生活垃圾焚烧烟气净化工艺演变、选择与分析

发布时间：2024-12-08 18:24

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来源：《CE碳科技》微信公众号

作者：蹇瑞欢

为了防止生活垃圾焚烧产生的烟气带来二次污染，烟气必须通过净化达标后才允许高空排放。

本文为烟气净化工艺第二篇，在对生活垃圾焚烧烟气排放指标、工艺演变及发展方向等内容分析的基础上，介绍了一种新型“双布袋”烟气净化工艺，以供选择及与研究烟气净化工艺人士交流。

一、引言

生活垃圾焚烧产生的烟气含有多种污染物，主要污染物有：颗粒物；酸性气体，如HCl、SOx、HF、NOx等；重金属，如汞、镉、铅等；二噁英类物质，上述污染物的原始浓度受到生活垃圾成分、燃烧工况等因素的影响。

烟气净化系统的功能就是去除生活垃圾焚烧烟气中含有的多种污染物，使最终对大气环境排放的烟气成分达到项目所允许的排放标准，实现生活垃圾的清洁焚烧。生活垃圾焚烧工程的烟气是否达标排放是衡量该工程是否合格的一个最基本指标，同时也是重要的指标之一。

本文为烟气净化工艺第二篇（详见上篇：生活垃圾焚烧烟气处理四大工艺大比拼），在对生活垃圾焚烧烟气排放指标、工艺演变及发展方向等内容分析的基础上，介绍了一种新型“双布袋”烟气净化工艺，以供选择及与研究烟气净化工艺人士交流。

二、生活垃圾焚烧烟气排放指标的确定原则

为了防止生活垃圾焚烧产生的烟气带来二次污染，烟气必须通过净化达标后才允许高空排放，因此人们十分关注生活垃圾焚烧烟气排放指标的确定。在确定烟气排放指标时，应做到实事求是、科学、客观，杜绝跟风以及盲目攀比。

《生活垃圾清洁焚烧指南》中指出，制定烟气污染物排放指标的基本原则是以《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485为底线，以本省的规定和环评批复指标为依据，制定有适宜冗余度，确保达标排放的厂级控制指标的三道线原则。目的是充分考虑各种情况，将烟气排放对厂址所在区域大气环境的影响减小到最少。

由此可以看出：（1）《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485为最低标准，所有的生活垃圾焚烧项目均要满足此标准；（2）地方标准和环评批复指标是确定烟气排放指标的最重要依据；（3）可以考虑适宜的裕量；（4）应综合考虑多方面（如技术、经济等）的因素；（5）烟气排放指标必须确保长期稳定达到。

三、生活垃圾焚烧烟气净化工艺的演变及其分析

伴随生活垃圾焚烧工程的成长，基于烟气排放指标的不断提升，烟气净化工艺经历了从初级向高级的发展演变。生活垃圾焚烧烟气净化工艺的演变主要经历了三个阶段（如图一所示）。

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图一：垃圾焚烧烟气净化工艺的演变

生活垃圾焚烧行业初期，行业整体处于谨慎发展阶段，项目数量较少，工程经验与运行数据较欠缺，烟气排放指标大多满足GB18485－2001即可。

氮氧化物排放浓度主要通过燃烧控制，烟气净化系统也无需配置脱氮工艺，此阶段采用的典型工艺是“半干法（或干法或循环流化法）＋活性碳吸附＋布袋除尘”，工艺简单，建设与运营成本较低，同时能够满足排放标准，这为生活垃圾焚烧行业初期成长奠定了基础。随着烟气排放指标的不断提升，此工艺逐步被淘汰。

随着社会经济快速发展及全社会对环保的重视，生活垃圾焚烧污染控制标准也随之升级：新建生活垃圾焚烧项目自2014年7月1日执行GB18485－2014，GB18485－2001自2016年1月1日废止。相比GB18485－2001，GB18485－2014中烟气各项污染物排放指标均有明显提升，尤其是颗粒物、SOx、氮氧化物、二噁英类四类污染物，详见图二。

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图二：GB18485－2001与GB18485－2014部分指标对比

为了满足升级后的烟气排放指标，针对性地增加了SNCR脱氮工艺和一级脱酸工艺，因此中级阶段采用的典型烟气净化工艺为“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除尘”。

对于颗粒物、重金属与二噁英类，尽管同样采用“活性炭吸附＋布袋除尘”的工艺，但活性炭喷射量、布袋除尘器的过滤面积、过滤风速均会根据项目实际要求做出相应调整。

由于此工艺的技术经济性较好，得到了广泛应用。部分项目由于氮氧化物的排放指标严格，还会在此工艺基础上增加SCR。目前从全国范围来看，“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除尘”和“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除尘＋SCR”应用案例较广泛。

