生活垃圾焚燒煙氣凈化工藝演變、選擇與分析

來源：《CE碳科技》微信公眾號(hào)

作者：蹇瑞歡

為了防止生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣帶來二次污染，煙氣必須通過凈化達(dá)標(biāo)后才允許高空排放。

本文為煙氣凈化工藝第二篇，在對(duì)生活垃圾焚燒煙氣排放指標(biāo)、工藝演變及發(fā)展方向等內(nèi)容分析的基礎(chǔ)上，介紹了一種新型“雙布袋”煙氣凈化工藝，以供選擇及與研究煙氣凈化工藝人士交流。

一、引言

生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣含有多種污染物，主要污染物有：顆粒物；酸性氣體，如HCl、SOx、HF、NOx等；重金屬，如汞、鎘、鉛等；二噁英類物質(zhì)，上述污染物的原始濃度受到生活垃圾成分、燃燒工況等因素的影響。

煙氣凈化系統(tǒng)的功能就是去除生活垃圾焚燒煙氣中含有的多種污染物，使最終對(duì)大氣環(huán)境排放的煙氣成分達(dá)到項(xiàng)目所允許的排放標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)生活垃圾的清潔焚燒。生活垃圾焚燒工程的煙氣是否達(dá)標(biāo)排放是衡量該工程是否合格的一個(gè)最基本指標(biāo)，同時(shí)也是重要的指標(biāo)之一。

本文為煙氣凈化工藝第二篇（詳見上篇：生活垃圾焚燒煙氣處理四大工藝大比拼），在對(duì)生活垃圾焚燒煙氣排放指標(biāo)、工藝演變及發(fā)展方向等內(nèi)容分析的基礎(chǔ)上，介紹了一種新型“雙布袋”煙氣凈化工藝，以供選擇及與研究煙氣凈化工藝人士交流。

二、生活垃圾焚燒煙氣排放指標(biāo)的確定原則

為了防止生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣帶來二次污染，煙氣必須通過凈化達(dá)標(biāo)后才允許高空排放，因此人們十分關(guān)注生活垃圾焚燒煙氣排放指標(biāo)的確定。在確定煙氣排放指標(biāo)時(shí)，應(yīng)做到實(shí)事求是、科學(xué)、客觀，杜絕跟風(fēng)以及盲目攀比。

《生活垃圾清潔焚燒指南》中指出，制定煙氣污染物排放指標(biāo)的基本原則是以《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485為底線，以本省的規(guī)定和環(huán)評(píng)批復(fù)指標(biāo)為依據(jù)，制定有適宜冗余度，確保達(dá)標(biāo)排放的廠級(jí)控制指標(biāo)的三道線原則。目的是充分考慮各種情況，將煙氣排放對(duì)廠址所在區(qū)域大氣環(huán)境的影響減小到最少。

由此可以看出：（1）《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18485為最低標(biāo)準(zhǔn)，所有的生活垃圾焚燒項(xiàng)目均要滿足此標(biāo)準(zhǔn)；（2）地方標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)評(píng)批復(fù)指標(biāo)是確定煙氣排放指標(biāo)的最重要依據(jù)；（3）可以考慮適宜的裕量；（4）應(yīng)綜合考慮多方面（如技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等）的因素；（5）煙氣排放指標(biāo)必須確保長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)到。

三、生活垃圾焚燒煙氣凈化工藝的演變及其分析

伴隨生活垃圾焚燒工程的成長(zhǎng)，基于煙氣排放指標(biāo)的不斷提升，煙氣凈化工藝經(jīng)歷了從初級(jí)向高級(jí)的發(fā)展演變。生活垃圾焚燒煙氣凈化工藝的演變主要經(jīng)歷了三個(gè)階段（如圖一所示）。

