好文推薦 | 生活垃圾焚燒煙氣處理技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

一、生活垃圾焚燒煙氣工藝應(yīng)用情況

我國(guó)生活垃圾焚燒行業(yè)從“十二五”開(kāi)始快速發(fā)展，進(jìn)入“十四五”時(shí)期，全國(guó)地級(jí)以上城市基本實(shí)現(xiàn)了以焚燒為主的生活垃圾處置方式，整個(gè)行業(yè)也逐漸由建設(shè)高峰期過(guò)渡到運(yùn)營(yíng)高峰期。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止至2021年12月底，全國(guó)生活垃圾焚燒總項(xiàng)目存量已達(dá)到1050座，投運(yùn)項(xiàng)目達(dá)到746座，預(yù)計(jì)到“十四五”末期，全國(guó)投運(yùn)的焚燒項(xiàng)目將超過(guò)1200座以上，焚燒能力缺口也將基本補(bǔ)齊。垃圾焚燒行業(yè)規(guī)模增長(zhǎng)帶來(lái)的紅利已基本釋放殆盡，相關(guān)企業(yè)的后續(xù)發(fā)展將直面垃圾分類(lèi)帶來(lái)的焚燒垃圾量縮減、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步趨嚴(yán)和雙碳目標(biāo)下能效提升減碳降耗等多重壓力，促使行業(yè)進(jìn)一步總結(jié)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步開(kāi)展工藝技術(shù)提升和優(yōu)化的研究與應(yīng)用。

從焚燒煙氣凈化工藝來(lái)看，分為脫酸、脫硝、除塵、除二噁英和重金屬等，其中除塵、二噁英和重金屬去除技術(shù)已較為成熟穩(wěn)定。脫酸工藝主要有濕法、半干法和干法，脫硝工藝主要有SCR、SNCR、ICR/PNCR（高分子脫硝）和煙氣再循環(huán)，投資運(yùn)行費(fèi)用及脫硝效率均依次降低，并且各廠煙氣工藝的差異主要為脫酸脫硝工藝的不同。截止2019年底，國(guó)內(nèi)焚燒廠應(yīng)用最多的煙氣組合工藝為“SNCR+半干法+干法+活性炭+布袋除塵器”，占比達(dá)到50%以上（見(jiàn)圖1），可滿(mǎn)足GB18485-2014規(guī)定的排放要求。但是，國(guó)內(nèi)區(qū)域性污染物濃度限值有較大差異，部分地方環(huán)保指標(biāo)也逐步趨嚴(yán)，例如，天津、東莞、洛陽(yáng)等地將氮氧化物排放限值提標(biāo)到100mg/Nm3，上述常用組合工藝若想滿(mǎn)足新的排放要求將有一定難度。

圖1 生活垃圾焚燒廠煙氣配置情況逐年統(tǒng)計(jì)圖

二、焚燒煙氣工藝優(yōu)化路線簡(jiǎn)析

（一）脫酸工藝優(yōu)化

目前大多數(shù)脫酸工藝中仍采用半干法，其早期核心設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)霧化器以進(jìn)口為主，近期技術(shù)引進(jìn)和自主研發(fā)的國(guó)產(chǎn)化霧化器也得到一定程度的工程應(yīng)用。干法脫酸在國(guó)內(nèi)一般與半干法組合使用為主，獨(dú)立干法方式由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、藥劑使用和停留時(shí)間等方面未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際使用效率相對(duì)較低。濕法脫酸效率最高，投資及運(yùn)行費(fèi)用也最高，并且因其工藝系統(tǒng)復(fù)雜，產(chǎn)生的洗煙廢水還需單獨(dú)處置，因此并未普遍應(yīng)用于工程中，主要應(yīng)用在沿海經(jīng)濟(jì)條件較好的省市。而且從工程實(shí)踐中可知，半干法和濕法工藝進(jìn)一步優(yōu)化提升的空間有限，做好運(yùn)行管理，降低故障、減少單位藥劑消耗才是優(yōu)化的主要方面。

