垃圾焚烧烟气净化工艺研究
文章导读
垃圾焚烧烟气含有大量污染物，处理不当会产生严重的二次污染，因此烟气的净化至关重要。本文综述垃圾焚烧烟气脱硫脱硝除尘工艺，结合前沿最新技术，对垃圾焚烧烟气净化工艺进行分析。
▲ 来源：科学技术创新 作者：林钰泽
人类日常生活中会产生大量生活垃圾，其组分复杂，危害巨大，严重影响了生态环境。垃圾焚烧以可以实现垃圾的减量化、资源化目标的优势已经逐渐取代垃圾填埋的传统方法在我国广泛地应用。垃圾焚烧烟气含有大量污染物，处理不当会产生严重的二次污染，因此烟气的净化至关重要。本文综述垃圾焚烧烟气脱硫脱硝除尘工艺，结合前沿最新技术，对垃圾焚烧烟气净化工艺进行分析。
改革开放后，我国社会经济快速发展，人们生活品质得到了显著提升，同时环保意识也在不断加强。传统垃圾焚烧处置过程中会产生SO2、HCl、NOX、CO等污染气体以及飞灰、重金属和二噁英等污染物质，存在着污染空气的隐患。近年来，环保部门相继出台了一系列法律规定，对SO2等污染物排放进行了更严格的要求。优化烟气脱硫工艺流程，更高效地处理垃圾焚烧烟气中污染物成为环保工作的重中之重。
1 垃圾焚烧烟气净化工艺
1.1 烟气脱酸 (脱硫) 工艺
垃圾焚烧烟气脱酸工艺旨在去除以SO2、HCl为主的酸性气体，现阶段我国烟气脱酸工艺按照有无废水排出分为干法，半干法和湿法三种方式。
干法工艺通过喷射系统喷入石灰粉与反应器内酸性气体反应，再由除尘器捕集生成物从而进行烟气脱酸。该方法操作简单，运行成本低，无废水排出，但效率较低。
半干法工艺是用雾化石灰浆吸收反应器内的酸性气体，再通过反应器捕集。该工艺运行成本较低，占地面积较小，处理效率高，但制浆系统复杂，目前是垃圾焚烧厂较为常用的烟气脱酸处理工艺。
湿法工艺通常采用石灰浆或NaOH溶液对烟气中的酸性气体进行吸收，处理效率高，但存在运行成本高、废水需要处理且易出现结垢问题。目前广泛应用于我国燃煤电厂的脱硫处理。
半干法工艺包括喷雾干燥法(SDBF)和回流式循环流化床法(RCFB)两种。SDBF吸收塔利用雾化器将石灰浆喷入吸收塔内，使之与逆向流入的焚烧烟气充分反应生成CaCl2、CaSO4等，生成物和剩余吸收剂通过布袋除尘器收集再循环利用。
回流式循环流化床法(RCFB)是由德国Wulff公司在烟气循环流化床脱硫工艺(CFB)的基础上研究开发的，包括给料系统、反应器吸收系统、物料循环系统和烟道，反应器内的吸收剂处于流化状态，可以与垃圾焚烧烟气充分接触、反应。随后被除尘器捕集的固体颗粒物随着物料循环系统再次回到吸收反应器继续反应，从而使吸收效率和脱硫剂利用率大大提高。
1.2 烟气除尘工艺
由于生活垃圾焚烧烟气中污染物不同于普通燃煤烟气，其种类更加复杂，而且烟气中污染物排放标准越来越高，电除尘器不仅无法满足脱除有机物(二噁英等)、重金属等的需要，同时它也无法满足对粉尘排放的要求。因此垃圾焚烧厂已基本不再采用电除尘器作为处理装置。
《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》中明确规定生活垃圾焚烧烟气处理宜采用半干法+布袋除尘器。
1.3 烟气脱硝工艺
垃圾焚烧烟气脱硝工艺主要包括选择性非催化还原工艺(SNCR)和选择性催化还原工艺(SCR)，部分新建垃圾焚烧厂选择组合工艺，例如SNCR和SCR联合工艺。我国垃圾焚烧厂多采用SNCR工艺利用尿素进行脱硝处理，但值得一提的是，由于垃圾种类的不同，焚烧产生的有害物质也不大相同，因此低温SCR技术也被广泛用于生活垃圾焚烧厂。
