摘要： 垃圾焚燒發(fā)電煙氣排放指標日趨嚴苛,對煙塵、SO2、NOx的脫除工藝在原有"SNCR爐內(nèi)脫氮+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵"的基礎(chǔ)上,增加了低溫SCR和濕法洗滌塔,本文就SCR和濕法塔的布置位置進行了系統(tǒng)的分析和方案比選.

1 概述

采用爐排爐焚燒垃圾、余熱利用進行發(fā)電是目前比較主流的垃圾減量化、資源化處理方式。焚燒后垃圾減容量可達90%、減重量可達80% 以上，大大減少了垃圾填埋處置用地，節(jié)約土地資源，降低環(huán)境污染，提高環(huán)保效益。隨之而來，煙氣能否達標排放、灰渣能否安全處置就成了最關(guān)鍵的問題。煙氣中含有煙塵、二噁英、重金屬、酸性氣體等有害物質(zhì)，對居民健康、生存環(huán)境影響深遠，必須有效去除。隨著近年來煙氣的處理工藝不斷發(fā)展，普遍認同的較為經(jīng)濟可靠的煙氣凈化工藝為：SNCR爐內(nèi)脫氮+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵”，它具有凈化效率高、無須對反應(yīng)產(chǎn)物進行二次處理的優(yōu)點，處理后的煙氣，可滿足《生活垃圾焚燒處理污染控制標準》(GB18485-2014)，部分指標可達到歐盟2010/75/EC 要求。隨著國家對環(huán)保要求的進一步提高，一些大中型城市的環(huán)保部門對煙氣排放指標提出了更高的要求。以杭州為例，新建垃圾焚燒發(fā)電項目的煙塵、SO2、NOx的排放指標分別要求控制在10mg/Nm3、50mg/Nm3、75mg/Nm3以下，并且要求煙囪脫白(消除冬季氣溫較低時煙囪冒白煙現(xiàn)象)。針對不斷提標的排放指標，煙氣處理工藝也相應(yīng)增加。

2 煙氣處理工藝

上述三個指標中，采用布袋除塵器對飛灰的脫除效率是能夠滿足要求的，但是對SO2、NOx 就需要采取進一步的脫除設(shè)施。針對SO2主要是在干法或半干法(消石灰)基礎(chǔ)上增加濕法(NaOH)煙氣脫酸工藝，針對NOx主要是在SNCR 基礎(chǔ)上增加低溫SCR，即對應(yīng)每一種污染物均有2～3級工藝對其進行深度脫除，以確保達到煙氣排放指標。除塵采用2 級脫除：布袋除塵+ 濕法;脫硫采用3級脫除：半干法+干法+濕法;脫硝采用2 級脫除：SNCR+SCR;二噁英采用2級脫除：活性炭吸附+SCR。目前主流的工藝方案均為如此，本文對具體的脫除工藝不再贅述，但是系統(tǒng)布置順序是采用“前催化劑工藝”還是“后催化劑工藝”仍有較大的爭議。下面通過詳細的分析、計算來比較其利弊，推薦較優(yōu)的工藝。

3 論述工藝方案

針對上述處理工藝，有多種組合順序，目前較多采用的方案為以下三種：方案一(圖1)：煙氣凈化工藝為：爐內(nèi)SNCR+ 半干法+ 活性碳吸附+ 干法+ 布袋除塵+GGH+ 濕法塔+SGH+SCR。

從余熱鍋爐出口煙氣溫度約200℃，進入半干法脫酸塔，出布袋達到150℃，此時煙氣中重金屬及二噁英類隨煙塵一并被去除，HCl 及SO2被去除大部分，經(jīng)GGH降溫后進入濕法塔，去除絕大部分酸性污染物，煙氣溫度降至65℃，經(jīng)SGH加熱升溫至175℃進入SCR催化反應(yīng)，去除最后的NOx及二噁英后清潔排放。該方案排煙溫度較高，可達170℃，排煙溫度高雖然可保證脫白效果，但對能源利用來說有些浪費，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了方案二。方案二(圖2)：煙氣凈化工藝為：爐內(nèi) SNCR+ 半干法+ 活性碳噴射+ 干法+ 布袋+GGH1+ 濕法塔+GGH2+SGH+SCR。

方案二仍是SCR 在濕法塔后，是在方案一的基礎(chǔ)上增加了二級GGH，充分利用煙氣的余熱，減少為了滿足SCR 反應(yīng)溫度所需的加熱蒸汽量。排煙溫度為150℃，可保證全年無白煙。方案三(圖3：SCR在濕法塔前)：煙氣凈化工藝為：爐內(nèi) SNCR+ 半干法+ 活性碳噴射+ 干法+ 布袋除塵+SGH1+SCR+GGH+ 濕法塔+SGH2。