在干法工藝和藥劑使用方面，國(guó)內(nèi)技術(shù)應(yīng)用相對(duì)粗放，可在以下兩方面進(jìn)行提升優(yōu)化：

第一，設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的干法技術(shù)以在煙道中直接噴入碳酸氫鈉或消石灰干粉為主，因煙道較短，干粉藥劑在煙道中停留時(shí)間相對(duì)就短，很快就被布袋除塵器截留下來(lái)，并隨布袋清灰進(jìn)入飛灰，因此大量未充分反應(yīng)的藥劑進(jìn)入飛灰中，使其脫酸效率不達(dá)預(yù)期。從運(yùn)行效果看，還有3個(gè)不利影響：（1）噸垃圾干粉藥劑消耗量偏高；（2）飛灰產(chǎn)量相對(duì)較高；（3）飛灰pH值偏高。針對(duì)上述問(wèn)題，可以考慮引入干式反應(yīng)器提升干法效率，從而降低藥劑消耗和飛灰產(chǎn)量。干式反應(yīng)器技術(shù)起源于歐洲，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小、投資運(yùn)行成本低和無(wú)廢水等優(yōu)點(diǎn)，在歐洲焚燒項(xiàng)目上應(yīng)用較多（見(jiàn)表1）。

第二，干粉藥劑的優(yōu)化。常用的脫酸藥劑為消石灰，目前國(guó)內(nèi)消石灰的品質(zhì)不一，實(shí)際噸垃圾耗量大；脫酸效率較高的碳酸氫鈉也存在藥劑成本高，易潮解板結(jié)等問(wèn)題。從藥劑選擇方面，主要在提升藥劑品質(zhì)和降低成本上下功夫，可采用的方法有兩種：（1）活性石灰的應(yīng)用。消石灰在制備過(guò)程中通過(guò)提高其比表面積和活性，可大幅提升脫酸效率，降低噸垃圾藥耗，減少飛灰產(chǎn)量。目前在歐洲應(yīng)用相對(duì)較多。（2）降低碳酸氫鈉成本。通過(guò)增設(shè)碳酸氫鈉研磨系統(tǒng)，一方面可大幅降低采購(gòu)成本，另一方面可避免高細(xì)度碳酸氫鈉長(zhǎng)時(shí)間貯存而潮解板結(jié)問(wèn)題。

可以認(rèn)為，將干式反應(yīng)器和高效藥劑有機(jī)結(jié)合并工程應(yīng)用，是行業(yè)集約低碳發(fā)展的方向之一。正如表1中所示，在歐洲約有1/3的焚燒廠僅通過(guò)干法工藝即可實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放。對(duì)于新建項(xiàng)目和有改造需求的老項(xiàng)目，面對(duì)較高的環(huán)保指標(biāo)時(shí)，在不能配置濕法組合工藝情況下，也可考慮通過(guò)“半干法+高效干法”工藝組合來(lái)實(shí)現(xiàn)較好的脫酸效果。

（二）脫硝工藝優(yōu)化

國(guó)內(nèi)垃圾焚燒廠應(yīng)用較多的脫硝工藝有SNCR、SCR和煙氣再循環(huán)，近幾年還出現(xiàn)了一種高分子脫硝技術(shù)（ICR/PNCR），并逐漸有一些工程應(yīng)用。下文分別論述:

第一，煙氣再循環(huán)。從工程經(jīng)驗(yàn)可知，應(yīng)用效果較好的再循環(huán)系統(tǒng)能單獨(dú)將氮氧化物降低100-150mg/Nm3左右，同時(shí)其也屬于低碳燃燒技術(shù)，減污同時(shí)也能降低系統(tǒng)能耗，上海環(huán)境在國(guó)內(nèi)首先應(yīng)用了該技術(shù)并進(jìn)行了推廣。

第二， SNCR。 該技術(shù)是當(dāng)前最為廣泛使用的脫硝技術(shù)，脫硝效率約在40-50%，并且效率高低直接受爐膛一通道溫度分布影響。隨著生活垃圾分類(lèi)及多源固廢摻燒等因素影響，爐膛溫度分布變化較大，SNCR噴槍位置也需作相應(yīng)調(diào)整。為解決這一難題，我院利用從歐洲專(zhuān)門(mén)定制的水冷式溫度探針，可對(duì)爐膛一通道不同的縱向高度位置和橫向深度位置的溫度分布情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和在線診斷（見(jiàn)圖2），判斷噴槍位置是否處于SNCR最佳反應(yīng)溫度區(qū)間，以達(dá)到最大脫硝效率。