圖一：垃圾焚燒煙氣凈化工藝的演變

生活垃圾焚燒行業(yè)初期，行業(yè)整體處于謹(jǐn)慎發(fā)展階段，項(xiàng)目數(shù)量較少，工程經(jīng)驗(yàn)與運(yùn)行數(shù)據(jù)較欠缺，煙氣排放指標(biāo)大多滿足GB18485－2001即可。

氮氧化物排放濃度主要通過燃燒控制，煙氣凈化系統(tǒng)也無需配置脫氮工藝，此階段采用的典型工藝是“半干法（或干法或循環(huán)流化法）＋活性碳吸附＋布袋除塵”，工藝簡(jiǎn)單，建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本較低，同時(shí)能夠滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，這為生活垃圾焚燒行業(yè)初期成長(zhǎng)奠定了基礎(chǔ)。隨著煙氣排放指標(biāo)的不斷提升，此工藝逐步被淘汰。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及全社會(huì)對(duì)環(huán)保的重視，生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)也隨之升級(jí)：新建生活垃圾焚燒項(xiàng)目自2014年7月1日?qǐng)?zhí)行GB18485－2014，GB18485－2001自2016年1月1日廢止。相比GB18485－2001，GB18485－2014中煙氣各項(xiàng)污染物排放指標(biāo)均有明顯提升，尤其是顆粒物、SOx、氮氧化物、二噁英類四類污染物，詳見圖二。

圖二：GB18485－2001與GB18485－2014部分指標(biāo)對(duì)比

為了滿足升級(jí)后的煙氣排放指標(biāo)，針對(duì)性地增加了SNCR脫氮工藝和一級(jí)脫酸工藝，因此中級(jí)階段采用的典型煙氣凈化工藝為“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除塵”。

對(duì)于顆粒物、重金屬與二噁英類，盡管同樣采用“活性炭吸附＋布袋除塵”的工藝，但活性炭噴射量、布袋除塵器的過濾面積、過濾風(fēng)速均會(huì)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際要求做出相應(yīng)調(diào)整。

由于此工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，得到了廣泛應(yīng)用。部分項(xiàng)目由于氮氧化物的排放指標(biāo)嚴(yán)格，還會(huì)在此工藝基礎(chǔ)上增加SCR。目前從全國范圍來看，“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除塵”和“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除塵＋SCR”應(yīng)用案例較廣泛。

近些年來，生活垃圾焚燒工程的建設(shè)質(zhì)量上進(jìn)一步提升，多地都涌現(xiàn)了焚燒規(guī)模大、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)十分嚴(yán)格的代表性工程。在這些代表性工程中，煙氣污染物在滿足GB18485－2014與歐盟2010的基礎(chǔ)上又提出更高要求：如氮氧化物達(dá)到75mg／Nm3、粉塵達(dá)到5mg／Nm3、HCl達(dá)到5mg／Nm3等，因此典型的高級(jí)階段煙氣凈化工藝“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除塵＋SCR＋濕法”隨之產(chǎn)生。

這個(gè)工藝是在中級(jí)階段煙氣凈化工藝基礎(chǔ)上增加了SCR工藝和濕法工藝。SCR工藝保證了氮氧化物的深度去除，濕法工藝則更為全面，對(duì)酸性氣體、顆粒物、重金屬與二噁英類均有深度去除的能力，因此實(shí)現(xiàn)了目前煙氣排放的最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。

此工藝在上海、廣州、寧波等城市均有應(yīng)用實(shí)例，但總體占比較小，也不具備全面推廣的條件與必要。

從上述煙氣凈化工藝的演變過程來看，煙氣凈化工藝在不斷增加工藝段，其目的就是為了滿足日益嚴(yán)格的煙氣排放指標(biāo)，顯然煙氣凈化工藝的演變具有一定的合理性與必然性。

