上海瀚昱低溫脫硝協(xié)同脫二惡英技術(shù)在垃圾焚燒煙氣中的運用

大氣網(wǎng)訊:一、前言

我國城市化速度地持續(xù)加快，城鎮(zhèn)人口數(shù)量快速增長，城市垃圾產(chǎn)生量越來越大，由此帶來的環(huán)境污染也越來越嚴重。目前比較普遍的垃圾處理方式有填埋、焚燒發(fā)電和綜合利用，其中，填埋處理方式因需占用大量的填埋場地以及垃圾發(fā)酵所產(chǎn)生的空氣污染問題而逐漸被限制使用。垃圾焚燒處理的優(yōu)點是減量效果好，焚燒后的垃圾體積減少約90%，重量減少約80%，并且可以有效利用焚燒熱量供熱或直接發(fā)電，從而使垃圾成為新的資源，實現(xiàn)垃圾的二次利用，同時也實現(xiàn)了垃圾減量化、無害化和資源化，故其社會價值與經(jīng)濟價值都較高。但是，垃圾在焚燒發(fā)電的同時也排放出相當多的有害氣體。

為了滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準GB 18485-2014》及《生活垃圾焚燒發(fā)電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)應用管理規(guī)定》要求，降低污染物排放，減少霧霾天氣，還國民一個藍天，業(yè)界提出了“藍色焚燒”、“綠色發(fā)展”概念，并倡議盡快建造面向未來的“藍色”垃圾焚燒廠。宏偉藍圖為：藍色焚燒廠達到最嚴格的煙氣排放標準，污水零排放，污染排放指標公眾可實時查詢。為早日實施“藍色焚燒”、“綠色發(fā)展”的美好藍圖，有必要投入足夠的人力、物力研發(fā)出藍色垃圾焚燒的“近零”超凈排放治理的系列技術(shù)，勇于創(chuàng)新，不拘泥于傳統(tǒng)技術(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)可信、可靠、實用的突破性高新技術(shù)應毫不猶豫地加以推廣，并盡早付諸實施。

二、垃圾焚燒煙氣特點及治理技術(shù)分析

2.1 煙氣特點

垃圾焚燒煙氣有其特殊性，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）煙氣量較小、煙溫較低

垃圾焚燒鍋爐排放的煙氣量相對較小，1臺處理生活垃圾750 t/d的焚燒爐，煙氣排放量通常在150000 Nm3/h左右。通常垃圾的熱值較低，焚燒溫度偏低，所以總體煙溫較低，適合于布置SCR反應器的部位煙溫為150~160℃。

（2）HCl濃度較高

垃圾焚燒煙氣中HCl濃度最高時可達1000 mg/Nm3左右，SO2的濃度根據(jù)燃燒的垃圾種類不同有所差異，一般在500 mg/Nm3左右。

（3）煙氣含水量較高

生活垃圾通常含有一定比例的廚余濕垃圾，雖然經(jīng)過儲料倉干燥，但仍然有較高的含水率，其水分進入鍋爐燃燒后增加了煙氣的含水率。因此，垃圾焚燒煙氣的水分含量通常在20%~30%范圍。

（4）煙氣成分復雜

由于垃圾的來源非常復雜，且不太可控，所以，焚燒產(chǎn)生的煙氣成分也相當復雜。除了酸性氣體（HCl、SOx、NOx、HF、H2S等）外，還有重金屬（Hg、Pb、Cd等）、有機毒性污染物質(zhì)（二噁英、呋喃PCDDs/Fs）等。焚燒后的粉塵顆粒物主要由SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、Fe2O3、CuO、Cr2O3、NiO、C等組成。

2.2 各種脫硝技術(shù)分析

（1）SNCR脫硝技術(shù)

