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近年来国内生活垃圾焚烧发电厂烟气净化组合工艺的应用选择

发布时间:2020-12-13 03:26 作者:超凡电竞

  北极星大气网讯:摘要:生活垃圾焚烧发电烟气排放必须满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014),沿海一线城市已要求烟气排放达到欧盟2010 标准,但是部分标杆项目排放指标远远低这两个标准要求。目前,一线发达城市已开始积极应用去除率高、稳定性佳的复杂组合工艺,可以想见,未来的环保产业会朝污染物“零排放”方向发展。

  从“十二五”以来,国家政策法规密集出台,推动国内生活垃圾焚烧发电行业的快速发展。至“十三五”时期,生活垃圾焚烧发电厂的投资建设已迅速扩展至三、四线城市。随着环保关注度的上升、群众生活质量期望的提高以及污染排放总量控制的加强,地方对生活垃圾发电焚烧厂的排放要求趋于严格。目前,生活垃圾焚烧发电厂烟气排放必须满足《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)[1] 要求,沿海一线城市已要求烟气排放达到欧盟2010 标准[2],但是部分标杆项目排放指标远远低于二者要求。近年来,生活垃圾焚烧发电厂后端烟气净化工艺快速发展,针对各种处理需求,烟气净化组合方式日新月异,选择多变,应用迅速。本文对目前主流使用的五种烟气净化组合工艺应用进行对比分析。

  随着指标的提升,新型设备的加入都使组合工艺提到扩充。近几年来,脱酸及脱硝组合工艺在生活垃圾焚烧发电厂大幅度铺开,特别在沿海一线城市,组合工艺的应用十分广泛,为达到高标准的低排放目标,组合工艺在原有基础上再次提升。脱酸工艺一般分为干法、湿法、半干法;脱硝系统一般分为SCR和SNCR;烟气再加热系统一般分为蒸汽换热器(SGH)和烟气换热器(GGH)。本文主要介绍目前常用的5 种生活垃圾焚烧厂烟气净化组合工艺,如表2所示。

  该组合工艺是目前国内生活垃圾焚烧发电厂应用最广泛的、经济性最佳的烟气处理工艺,如图1 所示。根据不同的干法药剂,其可以达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)或欧盟2010标准。

  SNCR(非催化脱硝)系统的化学反应过程是通过在焚烧炉中合适的温度区域喷入还原剂,使氮氧化物还原为氮气和水,在高温区域发生还原反应。常规SNCR 反应效率为33% 左右,设置烟气再循环后,最终脱除效率可达到53% 左右。

  旋转喷雾半干法主要由氢氧化钠制备、吸收剂浆液雾化、雾化浆液和烟气混合等系统组成。然后,经旋转雾化器将石灰浆雾化,使其与烟气中的酸性气体在喷雾塔中充分反应。此工艺后增加干法辅助脱酸工艺,吸收剂为消石灰或碳酸氢钠,喷入袋式除尘器之前的烟道中,进一步吸附烟气中的酸性气体,形成半干法+ 干法的组合工艺,可进一步脱除烟气中的酸性气体。

  干粉喷射所用的吸收剂以熟石灰粉末居多,除此之外,碳酸氢钠也是该工艺良好的吸收剂,其对酸性气体的吸收效果比熟石灰更好。但是,消石灰干粉价格远低于碳酸氢钠药剂,从用量上来说,熟石灰是碳酸氢钠的2 倍。使用消石灰干粉作为干法药剂,可以达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)要求,但较难稳定满足欧盟2010 标准。如果对去除率没有特别高的要求,常规设计优先考虑消石灰干粉。

  湿法工艺脱酸效率高,从目前正常运行的生活垃圾焚烧厂来看,脱酸效率远高于半干法,日常排放指标远低于欧盟标准。但湿法工艺较半干法复杂,辅助工艺多,产物废水量大,相应投资也大。烟气再循环+SNCR+ 干法+ 湿法系统流程如图2所示。