近些年来，生活垃圾焚烧工程的建设质量上进一步提升，多地都涌现了焚烧规模大、建设标准高、烟气排放标准十分严格的代表性工程。在这些代表性工程中，烟气污染物在满足GB18485－2014与欧盟2010的基础上又提出更高要求：如氮氧化物达到75mg／Nm3、粉尘达到5mg／Nm3、HCl达到5mg／Nm3等，因此典型的高级阶段烟气净化工艺“SNCR＋半干法＋干法＋活性炭吸附＋布袋除尘＋SCR＋湿法”随之产生。

这个工艺是在中级阶段烟气净化工艺基础上增加了SCR工艺和湿法工艺。SCR工艺保证了氮氧化物的深度去除，湿法工艺则更为全面，对酸性气体、颗粒物、重金属与二噁英类均有深度去除的能力，因此实现了目前烟气排放的最严格标准。

此工艺在上海、广州、宁波等城市均有应用实例，但总体占比较小，也不具备全面推广的条件与必要。

从上述烟气净化工艺的演变过程来看，烟气净化工艺在不断增加工艺段，其目的就是为了满足日益严格的烟气排放指标，显然烟气净化工艺的演变具有一定的合理性与必然性。

从不同阶段烟气净化工艺间的差异可以看出，每一阶段的典型工艺都是在上一阶段的典型工艺基础再增加部分工艺段，这种不断简单累加工艺的做法还是存在不足之处。下面以高级阶段典型烟气净化工艺“SNCR＋半干法＋干法＋活性碳吸附＋布袋除尘＋SCR＋湿法”为例展开分析。

第一、关于酸性气体的去除。此工艺同时采用了三种脱酸工艺，这显然过分冗余，采用两级脱酸工艺：“半干法＋湿法”或者“干法＋湿法”完全可以满足酸性气体排放的最严格要求。

过分冗余的工艺配置，对于人民群众而言，确实能起到安抚作用，有利于项目前期工作的推进；另外，对于项目建设运营主体而言，采用过分冗余的“半干法＋干法＋湿法”工艺，也存在着在实际运行中旁路掉“湿法”工艺以大大减少运营成本的可能。但作为从业的工程技术人员而言，上述两个“优势”有悖于科学、客观选择工艺的原则。从工艺性能、建设投资与运营维护综合考虑，笔者更倾向于选择“干法＋湿法”。

第二、关于节水、节能。此工艺接收锅炉出口的烟气温度约190℃，烟气通过蒸发的方式冷却至约150℃进入布袋除尘器；在后续的SCR工艺段中，烟气需要加热到SCR催化剂反应温度（190℃或者更高）再进入到SCR反应塔；后续从湿法洗涤塔出来的烟气温度又降至约60℃，在进入烟囱前又需升温以避免烟气结露。此工艺过程中的烟气温度变化曲线如图三。

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图三：高级阶段烟气净化工艺流程中烟气温度变化曲线

由此可见，此工艺过程中烟气存在降温、升温、又降温、又升温的反复过程，在这些过程中将消耗大量的水与热量。诚然，这些水与热量的消耗，是工艺性能的客观需求，也确实带来了优异的净化效果，但此工艺也确实消耗了大量的水与热量。我们是否能够实现在满足同等工艺性能的前提下又节水节能的净化工艺呢？

第三、关于湿法工艺。湿法工艺性能优异，但由于其运营成本高昂，湿法工艺在我国的实际运用还是较少。湿法工艺不但对于酸性气体有很好的去除效果，对颗粒物、重金属、二噁英类同样具有很好的去除效果。目前烟气中颗粒物、重金属、二噁英类的去除，主要采用活性炭吸附与后续布袋除尘联合作用来实现。通过调节活性炭喷射量与烟气过滤风速的确能够部分改变颗粒物、重金属、二噁英类的排放指标，但对于颗粒物、重金属、二噁英类排放指标异常严格的情况怎么办？因此个人认为湿法工艺尽管洗烟废水处理成本高、能源消耗大，但其具备的污染物深度综合去除性能无疑使其具有特殊地位，尤其当烟气需要超净排放时。

四、生活垃圾焚烧烟气净化工艺的两个发展方向

如上所述，烟气净化系统的功能就是去除生活垃圾焚烧产生的烟气中含有的多种污染物，使最终对大气环境排放的烟气成分达到项目所允许的排放标准。显然，评判烟气净化工艺的首要因素是其对烟气污染物的去除性能，但只是考虑烟气净化工艺性能也是不够的。