圖2 溫度探針現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

第三，SCR。 該系統(tǒng)脫硝效率最高，可達(dá)到60%左右，但投資及運(yùn)行費(fèi)用也最高，因此其應(yīng)用項(xiàng)目多在經(jīng)濟(jì)條件較好的地區(qū)。該工藝需配置蒸汽煙氣換熱器SGH，通過(guò)消耗大量本可用于發(fā)電的蒸汽來(lái)將煙氣溫度提升到SCR催化劑合適的反應(yīng)溫度區(qū)間。此外，SCR催化劑的使用壽命通常為3-5年左右，而且價(jià)格昂貴，整體更換一次的代價(jià)較高，且更換下來(lái)的催化劑屬于危廢，需專(zhuān)門(mén)處置。SCR催化劑在使用過(guò)程中，隨著灰塵和硫酸氫銨（ABS）在催化劑表面的逐漸富集，其效率也會(huì)逐漸降低，壓差也隨之提高。針對(duì)這一問(wèn)題，可配置催化劑再生裝置，定期對(duì)催化劑進(jìn)行再生處理。

第四，ICR/PNCR。該技術(shù)近幾年才開(kāi)始在垃圾焚燒廠應(yīng)用，其系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，通過(guò)氣力輸送裝置將固體粉狀或顆粒狀脫硝劑噴入高溫爐膛內(nèi)后，在850-1050℃條件下生成活性氨和氨基化合物等有效成分，與氮氧化物反應(yīng)生成氮?dú)狻⑺?、CO₂等。該工藝溫度區(qū)間與SNCR相近，噴槍位置也可與SNCR噴槍交錯(cuò)布置。該技術(shù)在早期存在氨逃逸超標(biāo)及管道堵塞等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)近幾年的工程實(shí)踐和改進(jìn)，在工程上得以快速推廣。

上海環(huán)境依托燃燒調(diào)整、爐內(nèi)溫度和動(dòng)力場(chǎng)的模擬與檢測(cè)技術(shù)，形成了“煙氣再循環(huán)+SNCR+ICR”專(zhuān)有組合技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)SCR+），并在部分項(xiàng)目上得到應(yīng)用。如某廠所在地方標(biāo)準(zhǔn)要求100mg/Nm³，實(shí)際運(yùn)行可將氮氧化物穩(wěn)定控制在80mg/Nm3以下（見(jiàn)圖3），且NOx排放濃度波動(dòng)更加平緩，同時(shí)藥劑消耗大幅降低，氨逃逸也較低。

圖3 某廠使用ICR前后的氮氧化物對(duì)比（綠色線條代表氮氧化物）

綜上所述，隨著地方性污染物排放標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，對(duì)于脫硝系統(tǒng)只配置SNCR的焚燒企業(yè)，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)和氨逃逸控制更加困難。基于大量的基礎(chǔ)研究和工程實(shí)踐，上海環(huán)境提出了SCR+高效脫硝工藝，其核心即是基于爐型的煙氣再循環(huán)定制化設(shè)計(jì)+SNCR各層溫度窗口優(yōu)化投用+寬溫度區(qū)間的ICR高效配合，以實(shí)現(xiàn)綜合脫硝藥耗最低的高效經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，可實(shí)現(xiàn)80mg/Nm3甚至更低的標(biāo)準(zhǔn)下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)氨逃逸也能得到更好控制。

三、 總結(jié)

在多重壓力下，垃圾焚燒煙氣工藝路線優(yōu)化會(huì)越來(lái)越明確，不斷出現(xiàn)并逐步在工程應(yīng)用上取得較好效果的煙氣凈化新工藝、新設(shè)備、新材料和新產(chǎn)品也將為行業(yè)內(nèi)的企業(yè)提供更多選擇，各家企業(yè)可“因地制宜”，最終目標(biāo)是既能兼顧經(jīng)濟(jì)效益，也能保證環(huán)保達(dá)標(biāo)。