SNCR技術(shù)需要在煙溫850~1200℃條件下，直接通過氨氣與氮氧化物反應生成氮氣與水。該方法設(shè)備簡單、投資較省，但脫硝效率低，約為40%~60%，且氨逃逸高（可超過10 ppm）是其致命缺陷。隨著垃圾焚燒煙氣排放標準的提高，NOx排放濃度基本上都要求≤80 mg/Nm3，有的甚至要求≤50 mg/Nm3。所以，單靠SNCR脫硝已無法滿足要求，必須與SCR脫硝技術(shù)聯(lián)合使用才行。

（2）中高溫SCR脫硝技術(shù)

SCR技術(shù)具有脫硝效率高、穩(wěn)定性好、運行可靠及氨逃逸率低等優(yōu)點，但由于垃圾焚燒爐的結(jié)構(gòu)特點及煙氣含有的Na、K、Ca、Mg、Hg、Pb、Cd等元素與酸性成分，易使催化劑中毒，影響其使用壽命，所以，SCR系統(tǒng)宜放在脫硫塔和除塵器之后。中高溫SCR催化劑的適用溫度為300~420℃，需將除塵器后的煙氣從150~160℃加熱至300℃以上，這需要消耗大量蒸汽，因而影響發(fā)電量，運行成本極高。因此，中高溫（300~420℃）或中溫（200~300℃）SCR脫硝雖然可行，但技術(shù)落后，設(shè)備龐大復雜，占地面積大，屬于典型的“耗能減排”，不宜推廣。

（3）低溫SCR脫硝技術(shù)

除塵器出口煙溫一般為150℃~160℃，為避免“耗能”問題，直接采取150℃的低溫SCR脫硝技術(shù)是較為科學合理的選擇。這樣既節(jié)約能耗與蒸汽損耗，工況煙氣體積較小，又無需安裝SGH加熱器及GGH換熱器，設(shè)備簡潔，節(jié)省了建設(shè)投資成本。

三、低溫SCR脫硝技術(shù)特點與優(yōu)勢

3.1 低溫SCR脫硝技術(shù)優(yōu)勢

以750 t/d的垃圾焚燒爐為例，通過熱交換和加熱系統(tǒng)，將煙氣從150℃加熱至300℃，所需的過熱蒸汽量約為10 t/h，按一年運行300天計算，所消耗的過熱蒸汽量為72000噸，通常一噸蒸汽能發(fā)電200~300度，按上網(wǎng)電價0.6元/度計算，則因加熱煙氣耗費的發(fā)電量損失達到1800萬度電，直接經(jīng)濟損失1080萬元。如此高昂的“耗能減排”運行成本是完全不符合國家“節(jié)能減排”宗旨的。

所以，垃圾焚燒發(fā)電廠的脫硝出路在于“150℃低溫脫硝技術(shù)”，150℃低溫脫硝技術(shù)的關(guān)鍵在于催化劑。只有150℃低溫脫硝技術(shù)才能徹底避免加熱器、換熱器及蒸汽消耗，運行成本才為最低。而如果采用中溫或中低溫脫硝（180~230℃），則仍然需要配置加熱器和換熱器，仍然存在較大的蒸汽耗費問題，發(fā)電量損失與經(jīng)濟損失仍較大，運行成本仍較高。

上海瀚昱環(huán)保材料有限公司技術(shù)團隊經(jīng)過十多年的持續(xù)研究，得到新型高效的抗中毒低溫SCR催化劑配方及其工藝技術(shù)，將低溫催化劑的工作溫度成功地拓寬到150~300℃，同時具備120~150℃穩(wěn)定高效運行的能力，效率達到90%~99%，確保出口NOx排放＜50 mg/Nm3，并已在諸多領(lǐng)域取得很好的業(yè)績，得到了廣泛認可。