從不同階段煙氣凈化工藝間的差異可以看出，每一階段的典型工藝都是在上一階段的典型工藝基礎(chǔ)再增加部分工藝段，這種不斷簡(jiǎn)單累加工藝的做法還是存在不足之處。下面以高級(jí)階段典型煙氣凈化工藝“SNCR＋半干法＋干法＋活性碳吸附＋布袋除塵＋SCR＋濕法”為例展開分析。

第一、關(guān)于酸性氣體的去除。此工藝同時(shí)采用了三種脫酸工藝，這顯然過分冗余，采用兩級(jí)脫酸工藝：“半干法＋濕法”或者“干法＋濕法”完全可以滿足酸性氣體排放的最嚴(yán)格要求。

過分冗余的工藝配置，對(duì)于人民群眾而言，確實(shí)能起到安撫作用，有利于項(xiàng)目前期工作的推進(jìn)；另外，對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營(yíng)主體而言，采用過分冗余的“半干法＋干法＋濕法”工藝，也存在著在實(shí)際運(yùn)行中旁路掉“濕法”工藝以大大減少運(yùn)營(yíng)成本的可能。但作為從業(yè)的工程技術(shù)人員而言，上述兩個(gè)“優(yōu)勢(shì)”有悖于科學(xué)、客觀選擇工藝的原則。從工藝性能、建設(shè)投資與運(yùn)營(yíng)維護(hù)綜合考慮，筆者更傾向于選擇“干法＋濕法”。

第二、關(guān)于節(jié)水、節(jié)能。此工藝接收鍋爐出口的煙氣溫度約190℃，煙氣通過蒸發(fā)的方式冷卻至約150℃進(jìn)入布袋除塵器；在后續(xù)的SCR工藝段中，煙氣需要加熱到SCR催化劑反應(yīng)溫度（190℃或者更高）再進(jìn)入到SCR反應(yīng)塔；后續(xù)從濕法洗滌塔出來的煙氣溫度又降至約60℃，在進(jìn)入煙囪前又需升溫以避免煙氣結(jié)露。此工藝過程中的煙氣溫度變化曲線如圖三。

圖三：高級(jí)階段煙氣凈化工藝流程中煙氣溫度變化曲線

由此可見，此工藝過程中煙氣存在降溫、升溫、又降溫、又升溫的反復(fù)過程，在這些過程中將消耗大量的水與熱量。誠然，這些水與熱量的消耗，是工藝性能的客觀需求，也確實(shí)帶來了優(yōu)異的凈化效果，但此工藝也確實(shí)消耗了大量的水與熱量。我們是否能夠?qū)崿F(xiàn)在滿足同等工藝性能的前提下又節(jié)水節(jié)能的凈化工藝呢？

第三、關(guān)于濕法工藝。濕法工藝性能優(yōu)異，但由于其運(yùn)營(yíng)成本高昂，濕法工藝在我國的實(shí)際運(yùn)用還是較少。濕法工藝不但對(duì)于酸性氣體有很好的去除效果，對(duì)顆粒物、重金屬、二噁英類同樣具有很好的去除效果。目前煙氣中顆粒物、重金屬、二噁英類的去除，主要采用活性炭吸附與后續(xù)布袋除塵聯(lián)合作用來實(shí)現(xiàn)。通過調(diào)節(jié)活性炭噴射量與煙氣過濾風(fēng)速的確能夠部分改變顆粒物、重金屬、二噁英類的排放指標(biāo)，但對(duì)于顆粒物、重金屬、二噁英類排放指標(biāo)異常嚴(yán)格的情況怎么辦？因此個(gè)人認(rèn)為濕法工藝盡管洗煙廢水處理成本高、能源消耗大，但其具備的污染物深度綜合去除性能無疑使其具有特殊地位，尤其當(dāng)煙氣需要超凈排放時(shí)。