  烟气经省煤器出来后进入减温塔。冷却水由冷却水供应泵送至塔顶的喷嘴,并被压缩空气雾化后喷入塔内与烟气直接接触。经减温塔降温后,烟气从塔底部离开并进入布袋除尘器。干法喷射药剂粉末喷入减温塔与布袋除尘器之间的烟道,使其与烟气中的酸性气体发生中和反应,未反应的粉末和反应生成的盐颗粒随着烟气一起经烟道至袋式除尘器处被拦截下来,部分未反应的粉末附着在布袋上能更进一步中和烟气中的酸性气体。从袋式除尘器出来的烟气进入湿式洗涤塔再次脱酸后通过引风机排空。

  此种组合工艺的复杂点在于脱硫后的湿烟气基本处在饱和状态,极易产生白烟现象,一般都会设置烟气换热系统,降低湿式洗涤塔入口温度的同时合理解决白烟现象。

  与SNCR+ 半干法+ 干法工艺相比,SNCR+ 半干法+ 干法+SCR 工艺增加了SCR 系统,主要适用于对NOx 去除要求高的项目,增加SCR 系统后,NOx 排放值远低于欧盟2010 标准,如图3 所示。

  SCR 系统(选择性催化还原脱硝工艺)的原理是在催化剂的作用下烟气中的NOx 与还原剂进行脱NOx 反应。NH3 将NOx 分解为氮气和水蒸气。SCR 系统脱NOx 效率高,通常能超过60%。

  本组合工艺的重点在于SCR 系统,生活垃圾焚烧厂使用的SCR 系统催化剂一般为中温、低温,中温催化剂一般运行温度为200 ℃左右,低温催化剂运行温度小于180 ℃。催化剂使用时最顾虑的是水蒸气、粉尘、重金属、SOx 中毒。低温催化剂与中温催化剂相比,其优点是使用温度低,蒸汽消耗量小,缺点是对SOx 浓度更加敏感,单价格高,供货来源单一。如何选用经济合理的催化剂及缩短催化剂中毒后的再生周期等是目前制约SCR 系统应用的主要因素。

  上海老港项目就采用SNCR+ 干法+ 湿法+SCR工艺,其特点是脱酸脱硝效率较高,如图4 所示。

  垃圾燃烧后产生的烟气进入余热锅炉, 在850 ~ 1 050 ℃的高温区域内喷入还原剂,去除烟气中的NOx,烟气离开余热锅炉后进入减温塔,在减温塔内被冷却后经烟道进入袋式除尘器,并在除尘器前的烟道中喷入干粉粉末和活性炭。烟气从袋式除尘器出来后通过烟气加热系统1 换热后进入湿式洗涤塔,进一步脱酸变为低温饱和烟气,再经烟气加热系统2被加热,然后进入SCR 脱硝塔进一步脱除NOx,从SCR 塔出来的洁净烟气经引风机加压后进入烟囱,排入大气。

  该套组合工艺烟气加热系统较复杂,需要使用二级GGH+ 一级SGH,由于一级GGH 使用于湿法塔前,烟气中腐蚀性气体浓度高,常规的金属GGH 换热器易被腐蚀损坏,故该部位GGH 一般选用进口聚四氟乙烯材质(PTFE)设备,投资较高,但使用效果佳。

  如图5 所示,SNCR+ 半干法+ 干法+ 湿法+SCR工艺将主流净化工艺都组合在一起,是目前最完整的烟气净化组合工艺,在宁波、深圳、广州都有应用案例,为行业标杆工艺。其总体排放指标远低于欧盟标准。该工艺适用于区域经济条件好、对排放总量有严格要求,或对环保关注度较高、环保要求较严的项目。

  一般来说,半干法+ 干法与干法+ 湿法择一即可,两者脱酸效率有高有低,但三者叠加并不能线性降低污染物指标,故该种组合工艺一般将湿法或干法作为备用工艺,当前端工艺出现故障时可启动后端工艺作为保障达标的措施。同时,根据SCR 催化剂的使用时长、引风机的压损等,湿法塔与SCR 反应器设置位置有不同的组合排列。

  目前,一线发达城市已开始积极应用去除率高、稳定性佳的复杂组合工艺,特别在江浙一带标杆组合工艺已作为新建项目的指标,可以预见未来的环保发展会朝着污染物“零排放”、关键设备国产化、降低投资等方向前进。

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