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    生活垃圾焚燒廠煙氣凈化系統提標改造工藝選擇及工程案例分析

    時間:2019-06-19 15:14

    來源:電力行業節能環保公眾服務平臺

    作者:劉廣濤

    對SNCR、SCR脫硝工藝進行分析、比較,對干法、旋轉噴霧半干法、二流體噴霧半干法、濕法脫酸工藝進行分析、比較,并探討了二噁英脫除工藝技術,綜合考慮各方面有利、不利因素,結合煙氣凈化改造工程的特點,選擇了切實有效的煙氣凈化改造工藝,改造后煙氣排放指標滿足新國標。

    隨著城市化進程的加快,以及生活水平的不斷提升,生活垃圾的產生量與日俱增,多城市出現了“垃圾圍城”現象。利用垃圾焚燒發電,不僅解決了垃圾處理問題,同時變廢為寶,產生電能,其環境價值、經濟價值較高。我國新建的垃圾焚燒發電廠數量逐年增加,2016年底已運行的垃圾焚燒發電廠為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產生含有顆粒物、HCl、SO2、NOx、二噁英等有害物質的煙氣。

    我國垃圾焚燒發電廠煙氣排放主要執行GB18458《生活垃圾焚燒污染控制標準》,該標準2001年發布,2014年重新修訂,現階段我國焚燒廠煙氣排放執行GB18458-2014標準。部分經濟發達地區或大氣環境承載力不高的地區,制定了更為嚴格的地方標準或選擇執行歐盟標準(EU2000/76/EEC)。近年來,有部分地區選擇執行歐盟2010標準,煙氣排放標準對比見表1。

    早期建設的生活垃圾焚燒廠多數已無法達到2014年重新修訂的污染控制標準,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重,對早期建設的生活垃圾焚燒廠煙氣凈化系統進行提標改造勢在必行。

    表1 煙氣中污染物日均濃度(mg/m3)排放標準對比

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    1、煙氣凈化改造工藝選擇

    1.1 脫硝工藝

    垃圾焚燒過程產生的NOx分為3類:燃料型、熱力型、快速型。

    生活垃圾焚燒爐產生的NOx原始濃度范圍:300~360mg/m3,可見其滿足GB18485-2001的排放要求,因此早期建設的生活垃圾焚燒廠并未考慮脫硝措施,但隨著環保意識及排放標準的提高,對早期建設的生活垃圾焚燒廠需增設脫硝裝置。適用于垃圾焚燒脫硝技術主要有選擇性非催化還原法(SNCR)和選擇性催化還原法(SCR)。

    1.1.1 SNCR脫硝技術

    SNCR脫硝技術是在850~1100℃的溫度窗口內噴入氨水、尿素溶液等氨基還原劑,還原劑與NOx發生反應而被去除。SNCR的脫硝效率在30%~60%之間。

    1.1.2 SCR脫硝技術

    SCR脫硝技術是在O2和非均相催化劑存在條件下,在300~400℃溫度窗口內,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80%以上。SCR反應器的布置方式有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。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,在煙氣進入SCR反應器之前需加熱至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,目前應用于實際項目的SCR催化溫度有:170、190、230℃。出布袋的煙氣經加熱器加熱至所需相應溫度,在相應溫度窗口內,用還原劑NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O,反應原理:

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    1.1.3 脫硝工藝比較

    由表2知,對于改造項目,受場地限制以及原引風機壓損限制,同時,考慮改造費用,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,煙氣經冷卻塔/反應塔噴水降溫至150℃左右進入布袋除塵器,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生反應而被脫除,干法投資省,設備簡單,但由于是氣固反應,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,并通過噴水控制反應溫度,在吸收中和反應過程中水分蒸發,產生固體反應物,集中收集。半干法根據霧化器形式可分為旋轉噴霧半干法和二流體噴霧半干法。

    表2 脫硝技術比較

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    旋轉噴霧半干法是利用噴霧干燥的原理將石灰漿送入旋轉霧化器,旋轉霧化器轉速為8000~15000r/min,將石灰漿液霧化成平均滴徑30~40μm的霧滴噴入反應塔內,煙氣中的酸性物質在液滴表面被吸收,發生氣相與液相反應為主的化學吸收反應,生成硫酸鈣等鹽類,同時,煙氣中的熱量與霧滴之間通過強制性對流傳熱,使霧滴充分蒸發,形成固態反應產物。其化學反應如下。

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    二流體噴霧半干法是將氫氧化鈉堿液經氣液二流體噴嘴噴入反應塔內,霧滴直徑70μm左右,堿液霧滴與酸性物質發生酸堿中和反應而去除,同時煙氣中的熱量與霧滴對流換熱,使霧滴充分蒸發,形成固態反應產物。其化學反應如下。

    編輯:李丹

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