃燒和流場(chǎng)的擾動(dòng)整合。其反應(yīng)核心在于利用煙氣本身低溫低氧特點(diǎn)（溫度140～150 度，氧含量6%～10%），將部分煙氣循環(huán)噴入爐膛內(nèi)，降低爐膛內(nèi)平均溫度和助燃空氣中的氧含量，有效抑制了NOX的生成。通過煙氣再循環(huán)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒溫度、氧濃度的控制，進(jìn)一步改善爐膛內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)，從而達(dá)到降低NOX排放的目的。煙氣再循環(huán)技術(shù)脫硝效率在現(xiàn)有SNCR 脫硝后的基礎(chǔ)上NOX可再降低30%左右。

（2）低溫SCR

近年來隨著低溫催化劑材料的發(fā)展，低溫SCR 技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。低溫SCR 脫硝技術(shù)是在催化劑存在條件下，在合適的溫度反應(yīng)區(qū)間用還原劑NH3將煙氣中的NOX還原為N2和H2O，低溫SCR 技術(shù)的脫硝效率可達(dá)80%以上；目前國內(nèi)應(yīng)用成熟的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目SCR 催化應(yīng)用溫度區(qū)間主要在170℃-230℃，這就要求對(duì)出布袋除塵器的150度左右的煙氣溫度加熱，同時(shí)使催化劑在低粉塵、低SOX的環(huán)境中進(jìn)行相應(yīng)的低溫催化脫氮反應(yīng)；同時(shí)可以減少催化劑的堵塞和腐蝕，以避免催化劑的中毒問題。

（3）綜合考慮SOX指標(biāo)擬采取的應(yīng)對(duì)辦法

煙氣再循環(huán)技術(shù)實(shí)施的前提是：在鍋爐正常燃燒工況下，爐膛溫度在950℃-1070℃范圍內(nèi)，同時(shí)僅運(yùn)行SNCR時(shí)NOX排放可控制在140mg/Nm3以內(nèi)；經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，河北此項(xiàng)目的NOX排放在200mg/Nm3，而且在冬季由于垃圾熱值偏低爐溫控制在950℃-1070℃范圍內(nèi)有困難，僅依靠SNCR 和煙氣再循環(huán)難以保證達(dá)到100mg/Nm3的新標(biāo)準(zhǔn)。因此此次技改優(yōu)選采用SCR 技術(shù)，可確保NOX排放穩(wěn)定達(dá)到100mg/Nm3的新地方標(biāo)準(zhǔn)。

SCR工藝流程如下：氨水罐（25%氨水）→氨水泵→加熱混合器→SCR脫硝塔。

布袋除塵器出口的煙氣，經(jīng)過GGH、SGH 加熱達(dá)到230℃。SCR脫硝塔的催貨劑采用中溫反應(yīng)催化劑，反應(yīng)溫度在210℃-230℃，中溫催化劑正常使用壽命為5~10 年；同時(shí)系統(tǒng)能夠適應(yīng)額定煙氣量50％～120％的變化，脫硝系統(tǒng)能夠根據(jù)煙氣量及煙氣成分波動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證脫硝后煙氣指標(biāo)始終低于排放限值。

4 技改后投資及運(yùn)行成本

本次河北某2×300 噸/日垃圾焚燒發(fā)電廠技改需要增設(shè)脫酸堿液系統(tǒng)和SCR脫硝系統(tǒng)，預(yù)計(jì)新增投資1800 萬元。其中建筑工程費(fèi)300 萬元，設(shè)備購置和安裝工程費(fèi)1500萬元，其中運(yùn)營成本主要分為原材料可變成本以及折舊利息等費(fèi)用。

4.1 堿液和SCR的運(yùn)營成本（見表3）

4.2 營運(yùn)成本合計(jì)

考慮到折舊和銀行貸款等，折舊期按20 年考慮，銀行貸款按照現(xiàn)有利息執(zhí)行，貸款年限按15 年考慮，其中折舊攤銷費(fèi)用4.41 元/噸垃圾，利息費(fèi)用0.86 元/噸垃圾，同時(shí)堿液和SCR的運(yùn)營成本為18.86 元/噸垃圾，因此折合每噸垃圾總營運(yùn)成本24.13元/噸垃圾。

5 結(jié)束語

隨著中國城市化水平的不斷提高，各地建設(shè)生活垃圾焚燒廠的運(yùn)行和在建數(shù)量不斷增長，考慮到各地環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，在建和已運(yùn)行的垃圾焚燒發(fā)電廠非常有必要實(shí)施更高效的脫硫脫硝除塵工藝；本文在現(xiàn)有已運(yùn)行垃圾焚燒廠煙氣凈化工藝基礎(chǔ)上，在半干法系統(tǒng)增設(shè)二流體堿液脫酸系統(tǒng)作為備用，同時(shí)在布袋除塵器后增設(shè)SCR系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用于生活垃圾焚燒發(fā)電廠，使得改造后的SOx排放濃度低于30mg/Nm3和NOX排放濃度低于100mg/Nm3，全面優(yōu)于GB18458-2014 國家的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足河北省超低排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，為已運(yùn)行和在建的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目提供了有效的脫硫脫硝除塵參考實(shí)施方法。

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