生活垃圾焚燒廠煙氣凈化提標(biāo)改造工藝選擇及工程案例

生活垃圾焚燒廠煙氣凈化提標(biāo)改造工藝選擇及工程案例摘要：對(duì)SNCR、SCR脫硝工藝進(jìn)行分析、比較，對(duì)干法、旋轉(zhuǎn)噴霧半干法、二流體噴霧半干法、濕法脫酸工藝進(jìn)行分析、比較，并探討了二噁英脫除工藝技術(shù)，綜合考慮各方面有利、不利因素，結(jié)合煙氣凈化改造工程的特點(diǎn)，選擇了切實(shí)有效的煙氣凈化改造工藝，改造后煙氣排放指標(biāo)滿足新國標(biāo)。關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒；煙氣凈化；提標(biāo)改造；隨著城市化進(jìn)程的加快，以及生活水平的不斷提升，生活垃圾的產(chǎn)生量與日俱增，多城市出現(xiàn)了“垃圾圍城”現(xiàn)象。利用垃圾焚燒發(fā)電，不僅解決了垃圾處理問題，同時(shí)變廢為寶，產(chǎn)生電能，其環(huán)境價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。我國新建的垃圾焚燒發(fā)電廠數(shù)量逐年增加，2016年底已運(yùn)行的垃圾焚燒發(fā)電廠為250座，焚燒法在生活垃圾處理方式中所占的比例也逐年上升，到2020年底，全國設(shè)市城市垃圾焚燒處理能力占總處理能力的50%以上。但不可避免的生活垃圾在焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生含有顆粒物、HCl、SO2、NOx、二噁英等有害物質(zhì)的煙氣。我國垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放主要執(zhí)行GB18458《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)2001年發(fā)布，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)。部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)或大氣環(huán)境承載力不高的地區(qū)，制定了更為嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)或選擇執(zhí)行歐盟標(biāo)準(zhǔn)(EU2000/76/EEC)。近年來，有部分地區(qū)選擇執(zhí)行歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比見表1。早期建設(shè)的生活垃圾焚燒廠多數(shù)已無法達(dá)到2014年重新修訂的污染控制標(biāo)準(zhǔn)，特別是粉塵、NOx、HCl、SOx、二噁英及重金屬的排放要求顯著提高。且近年來霧霾愈來愈額嚴(yán)重，對(duì)早期建設(shè)的生活垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行提標(biāo)改造勢(shì)在必行。表1煙氣中污染物日均濃度(mg/m3)排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比1、煙氣凈化改造工藝選擇1.1脫硝工藝?yán)贌^程產(chǎn)生的NOx分為3類：燃料型、熱力型、快速型。生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的NOx原始濃度范圍：300～360mg/m3，可見其滿足GB18485-2001的排放要求，因此早期建設(shè)的生活垃圾焚燒廠并未考慮脫硝措施，但隨著環(huán)保意識(shí)及排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)早期建設(shè)的生活垃圾焚燒廠需增設(shè)脫硝裝置。適用于垃圾焚燒\o"脫硝技術(shù)新聞專題"脫硝技術(shù)主要有選擇性非催化還原法(SNCR)和選擇性催化還原法(SCR)。