垃圾焚烧烟气处理工艺的相关研究
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摘 要：垃圾焚烧过程中将产生大量烟气，烟气如未经妥善处理排入大气将对周边环境造成恶劣影响。为了最大程度减少垃圾焚烧厂对周边环境的影响，工程技术人员不断完善烟气处理技术。文章主要介绍了国内垃圾焚烧厂采用的主流烟气处理工艺和相关研究进展。
关键词：垃圾焚烧;烟气处理技术;研究进展
中图分类号：TM619 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）25-0109-02
Abstract： A large amount of flue gas will be produced in the process of municipal solid waste incineration. If the flue gas is not properly treated and discharged into the atmosphere， it will have a bad impact on the surrounding environment. In order to minimize the impact of the waste incineration plant on the surrounding environment， engineers and technicians continue to improve the flue gas treatment technology. This paper mainly introduces the mainstream flue gas treatment technology and related research progress adopted by domestic municipal solid waste incineration plants.
Keywords： municipal solid waste incineration; flue gas treatment technology; research progress
我国人口基数庞大，据统计全国672个城市每年城市垃圾产生量已大于2亿吨。据测算2017年我国生活垃圾产生量超过4亿吨[1]。
以焚烧的方式处理生活垃圾由于具有减量化、资源化、无害化的优点在我国得到广泛应用。垃圾焚烧烟气处理作为垃圾焚烧厂的重中之重一直受到工程技术人员及监管人员的重视，相关技术不断发展、进步。
1 烟气处理工艺的应用现状
截止至2019年3月，国内建成垃圾焚烧厂418座，另有167座在建垃圾焚烧厂，生活垃圾焚烧处理率已经超过35%。烟气处理方面基本采用了半干法+干法脱酸、布袋除尘器除尘、活性炭吸附、SNCR脱硝相结合的工艺。
欧美日等发达国家在焚烧处理垃圾过程中，采取了更为严格烟氣排放标准，进一步减少环境影响。我国相关企业焚烧处理生活垃圾时，需要借鉴国外先进的技术及经验，对现有垃圾焚烧烟气处理工艺进行创新及优化。当前，我国在垃圾焚烧烟气处理方面相对成熟，湿法脱酸工艺、SCR脱硝、PNCR脱硝层出不穷。但还需要进一步加强对相关技术的重视程度，结合工程项目的实际需求，探索出一条新型的垃圾焚烧烟气处理技术，最大程度保护生态环境。
2 垃圾焚烧烟气处理技术分析
目前垃圾焚烧厂采用的烟气处理工艺主要分为脱酸工艺、除尘工艺、脱硝工艺、吸附工艺四个部分。
2.1 脱酸工艺
垃圾焚烧厂采用的烟气处理工艺分为干法脱酸、半干法脱酸和湿法脱酸三种方式。
国内垃圾焚烧厂主要采用半干法脱酸工艺进行脱酸。即在脱酸塔内将提前制备好的石灰浆利用高速旋转的旋转雾化器，将石灰浆分散为细小颗粒分布于脱酸塔内。石灰浆微粒与高温烟气中的酸性气体进行中和反应。石灰浆微粒在高温气体中一边蒸发，提升烟气湿度;另一边微粒在蒸发过程中水膜吸收烟气中的酸性气体，形成钙盐。半干法还有另一种由中国恩菲工程技术有限公司引进的NID工艺，该工艺先将石灰粉加水增湿，然后将湿石灰粉均匀的加入脱酸塔，石灰粉在脱酸塔内循环流动。上述两种工艺中加入的石灰浆和减温水在脱酸塔内基本干燥，排出的产物均为干燥的固体颗粒。
在使用半干法脱酸工艺的同时，一般还会采用干法脱酸作为辅助工艺，在半干法故障时使用干法脱酸工艺进行脱酸。干法脱酸主要是利用碳酸氢钠或氢氧化钙等物质吸收烟气中的酸性气体。以碳酸氢钠作为脱酸剂时干法脱酸不差于半干法脱酸的脱酸效率，但运行费用高昂;当脱酸剂为氢氧化钙时，脱酸效率降低明显。
需要注意的是，如果干法脱酸属于备用工艺且脱酸剂为氢氧化钙，在使用干法脱酸时需要注意运行温度保持在155℃左右，同时尽量控制负荷，降低除尘布袋的过滤速度，延长反应时间，有利于提升烟气排放指标;而以碳酸氢钠为脱酸剂时则需要将反应温度提升至190℃，只有在190℃碳酸氢钠粉末才能更快分解为多孔状态碳酸钠颗粒，更好吸收烟气中的酸性气体。
湿法脱酸是指在脱酸塔内大量喷入减温水使酸性气体与减温水大量接触并与脱酸剂反应。其与半干法最大的区别在于脱酸塔内喷淋大量减温水，并且减温水不能被完全蒸发，产物为膏状石膏。
2.2 除尘工艺
除尘工艺在垃圾焚烧烟气处理工艺中，主要为了截留在垃圾焚烧中所产生的颗粒物，目前垃圾焚烧厂焚烧烟气采用除尘技术有袋式除尘器和电除尘器。