3.2 “SNCR+低溫脫硝+脫二惡英”技術(shù)經(jīng)濟性優(yōu)勢

低溫SCR和SNCR各有優(yōu)點，將兩個技術(shù)聯(lián)合使用，具有更好的性價比和更高的經(jīng)濟效益。低溫SCR可以彌補SNCR的缺陷，在投資成本和脫硝效率間找到最優(yōu)化的平衡。通過合理的設(shè)計，爐膛內(nèi)的SNCR能脫除40%~60%的NOx，以減小低溫SCR的脫硝負擔，合理分配前后段的NOx脫除比例，從而，低溫催化劑用量及反應器都將變小，投資成本得以降低。同時，后端的SCR系統(tǒng)可以將前端的SNCR系統(tǒng)過量噴的氨充分利用，確保氨逃逸不超標。與單獨使用SCR技術(shù)相比，SNCR+SCR協(xié)同脫硝技術(shù)具有投資費用省，運行成本低，脫硝效率高，氨逃逸不超標（＜3 ppm）等優(yōu)點。

還可以在低溫SCR反應器中布置脫二惡英功能區(qū)，一塔兩用，脫硝與脫二惡英協(xié)同處理。對于原始二惡英濃度不是特別高的情況，可以直接利用“多功能低溫催化劑”直接將NOx與二惡英同時脫除，一塔兩功能。這種協(xié)同處理方式，技術(shù)先進，可以最大程度節(jié)約投資成本與運行成本，減少場地，節(jié)約脫二惡英耗費的活性炭，一舉多得。

表1為750 t/d垃圾焚燒爐分別采用“SNCR+中高溫脫硝（300-420℃）”、“SNCR+中低溫脫硝（180~300℃）”、“SNCR+低溫脫硝（150~160℃）”三種脫硝技術(shù)的經(jīng)濟性對比分析數(shù)據(jù)。可以看出，垃圾焚燒發(fā)電廠采用“SNCR+低溫SCR”聯(lián)合脫硝技術(shù)的年運行成本為135萬元，分別為“SNCR+中高溫脫硝”年運行成本1240萬元和“SNCR+中低溫脫硝”年運行成本713萬元的10.89%和18.93%，而建設(shè)投資僅為“SNCR+中高溫脫硝”和“SNCR+中低溫脫硝”的30-40%。因此，無論從脫硝效率，還是從建設(shè)成本、運行成本、占用場地等方面考慮，“SNCR+低溫脫硝（150~160℃）”都是最佳選擇，也必將成為垃圾焚燒行業(yè)NOx超低排放技術(shù)的發(fā)展方向。

表1 750 t/d垃圾焚燒爐脫硝技術(shù)的經(jīng)濟性對比分析

四、SNCR+低溫脫硝的應用案例

（1）項目概況

本項目為某垃圾焚燒發(fā)電公司一條400t/d垃圾焚燒線的SCR脫硝項目，煙氣處理流程為：SNCR爐內(nèi)脫硝+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+SCR。因該垃圾焚燒廠之前所用的為國外進口品牌的催化劑，原催化劑運行溫度要求為230℃，實際運行溫度約為242℃，為滿足該進口催化劑的溫度要求，增設(shè)了GGH和SGH裝置。

原SCR脫硝系統(tǒng)煙氣處理流程為：引風機→GGH→SGH→噴氨格柵→SCR反應器→GGH→增壓風機→煙囪。SCR反應器前采用煙氣-煙氣換熱器（GGH）+蒸汽-煙氣加熱器(SGH)對煙氣進行升溫，煙氣溫度約150℃進入GGH，GGH的吸熱側(cè)煙氣出口溫度升至約195℃，其余溫差經(jīng)由SGH加熱器補充，最終將煙氣加熱至約230~245℃后進入SCR反應器。SCR出口煙氣進入GGH放熱側(cè)，回收利用煙氣余熱，最后經(jīng)過增壓風機進入煙囪排放，排煙溫度約175℃，整個運行過程中蒸汽耗量為3.8 t/h左右。