1.1.1SNCR脫硝技術(shù)SNCR脫硝技術(shù)是在850～1100℃的溫度窗口內(nèi)噴入氨水、尿素溶液等氨基還原劑，還原劑與NOx發(fā)生反應(yīng)而被去除。SNCR的脫硝效率在30%～60%之間。1.1.2SCR脫硝技術(shù)SCR脫硝技術(shù)是在O2和非均相催化劑存在條件下，在300～400℃溫度窗口內(nèi)，用還原劑NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O，SCR的脫硝效率可達(dá)80%以上。SCR反應(yīng)器的布置方式有3種：高溫高塵、高溫低塵、低溫低塵。垃圾焚燒廠傾向于低溫低塵布置，將反應(yīng)器布置于脫酸塔和布袋除塵器之后，使催化劑工作在低塵、低SO2的無害煙氣環(huán)境中，這樣布置的好處是可以減少催化劑的堵塞和腐蝕問題，也可以避免催化劑的中毒問題，因此催化劑的壽命較長(zhǎng)。但這樣布置的主要問題是：布袋除塵器出口的煙氣溫度一般在120～180℃，因此，在煙氣進(jìn)入SCR反應(yīng)器之前需加熱至300～400℃，這樣大幅度的增加了能源消耗。近年來，低溫SCR催化劑得到了廣泛研究，目前應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目的SCR催化溫度有：170、190、230℃。出布袋的煙氣經(jīng)加熱器加熱至所需相應(yīng)溫度，在相應(yīng)溫度窗口內(nèi)，用還原劑NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O，反應(yīng)原理：1.1.3脫硝工藝比較由表2知，對(duì)于改造項(xiàng)目，受場(chǎng)地限制以及原引風(fēng)機(jī)壓損限制，同時(shí)，考慮改造費(fèi)用，SNCR較為適用。GB18485-2014中NOx的排放要求為日均250mg/m3，SNCR的脫硝效率可完全滿足。1.2脫酸工藝適用于生活垃圾焚燒廠的煙氣脫酸工藝主要有：干法、半干法、濕法。1.2.1干法脫酸垃圾焚燒余熱鍋爐出口的煙氣溫度為200℃左右，煙氣經(jīng)冷卻塔/反應(yīng)塔噴水降溫至150℃左右進(jìn)入布袋除塵器，干法脫酸是在冷卻塔下游和布袋除塵器上游煙道內(nèi)噴入消石灰干粉或碳酸氫納粉末，煙氣中的酸性氣體與消石灰干粉或碳酸氫納粉末發(fā)生反應(yīng)而被脫除，干法投資省，設(shè)備簡(jiǎn)單，但由于是氣固反應(yīng)，凈化效率低。1.2.2半干法脫酸半干法是用消石灰漿液或氫氧化鈉堿液與酸性氣體反應(yīng)，并通過噴水控制反應(yīng)溫度，在吸收中和反應(yīng)過程中水分蒸發(fā)，產(chǎn)生固體反應(yīng)物，集中收集。半干法根據(jù)霧化器形式可分為旋轉(zhuǎn)噴霧半干法和二流體噴霧半干法。表2脫硝技術(shù)比較旋轉(zhuǎn)噴霧半干法是利用噴霧干燥的原理將石灰漿送入旋轉(zhuǎn)霧化器，旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速為8000～15000r/min，將石灰漿液霧化成平均滴徑30～40μm的霧滴噴入反應(yīng)塔內(nèi)，煙氣中的酸性物質(zhì)在液滴表面被吸收，發(fā)生氣相與液相反應(yīng)為主的化學(xué)吸收反應(yīng)，生成硫酸鈣等鹽類，同時(shí)，煙氣中的熱量與霧滴之間通過強(qiáng)制性對(duì)流傳熱，使霧滴充分蒸發(fā)，形成固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。其化學(xué)反應(yīng)如下。二流體噴霧半干法是將氫氧化鈉堿液經(jīng)氣液二流體噴嘴噴入反應(yīng)塔內(nèi)，霧滴直徑70μm左右，堿液霧滴與酸性物質(zhì)發(fā)生酸堿中和反應(yīng)而去除，同時(shí)煙氣中的熱量與霧滴對(duì)流換熱，使霧滴充分蒸發(fā)，形成固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。其化學(xué)反應(yīng)如下。