1.3.1 SNCR工艺
该技术在高温无外加催化剂的情况下，将含NH3基的还原物质(氨水、尿素)喷入反应器中和垃圾烟气反应，在850~1100℃的高温炉膛内NOX还原生成水和N2，主要反应为：
SNCR工艺造价低，脱硫效率较低，而且锅炉也会出现腐蚀和结垢的弊端。
1.3.2 SCR工艺
该技术在低温和外加催化剂的条件下，反应器内氨自由基不被O2氧化，而是有选择性的与NOX反应生成水和N2，反应式为：
SCR工艺效率较高，但对催化剂的选取要求高，催化剂直接影响该技术的效率，而且垃圾焚烧烟气中包含一部分有害物质(重金属粉尘、二噁英)，可能会使催化剂降低活性，使脱硝效率大打折扣。
《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014-2020年)》中明确“脱硝可采用低氮燃烧、高效率SCR(选择性催化还原法)脱硝装置等技术”。
1.4 烟气中重金属及二英去除工艺
1.4.1 重金属去除工艺
垃圾焚烧过程中大部分重金属以颗粒物形态存在于烟气中，温度降低时会粘附在飞灰表面，可利用活性炭吸附经由除尘器捕集处置去除，其可通过湿式洗涤塔吸收去除。
1.4.2 二噁英控制及去除工艺
由于垃圾中存在一些特殊的金属和塑料等物质，导致垃圾焚烧烟气中存在二噁英这种污染物，危害性极大且难以彻底去除。我国目前采用活性炭吸附法，将其喷入反应器和除尘器中间，与烟气充分混合从而吸附大量的二噁英和重金属颗粒，再通过除尘器进行捕集。
国际上通用方式是将垃圾焚烧温度控制在850℃以上，保证烟气停留2秒以上，则可避免二噁英生成，同时缩短烟气在300℃~500℃停留的时间，控制除尘器入口温度低于200℃，防止二噁英再次合成以及防止过高温度损害布袋除尘器。
2 垃圾焚烧厂烟气净化工艺实例
上海江桥生活垃圾焚烧厂采用的是“SNCR(尿素)+干法+布袋除尘器+湿式洗涤塔”工艺，同时在布袋除尘器前喷射消石灰和活性炭处理烟气，扩能工程更是在除尘器后添加湿式除酸系统，干法+湿法工艺可使HCl、SO2去除率分别99%和97%。
大连开发区大顶山垃圾焚烧厂采用“SNCR(尿素)+半干法+干法(碳酸氢钠)+活性炭喷射+布袋除尘器”工艺，吸收剂为石灰浆，碳酸氢钠备用，处理后烟气指标远远领先于国家标准。
江苏省南通市海安县垃圾焚烧发电厂采用“SNCR(尿素)+半干法+干法(碳酸氢钠)+活性炭喷射+袋式除尘器+SCR”工艺，运用低温SCR技术，以TiO2作为催化剂载体，使各项污染物均能达到《欧洲联盟环境标准体系2000》的要求。
目前我国垃圾焚烧厂主要采用“SNCR+半干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘器”工艺进行烟气处理，能够满足国家现行的烟气中污染物排放标准。由上面实例可知，干法脱酸脱除效率不高已渐渐被淘汰，且单一脱酸方法也逐渐被多种联合工艺所取代，污染物排放要求越来越高，垃圾焚烧烟气净化工艺日渐成熟。
3 结论
半干法脱硫和SNCR工艺具有重要现实作用，可以带来很高的经济效益，提高脱硫脱硝除尘设备运行效率，缩短烟气净化时间，有效减少垃圾焚烧厂二氧化硫等污染物的排放量，同时也要在已有的烟气净化系统工艺上进行创新，我国垃圾焚烧烟气污染物排放也可达到更高更好要求。
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