四、生活垃圾焚燒煙氣凈化工藝的兩個(gè)發(fā)展方向

如上所述，煙氣凈化系統(tǒng)的功能就是去除生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中含有的多種污染物，使最終對(duì)大氣環(huán)境排放的煙氣成分達(dá)到項(xiàng)目所允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。顯然，評(píng)判煙氣凈化工藝的首要因素是其對(duì)煙氣污染物的去除性能，但只是考慮煙氣凈化工藝性能也是不夠的。

伴隨著生活垃圾焚燒的發(fā)展，適應(yīng)各種煙氣排放指標(biāo)的工藝都得到了不同程度的運(yùn)用與驗(yàn)證；目前這個(gè)階段，相比去進(jìn)一步提高工藝技術(shù)性能，倒是如何提高工藝的經(jīng)濟(jì)性（如：節(jié)水、節(jié)能、降低建設(shè)與運(yùn)行成本）更需要研究與完善，這也成為了煙氣凈化工藝發(fā)展的一個(gè)主要方向。

只有在滿足工藝性能的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的完美結(jié)合才是真正具有生命力的煙氣凈化工藝，一味只追求工藝性能而不考慮運(yùn)行成本的工藝不具有可持續(xù)性。因此，我們不能局限現(xiàn)有的幾種工藝止步不前，打開思路與開闊視野，積極消化吸收一切優(yōu)秀的新工藝十分必要，下文將介紹與分析國外工程案例實(shí)施的優(yōu)秀煙氣凈化工藝作為參考。

生活垃圾焚燒經(jīng)過30余年的發(fā)展，已取得了顯著成效，生活垃圾焚燒項(xiàng)目已基本覆蓋大中城市，但在縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾焚燒設(shè)施十分欠缺，建設(shè)小型垃圾焚燒設(shè)施的需求已提上議事日程。

由于小型生活垃圾焚燒設(shè)施受制于垃圾處理補(bǔ)貼費(fèi)、建設(shè)與運(yùn)行成本、運(yùn)行與管理水平等諸多因素，將原有的煙氣凈化工藝完全照搬過來用于小型焚燒設(shè)施顯然是不適宜的，必然要對(duì)原有的煙氣凈化工藝進(jìn)行優(yōu)化或者提出新型的煙氣凈化工藝才能真正滿足小型焚燒設(shè)施的實(shí)際需求。

因此，伴隨小型焚燒設(shè)施的發(fā)展需求，研發(fā)適宜小型焚燒設(shè)施的煙氣凈化工藝將是煙氣凈化工藝的另一個(gè)發(fā)展方向。例如：多效（除塵、脫硝、脫酸）合一的凈化工藝由于具有流程簡(jiǎn)單、節(jié)省占地、有效降低成本等優(yōu)勢(shì)，這對(duì)于小型生活垃圾焚燒無疑具有較強(qiáng)的吸引力。

五、一種新型生活垃圾焚燒煙氣凈化工藝分析

下面分析一種新型的、既具備優(yōu)異工藝性能又節(jié)水節(jié)能的煙氣凈化工藝：“雙布袋”煙氣凈化工藝【干法＋布袋除塵＋SCR＋省煤器＋干法＋活性炭噴射＋布袋除塵】。此工藝目前在國內(nèi)暫未得到工程運(yùn)用。

如圖四工藝過程描述：鍋爐出口煙氣（約240℃）采用干法（碳酸氫鈉干粉）進(jìn)行第一級(jí)脫酸，隨后煙氣進(jìn)入第一級(jí)布袋除塵器，經(jīng)過第一級(jí)布袋除塵器后煙氣中的酸性氣體與顆粒物得以大部分去除，隨后進(jìn)入SCR反應(yīng)塔內(nèi)脫氮，SCR反應(yīng)塔出口的高溫?zé)煔饨?jīng)過省煤器換熱，將煙氣溫度降至140℃左右，往省煤器與二級(jí)布袋除塵器的連接煙道內(nèi)噴入堿性吸收劑干粉（氫氧化鈣干粉）與活性炭進(jìn)行二級(jí)脫酸與吸附重金屬、二噁英，最后進(jìn)入第二級(jí)布袋除塵器除塵，凈化后的煙氣通過煙囪高空排放。