伴随着生活垃圾焚烧的发展，适应各种烟气排放指标的工艺都得到了不同程度的运用与验证；目前这个阶段，相比去进一步提高工艺技术性能，倒是如何提高工艺的经济性（如：节水、节能、降低建设与运行成本）更需要研究与完善，这也成为了烟气净化工艺发展的一个主要方向。

只有在满足工艺性能的前提下，能够实现技术与经济的完美结合才是真正具有生命力的烟气净化工艺，一味只追求工艺性能而不考虑运行成本的工艺不具有可持续性。因此，我们不能局限现有的几种工艺止步不前，打开思路与开阔视野，积极消化吸收一切优秀的新工艺十分必要，下文将介绍与分析国外工程案例实施的优秀烟气净化工艺作为参考。

生活垃圾焚烧经过30余年的发展，已取得了显著成效，生活垃圾焚烧项目已基本覆盖大中城市，但在县城、乡镇生活垃圾焚烧设施十分欠缺，建设小型垃圾焚烧设施的需求已提上议事日程。

由于小型生活垃圾焚烧设施受制于垃圾处理补贴费、建设与运行成本、运行与管理水平等诸多因素，将原有的烟气净化工艺完全照搬过来用于小型焚烧设施显然是不适宜的，必然要对原有的烟气净化工艺进行优化或者提出新型的烟气净化工艺才能真正满足小型焚烧设施的实际需求。

因此，伴随小型焚烧设施的发展需求，研发适宜小型焚烧设施的烟气净化工艺将是烟气净化工艺的另一个发展方向。例如：多效（除尘、脱硝、脱酸）合一的净化工艺由于具有流程简单、节省占地、有效降低成本等优势，这对于小型生活垃圾焚烧无疑具有较强的吸引力。

五、一种新型生活垃圾焚烧烟气净化工艺分析

下面分析一种新型的、既具备优异工艺性能又节水节能的烟气净化工艺：“双布袋”烟气净化工艺【干法＋布袋除尘＋SCR＋省煤器＋干法＋活性炭喷射＋布袋除尘】。此工艺目前在国内暂未得到工程运用。

如图四工艺过程描述：锅炉出口烟气（约240℃）采用干法（碳酸氢钠干粉）进行第一级脱酸，随后烟气进入第一级布袋除尘器，经过第一级布袋除尘器后烟气中的酸性气体与颗粒物得以大部分去除，随后进入SCR反应塔内脱氮，SCR反应塔出口的高温烟气经过省煤器换热，将烟气温度降至140℃左右，往省煤器与二级布袋除尘器的连接烟道内喷入碱性吸收剂干粉（氢氧化钙干粉）与活性炭进行二级脱酸与吸附重金属、二噁英，最后进入第二级布袋除尘器除尘，净化后的烟气通过烟囱高空排放。

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图四：典型“双布袋”烟气净化工艺流程示意图

从上面“双布袋”烟气净化工艺的介绍可以看出，此工艺包含了两级干法脱酸工艺（碳酸氢钠干法＋氢氧化钙干法）＋两级布袋除尘器＋ SCR（中温），具备优异的工艺性能。“双布袋”烟气净化工艺采用两个布袋除尘器绝不是单纯为了提高除尘效率，在节能、节水两方面具有显著优点：

（1）烟气无需升温便为SCR系统提供了适宜的反应温度与反应工况。工艺流程的第一阶段采用了碳酸氢钠干法工艺与布袋除尘，烟气中大部分的酸性气体与粉尘得以去除，避免了SCR反应塔中的催化剂中毒；从第一级布袋除尘器出来的烟气温度仍然保持在230℃左右，这个温度对于SCR反应是适宜的，SCR的脱氮效率高，且无需消耗热量对烟气进行升温。

以常规工艺为例，若布袋除尘器出口烟温为140℃、SCR反应温度为230℃，那么将1吨生活垃圾焚烧所产生的烟气从140℃加热到230℃所需的热量约为640MJ，若生活垃圾热值为8000kJ／kg，那这相当于80 kg（焚烧处理量的8％）生活垃圾焚烧所产生的热量。

（2）整个工艺流程不添加水，也不产生废水。从SCR反应塔出来的烟气温度约220℃左右，通过设置省煤器，既利用了高温烟气中的热量，又将烟气温度降至140℃左右，这样整个工艺流程无需添加水来降低烟气温度。以常规工艺为例，若考虑喷入冷却水来降低烟气温度，那么1吨生活垃圾焚烧所产生的烟气从220℃降至140℃则需要消耗约210 kg的水量。从图五烟气温度变化曲线可以看出，此工艺烟气温度逐级下降，没有降温与升温的反复，显然这十分有利于节能、节水。

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