（2）低溫脫硝運行效果

本項目由于受原SCR系統(tǒng)及引風機系統(tǒng)的容量及能力限制，無法實現(xiàn)真正的150℃低溫脫硝，但通過安裝使用上海瀚昱的低溫催化劑后，仍然可以顯著降低催化劑運行反應溫度，明顯減少加熱蒸汽的用量。項目投運后，全部達到超低排放要求。

由表2數(shù)據(jù)可以看出，SNCR系統(tǒng)開啟后，SCR系統(tǒng)前端的NOx均值為258~277mg/m3，煙氣通過SCR系統(tǒng)后，脫硝效果十分顯著，平均效率達到92.1%，滿足尾端NOx＜50mg/m3的超低排放要求。

表2 SCR系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)（SNCR系統(tǒng)開啟）

為進一步驗證SCR催化劑的能力，業(yè)主方停用SNCR系統(tǒng)，結(jié)果如表3所示。由表3數(shù)據(jù)可知，即使SNCR系統(tǒng)關(guān)閉，瀚昱的低溫SCR脫硝催化劑仍滿足NOx＜50mg/m3的超低排放要求。

表3 SCR系統(tǒng)性能檢測數(shù)據(jù)（SNCR系統(tǒng)關(guān)閉后）

在SCR系統(tǒng)運行4個月后，為解決蒸汽耗量高的問題，上海瀚昱將該SCR系統(tǒng)的脫硝溫度進一步降低，但由于原引風機的裕量不夠，以及壓降問題、設(shè)備漏風問題等，只允許將溫度降到195℃左右，即便如此，也大大降低了蒸汽耗量，帶來的經(jīng)濟效益相當顯著。如表4所示，當煙氣溫度降低到190℃左右時，瀚昱低溫SCR催化劑脫硝效率能完全滿足超低排放要求，而蒸汽耗量從原來的3.8t/h降到了1.7t/h，下降幅度超過50%，大大降低運行成本。按一年運行330天計算，該400t/d垃圾焚燒爐每年可以節(jié)約蒸汽量：2.1t/h*24h*330d=16632 t/y；按每噸蒸汽發(fā)電200~300度（取250度），上網(wǎng)電價0.6元/度，直接經(jīng)濟效益為249.48萬元。

表4 SCR系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)（煙溫降低后）

五、總結(jié)與建議

通過對垃圾焚燒爐各種脫硝技術(shù)的對比分析，并輔以實際的工程經(jīng)驗，可以得出結(jié)論：低溫SCR脫硝技術(shù)應該最符合垃圾焚燒爐煙氣特點并能給業(yè)主方帶來切實的經(jīng)濟效益；SNCR技術(shù)只能作為輔助手段，可以采用SNCR和低溫SCR兩種工藝聯(lián)合的方式來降低初期投資成本；特別是“SNCR+低溫SCR+脫二惡英”的協(xié)同治理技術(shù)能最大程度降低運行成本，具有很高的應用價值與廣闊的推廣前景。作為低溫SCR技術(shù)的關(guān)鍵，上海瀚昱所提供的低溫SCR脫硝催化劑被證明在垃圾焚燒中有著優(yōu)異的脫硝表現(xiàn)，能進一步降低原中溫SCR系統(tǒng)的運行溫度，減少業(yè)主方的能耗損失，達到真正的“節(jié)能減排”目的，為我國的環(huán)保事業(yè)添磚加瓦。

目前可能垃圾焚燒行業(yè)為蓬勃發(fā)展期，可享受國家與地方政府的各種優(yōu)惠政策，所以，整體效益較好，不會特別計較加熱煙氣所用的蒸汽能耗及發(fā)電量損失問題，但如果將來優(yōu)惠政策減少或取消，垃圾焚燒企業(yè)就必須認真對待能耗問題與運行成本問題，否則企業(yè)的利潤將無法得到保障。

原標題:上海瀚昱低溫脫硝協(xié)同脫二惡英技術(shù)