袋式除尘器主要利用过滤原理对烟气中的颗粒物进行去除。该工艺采用除尘布袋对烟气中的飞灰及喷入的活性炭进行全方位的过滤，再由脉冲吹灰系统对附着于布袋外表面的飞灰进行剥离，飞灰落于灰斗通过吹灰或刮板机等除灰系统进行收集。实际工程中除尘效率可达到99.9%以上。袋式除尘器的除尘布袋一次性成本投入高，但除尘布袋可以利用除尘袋表面停留的飞灰协助截留烟气中的重金属、二噁英，有较好的吸附效果。因此袋式除尘器在垃圾焚烧厂得到了广泛运用，是首选的除尘技术。 电除尘器的工作原理是利用高压直流阴极线和接地阳极板之间形成高压电场，由于阴极发生电晕放电、气体被电离。此时带负电的气体离子在电场作用下向阳极板运动，与颗粒物碰撞使之带电，则颗粒物也带电向阳极运动。直至到达阳极放出电子，颗粒物沉积于阳极板，烟气得到净化。电除尘器的除尘效果相对较好，除尘效率可以超过99%，操作流程相对简易，无污染染。电除尘器虽然成本投入相对较低，但运行费用高，最关键的缺点在于不能协助过滤烟气中的重金属、二噁英。目前国内的生活垃圾焚烧厂没有单纯使用电除尘器的先例，极少数使用电袋除尘器。
2.3 脱硝工艺
脱硝工艺是指利用脱硝剂将烟气处理中的氮氧化物还原为氮气或者利用特殊的燃烧工艺避免氮氧化物的产生。目前国内垃圾焚烧厂主要采用SNCR、SCR及低氮燃烧三种工艺。
其中SNCR（选择性非催化还原）是将还原剂（氨水、尿素）喷入炉膛内，由于没有催化剂，反应温度高，还原剂喷入区域的温度要求850至1100℃区间。在高温条件下将氮氧化物进行还原为氮气和水[2-3]。该工艺运行稳定、费用相对低廉，但脱硝效率较低，上限为40%。一般认为第一烟道下部设置喷枪对一氧化氮脱除效果较好[4]。
SCR（选择性催化还原）是利用还原剂在使用催化剂条件下将烟气中的氮氧化物还原为氮气。相对于SNCR工艺，SCR工艺相对复杂但脱硝效率极高，最高可达到90%以上。根据催化剂活性的不同，运行温度从180℃至400℃均有分布。随着各地对垃圾焚烧厂烟气排放指标不断提升，SCR工艺成为了更多垃圾焚烧厂的选择，但重金属导致的催化剂中毒及硫酸氢铵堵塞的问题迫使催化剂不得不布置于除尘器后方。由此带来的烟气再热、升温问题使得低温催化剂应用案例明显提升。使用低温催化剂时需注意，低于230℃时硫酸氢铵堵塞问题将逐渐突出，运行中需要严格控制脱酸工艺的运行指标。
低氮燃烧工艺指通过对燃烧器布风进行优化，同时结合温度场工艺，避免焚烧炉火焰中心温度超过临界点，从而减少最多约30%的热力型氮氧化物的产生[5]。部分垃圾焚烧厂采用烟气再循环工艺，将除尘器出口烟气通过焚烧炉二次风喷口重新喷入焚烧炉，从而降低烟气氧含量、延长燃烧过程，减少热力型氮氧化物的产生。
2.4 吸附工艺
吸附工艺是指将活性炭喷入烟气中，吸附烟气中重金属、二噁英的工艺。其过程的是将活性炭喷入除尘器前方烟道内，利用吸附剂将烟气中的重金属、二噁英进行吸附，保证排放的烟气中二噁英浓度达标。
3 技术研究进展
湿法脱酸开始得到应用。目前个别垃圾焚烧厂在烟气处理工艺中使用了湿法脱酸，并且酸性气体的排放效果也优于半干法脱酸工艺，但是在实际使用的过程中也体现出不足之处。例如湿法脱酸工艺一般位于烟气处理工艺的末端，入口需要布置GGH及SGH对烟气进行升温，能耗高。同时湿法脱酸产生的废水含有二噁英，处置难度较大。废水只能作为石灰浆制备使用，工艺相对复杂。排气中含有的微小雾滴对二噁英采样、检测产生一定的干扰。
活性炭计量方式逐渐精细化。以往工艺中多条焚烧线公用一个活性炭计量系统的情况比比皆是。一旦出现二噁英检测异常的情况为后续的工况分析带来巨大不确定性。目前工艺中更注重单条焚烧线拥有独立的活性炭计量系統，用以保证活性炭足量投加。
脱硝工艺得到进一步发展。除目前主流的SNCR工艺、SCR工艺、低氮燃烧工艺外，出现有PNCR工艺（高分子脱硝剂工艺）。该工艺将含有氨基成分的高分子脱硝剂直接喷入炉膛内，其反应的窗口温度与SNCR工艺基本一致。与SCR工艺、SNCR工艺的区别在于：（1）SNCR工艺喷入炉膛内的还原剂为液体，PNCR工艺喷入炉膛的为粉末状固体;（2）SNCR工艺脱硝效率为40%左右，PNCR可达到80%以上，基本达到SCR工艺水平;（3）PNCR工艺无需催化剂，无需处理废催化剂;（4）对于SCR工艺无需布置SGH、GGH等再热器;（5）占地面积较SCR工艺小，与SNCR工艺基本一致。
4 结束语
国内垃圾焚烧烟气处理工艺基本统一，局部的细微变化对烟气指标改善不是非常明显。对于垃圾焚烧厂的烟气处理工艺而言，新材料、新工艺的将带来新的变化。
参考文献：
[1]方涛.垃圾焚烧发电烟气处理技术的探讨[J].华东科技，2018（5）：354-355.
[2]梁增英.城市生活垃圾焚烧炉SNCR脱硝技术研究[D].广州：华南理工大学，2011
[3]李茂东，杨波，王晓聪，等.SNCR还原剂对垃圾焚烧炉热效率的影响[D].广东电力，2016，29（5）：1-7.
[4]陈志刚，黄巧贤，杨波，等.城市垃圾焚烧炉SNCR脱硝系统优化[J].广东电力，2016（11）：12-17.
[5]綦振华.燃烧型氮氧化物生成、控制途径及技术浅谈[J].科技向导，2012（23）：304.
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