1.2.3濕法脫酸濕法脫酸是煙氣出布袋除塵器之后進(jìn)入濕式洗滌塔，在洗滌塔內(nèi)，煙氣由下至上，堿液由上至下，煙氣與堿液逆流接觸，進(jìn)行傳熱傳質(zhì)，經(jīng)降溫、酸堿中和反應(yīng)去除煙氣中的酸性污染物。出洗滌塔的煙氣，為防止白煙需設(shè)置煙氣升溫裝置。濕法是氣液反應(yīng)，凈化效率極高。1.2.4脫酸工藝比較由表3知，對(duì)于改造項(xiàng)目，需考慮場(chǎng)地限制、原引風(fēng)機(jī)壓損及功率、改造成本、運(yùn)行成本、改造后執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)等因素，綜合考慮選擇改造脫酸工藝。1.3.1活性炭吸附通過在進(jìn)除塵器前的煙氣管道內(nèi)噴入活性炭，用活性炭吸附重金屬及二噁英，保證重金屬及二噁英的排放濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。由于活性炭具有極大的比表面積，因此只要活性炭與煙氣混合均勻且達(dá)到足夠的接觸時(shí)間就可以達(dá)到要求的凈化效率。活性炭噴入煙道后，即在煙道內(nèi)開始吸附二噁英、Hg等重金屬污染物，但并沒有達(dá)到飽和，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。該工藝目前已廣泛應(yīng)用于生活垃圾焚燒廠。表3脫酸工藝比較1.3.2SCR脫硝協(xié)同脫除二噁英SCR主要用于去除NOx，SCR系統(tǒng)可協(xié)同催化氧化降解二噁英。1.3.3濕法協(xié)同脫除二噁英濕法主要用于去除酸性污染物及粉塵，濕法系統(tǒng)可協(xié)同吸收去除二噁英。2.煙氣凈化改造工程案例分析2.1改造項(xiàng)目情況概述位于山東某市的生活垃圾焚燒廠2008年建成投產(chǎn)，規(guī)模為：500t/d，共2條線，采用循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐出口煙氣參數(shù)見表4，原煙氣凈化工藝見圖1，原煙氣凈化系統(tǒng)采用“降溫+干法脫酸+布袋除塵”工藝，未設(shè)脫硝裝置。提標(biāo)改造前煙氣排放檢測(cè)值見表5，由表5可知，煙氣排放指標(biāo)滿足GB18458-2001排放標(biāo)準(zhǔn)，但不滿足GB18458-2014排放標(biāo)準(zhǔn)。改造目標(biāo)：達(dá)到GB18458-2014排放標(biāo)準(zhǔn)，該項(xiàng)目布袋除塵器運(yùn)行良好，粉塵達(dá)標(biāo)，因此布袋除塵器不改造，NOx、SOx、HCl排放不達(dá)標(biāo)，考慮增設(shè)脫硝措施，改造脫酸措施。表4鍋爐出口煙氣中污染物濃度/(mg/m3)參數(shù)表5改造前煙氣中污染物濃度/(mg/m3)檢測(cè)值圖1改造前煙氣凈化工藝2.2改造方案2.2.1增設(shè)SNCR系統(tǒng)針對(duì)該項(xiàng)目實(shí)際情況，NOx排放不滿足新標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮場(chǎng)地限制、引風(fēng)機(jī)不更換、投資成本、運(yùn)行費(fèi)用等條件，脫硝采用SNCR系統(tǒng)，增設(shè)SNCR系統(tǒng)設(shè)備1套，用尿素作為還原劑，尿素溶液制備系統(tǒng)公用，輸送至2臺(tái)焚燒爐。2.2.2改造脫酸系統(tǒng)HCl、SOx排放不滿足新標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮場(chǎng)地限制、引風(fēng)機(jī)不更換、投資成本、運(yùn)行費(fèi)用等條件，因旋轉(zhuǎn)噴霧半干法反應(yīng)塔塔體尺寸較大，占地大，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地位置緊張，且旋轉(zhuǎn)霧化器投資較大，因此本改造項(xiàng)目不采用旋轉(zhuǎn)噴霧半干法。