圖四：典型“雙布袋”煙氣凈化工藝流程示意圖

從上面“雙布袋”煙氣凈化工藝的介紹可以看出，此工藝包含了兩級(jí)干法脫酸工藝（碳酸氫鈉干法＋氫氧化鈣干法）＋兩級(jí)布袋除塵器＋ SCR（中溫），具備優(yōu)異的工藝性能?！半p布袋”煙氣凈化工藝采用兩個(gè)布袋除塵器絕不是單純?yōu)榱颂岣叱龎m效率，在節(jié)能、節(jié)水兩方面具有顯著優(yōu)點(diǎn)：

（1）煙氣無需升溫便為SCR系統(tǒng)提供了適宜的反應(yīng)溫度與反應(yīng)工況。工藝流程的第一階段采用了碳酸氫鈉干法工藝與布袋除塵，煙氣中大部分的酸性氣體與粉塵得以去除，避免了SCR反應(yīng)塔中的催化劑中毒；從第一級(jí)布袋除塵器出來的煙氣溫度仍然保持在230℃左右，這個(gè)溫度對(duì)于SCR反應(yīng)是適宜的，SCR的脫氮效率高，且無需消耗熱量對(duì)煙氣進(jìn)行升溫。

以常規(guī)工藝為例，若布袋除塵器出口煙溫為140℃、SCR反應(yīng)溫度為230℃，那么將1噸生活垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙氣從140℃加熱到230℃所需的熱量約為640MJ，若生活垃圾熱值為8000kJ／kg，那這相當(dāng)于80 kg（焚燒處理量的8％）生活垃圾焚燒所產(chǎn)生的熱量。

（2）整個(gè)工藝流程不添加水，也不產(chǎn)生廢水。從SCR反應(yīng)塔出來的煙氣溫度約220℃左右，通過設(shè)置省煤器，既利用了高溫?zé)煔庵械臒崃?，又將煙氣溫度降?40℃左右，這樣整個(gè)工藝流程無需添加水來降低煙氣溫度。以常規(guī)工藝為例，若考慮噴入冷卻水來降低煙氣溫度，那么1噸生活垃圾焚燒所產(chǎn)生的煙氣從220℃降至140℃則需要消耗約210 kg的水量。從圖五煙氣溫度變化曲線可以看出，此工藝煙氣溫度逐級(jí)下降，沒有降溫與升溫的反復(fù)，顯然這十分有利于節(jié)能、節(jié)水。

圖五：“雙布袋”煙氣凈化工藝流程中煙氣溫度變化曲線

六、總結(jié)

1．生活垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)具有重要作用，直接關(guān)系到生活垃圾焚燒處理的發(fā)展前途。

2．生活垃圾焚燒煙氣排放指標(biāo)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況合理確定，杜絕不切實(shí)際的盲目攀比。

3．生活垃圾焚燒煙氣凈化工藝應(yīng)根據(jù)確定的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)合理選擇，既要滿足煙氣長(zhǎng)期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的要求，同時(shí)考慮煙氣凈化系統(tǒng)的建設(shè)投資與運(yùn)行成本，綜合權(quán)衡，不宜過分冗余。

4．對(duì)于煙氣凈化工藝的選擇與優(yōu)化要與時(shí)俱進(jìn)，不能始終局限在將幾種基本工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單疊加或串聯(lián)組合，敢于突破，不斷挖掘出優(yōu)異的煙氣凈化工藝。

5．除了具備優(yōu)良的工藝性能，節(jié)能降耗、提高工藝的經(jīng)濟(jì)性與研究真正適應(yīng)小型垃圾焚燒設(shè)施的煙氣凈化工藝將是煙氣凈化工藝未來的兩個(gè)發(fā)展方向。

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