方案三的SCR 在濕法塔前，脫硫除塵后的煙氣溫度約150℃，此時煙氣中SO2含量基本達到SCR 催化劑允許運行范圍，先由SGH 加熱至175℃進入SCR 催化反應(yīng)，去除NOx及二噁英，再進入濕法塔進一步脫酸，使用GGH 提高煙氣排放溫度至135℃。該方案在春秋季可不脫白，僅在冬季需要二級SGH 將煙氣加熱至150℃ , 使煙囪出口無白煙。

4 方案比選

(1)三種方案優(yōu)缺點對比如下：方案一和方案二采用的是濕法塔在SCR前，其優(yōu)點一是煙氣經(jīng)過半干法及濕法塔后酸性氣體和粉塵含量已經(jīng)很低，完全滿足SCR 催化劑使用要求，催化劑使用壽命有保證;二是排煙溫度高，煙囪全年可脫白。缺點也比較明顯：煙氣溫度經(jīng)過濕法塔后降至較低溫度，為保證進入SCR 催化反應(yīng)溫度需對煙氣進行再加熱，煙溫起伏較大，需消耗較多蒸汽。方案一較方案二的煙囪排放溫度更高，造成能量浪費，而方案二較方案一增加了一級GGH，煙道系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備占地比較大。方案三采用的是濕法塔在SCR 后，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在減少了煙氣溫度反復(fù)變化，降低了加熱煙氣的能耗。其缺點一是進入SCR 反應(yīng)器中煙氣SO2 濃度可能會超標，一旦超標會導(dǎo)致催化劑中毒，催化劑就需要全部更換，長期穩(wěn)定運行存在一定的風(fēng)險;二是排入煙囪的煙溫較低可能會產(chǎn)生“白霧”，為脫白還需增加一級SGH，煙氣系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備占地較大。

(2)消耗的能源比較。由于工藝相同，因此脫硫、除塵、脫氮、脫白的系統(tǒng)類似，所需電負荷略有不同，但差別不大。從運行的經(jīng)濟性角度，主要核算三種方案所需蒸汽量以及更換催化劑的費用。以入爐垃圾低位熱值為7537kJ/kg，單臺入爐垃圾量為500 t/d 為例，單臺焚燒爐的煙氣量約為92000Nm3/h。

為滿足低溫SCR使用溫度，SGH耗汽量：

方案一從115℃加熱到175℃ , 所需煙氣加熱量折算成汽機一抽蒸汽(1.22MPa，280℃)合計3.5t/h;

方案二從135℃加熱到175℃ , 所需煙氣加熱量折算成汽機一抽蒸汽合計2.3t/h;

方案三從150℃加熱到175℃ , 所需煙氣加熱量折算成汽機一抽蒸汽合計1.4t/h。

對于脫白，運行成本主要分為三部分：脫白冷卻塔運行費用、蒸汽加熱器運行費用以及脫白廢水處理費用。方案一中，SCR之后排煙溫度在170℃，在保證煙氣含濕量為45℃下飽和(含水率約9.5%)，此時已滿足全年無白煙，不需加熱蒸汽;方案二排煙溫度控制在150℃，基本滿足全年無白煙;方案三，冬季排煙溫度需從135℃加熱到150℃ , 所需煙氣加熱量折算成汽機一抽蒸汽合計0.9t/h。

初步估算，三個方案全年的耗汽量如下：

方案一：全年耗汽量3.5×8000=28000t/a，合計蒸汽費用約504萬元;

方案二：全年耗汽量2.3×8000=18400t/a，合計蒸汽費用約331萬元;

方案三：全年耗汽量1.4×6560+(1.4+0.9)×1440=10704t/a(脫白按兩個月計)，合計蒸汽費用約225萬元。

由于濕法塔在SCR 后，重金屬和酸性污染物可能導(dǎo)致催化劑中毒，催化劑使用壽命較濕法塔在SCR前的工藝短。考慮其壽命減半，正常可使用4年的催化劑，現(xiàn)在兩年即需更換。即折算到每年的運行費用三個方案分別為200萬元、200萬元、400萬元，加上消耗蒸汽的費用，合計三個方案分別為704萬、531萬元和625萬元。

綜上可見，若不考慮催化劑失效的成本，濕法塔在SCR之后的運行成本較優(yōu);若考慮催化劑失效的成本，則濕法塔在SCR之前較優(yōu)。

從目前實際運行來看，工程中可以采取有效的措施防止催化劑中毒，主要如下：

(1)選擇可靠的煙氣凈化系統(tǒng)供應(yīng)商和設(shè)備，運行調(diào)節(jié)可靠，以保證進入SCR反應(yīng)器中煙氣SO2濃度不會超標；

(2)增加在線催化劑再生系統(tǒng)，在催化劑使用半年到一年后活性降低時，利用再生風(fēng)機從除塵器出口抽取預(yù)定量煙氣，用加熱電爐循環(huán)加熱該部分煙氣，直至將煙氣加熱到250～450℃，在此溫度下保持12～56小時，完成催化劑再生。

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