而二流體噴霧半干法塔體直徑小，占地小，投資省，因此本改造項(xiàng)目采用“二流體噴霧半干法+干法”系統(tǒng)，改造現(xiàn)有的干法反應(yīng)塔(見圖1)，原干法塔煙氣從底部進(jìn)入，經(jīng)冷卻，噴消石灰粉脫酸反應(yīng)，煙氣從頂部出來引至布袋除塵器。因原反應(yīng)塔直徑不滿足設(shè)計(jì)要求，重新設(shè)計(jì)反應(yīng)塔(見圖2)，煙氣經(jīng)鍋爐引至反應(yīng)塔，煙氣從頂部進(jìn)入反應(yīng)塔，從底部錐斗出反應(yīng)塔，進(jìn)布袋除塵器，堿液從反應(yīng)塔頂部的二流體噴嘴噴入，其霧化液滴粒徑均勻，平均霧滴直徑為50～80μm，與煙氣中的酸性污染物反應(yīng)，同時(shí)煙氣被降溫，反應(yīng)塔內(nèi)的噴水量的調(diào)節(jié)是根據(jù)反應(yīng)塔出口溫度的變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。在反應(yīng)塔和布袋除塵器間的煙道內(nèi)噴入消石灰粉中和酸性氣體，未反應(yīng)的部分消石灰隨煙氣流進(jìn)入除塵器內(nèi)，被截留在除塵器的布袋表面，因此在除塵器布袋表面又形成了1層吸收劑過濾層，繼續(xù)與煙氣中的酸性氣體反應(yīng)。圖2改造后煙氣凈化工藝堿液制備輸送系統(tǒng)由氫氧化鈉儲(chǔ)罐、稀釋罐、氫氧化鈉噴射計(jì)量泵、氫氧化鈉混勻器等組成。根據(jù)需要，把氫氧化鈉溶液從氫氧化鈉溶液貯槽(30%)輸送到稀釋罐，經(jīng)稀釋的溶液，用計(jì)量泵輸送至混合器，在此與適量的水混合成為向反應(yīng)塔噴的噴霧液。根據(jù)需要，噴霧溶液被送到半干式反應(yīng)塔頂部的二流體噴嘴。噴霧溶液經(jīng)過噴嘴后呈霧狀，再與煙氣均勻接觸。在反應(yīng)塔里，煙氣中的二氧化硫等有害氣體與氫氧化鈉溶液反應(yīng)后被吸收而去除。干法噴射系統(tǒng)主要使用消石灰干粉與煙氣中酸性氣體反應(yīng)，去除二氧化硫等酸性污染物。消石灰供應(yīng)系統(tǒng)由儲(chǔ)料倉、計(jì)量斗、氣力輸送風(fēng)機(jī)等組成。該系統(tǒng)主要作用是完成脫硫所需石灰粉的儲(chǔ)存及投加等功能。氫氧化鈣粉末(粒徑75μm，純度大于90%)從廠外運(yùn)來，并通過槽車的氣力輸送至石灰儲(chǔ)料倉。為防止石灰輸送過程中到處飛揚(yáng)，儲(chǔ)料倉頂設(shè)有除塵器收集粉塵。通過稱量系統(tǒng)控制消石灰粉投加量。根據(jù)煙囪測(cè)得的HCl、SO2排放濃度指標(biāo)，通過輸送、計(jì)量控制消石灰的投加量。消石灰落入噴射管道內(nèi)，通過羅茨風(fēng)機(jī)將石灰粉送入反應(yīng)煙道內(nèi)。當(dāng)HCl、SO2排放濃度超標(biāo)時(shí)，補(bǔ)充噴入氫氧化鈉堿液。2.2.3增設(shè)活性炭噴射系統(tǒng)為使二噁英排放達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮場(chǎng)地限制、投資成本等條件，采用活性炭噴射吸附系統(tǒng)，通過在進(jìn)除塵器前的煙氣管道內(nèi)噴入活性碳，用活性碳吸附重金屬及二噁英，保證重金屬及二噁英的排放濃度達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。由于活性碳具有極大的比表面積，因此只要活性碳與煙氣混合均勻且達(dá)到足夠的接觸時(shí)間就可以達(dá)到要求的凈化效率。活性碳噴入煙道后，即在煙道內(nèi)開始吸附二噁英、Hg等重金屬污染物，但并沒有達(dá)到飽和，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。每一條煙氣凈化線均配備1套活性炭噴射系統(tǒng)。在袋式除塵器前由羅茨風(fēng)機(jī)噴入活性炭。吸附雜質(zhì)后的活性炭粉末在袋式除塵器中收集。通過稱量系統(tǒng)控制活性炭粉投加量。2.3改造效果上述“SNCR+半干法+干法”改造之后，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行近1a，由表6知，各項(xiàng)污染物得到了有