隨著國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，垃圾焚燒爐日處理垃圾量不斷增加。垃圾焚燒爐煙氣污染物控制系統(tǒng)需要不斷優(yōu)化，達(dá)到污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)，甚至更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，煙氣凈化系統(tǒng)的發(fā)展就顯得尤為重要，以脫除煙氣中酸性氣體（SOx、NOx、HCl等）、重金屬（Pb、Hg、Cd等）、二英等有毒有害氣體。
國內(nèi)煙氣凈化組合工藝系統(tǒng)有多重方案，主要采用脫酸系統(tǒng)與除塵系統(tǒng)的不同組合工藝以減少煙氣中污染物的排放。
北京某電廠焚燒爐排采用比利時Seghers多級爐排，煙氣凈化組合工藝為：（爐內(nèi)SNCR-去除NOx）+（旋轉(zhuǎn)噴霧反應(yīng)塔-凈化酸性氣體）+（干法NaHCO3噴射-凈化酸性氣體）+（活性炭噴射-吸附重金屬、二英）+（袋式除塵器-除塵）+煙氣再加熱+（SCR-進(jìn)一步去除NOx）+防白煙氣系統(tǒng)+〔煙氣在線監(jiān)測裝置（CEMS）〕。煙氣凈化工藝流程如下圖所示。
煙氣凈化工藝流程圖
在保證爐內(nèi)燃燒工況良好的情況下，符合爐內(nèi)燃燒的3T燃燒控制條件。
焚燒爐燃燒的熱煙氣經(jīng)過爐內(nèi)SCR脫硝后，進(jìn)入余熱鍋爐換熱，余熱鍋爐出口的排煙溫度為190℃（清潔狀態(tài)）至210℃（臟污狀態(tài)），再進(jìn)入半干法機械旋轉(zhuǎn)霧化反應(yīng)塔，NaHCO3作為脫酸劑噴入煙道，活性炭噴射吸附，再經(jīng)過袋式除塵器除塵系統(tǒng)、選擇性催化還原SCR脫硝等煙氣凈化處理系統(tǒng)。
焚燒爐出口的煙氣經(jīng)過脫酸處理帶有大量固體顆粒的煙氣與噴入的活性炭高速混合，進(jìn)入袋式除塵器，二英及重金屬被吸附在袋式除塵器外側(cè)，煙氣再經(jīng)過SCR脫硝系統(tǒng)進(jìn)一步凈化，潔凈的煙氣通過引風(fēng)機排入煙囪。
1半干式反應(yīng)塔和旋轉(zhuǎn)霧化器
煙氣凈化中的脫酸系統(tǒng)采用GEA/NIRO的高速旋轉(zhuǎn)霧化器，霧化平均粒徑可達(dá)45μm。煙氣進(jìn)入反應(yīng)塔與霧化后的石灰漿顆?；旌?，通過旋轉(zhuǎn)霧化器的高速旋轉(zhuǎn)保證霧化顆粒的細(xì)度和冷卻水的霧化細(xì)度。由于霧化程度高，旋轉(zhuǎn)噴霧器將約15%的Ca(OH)2漿液噴入反應(yīng)器中，形成粒徑極小的液滴，石灰漿與煙氣中的酸性成分充分反應(yīng)。
由于水分的蒸發(fā)從而降低煙氣的溫度并提高其濕度，同時不會弄濕塔壁及造成結(jié)垢，使酸性氣體與石灰漿反應(yīng)成為鹽類，掉落至底部的灰斗，半干式反應(yīng)塔內(nèi)未反應(yīng)完全的石灰，可隨煙氣進(jìn)入除塵器，部分未反應(yīng)物將附著于濾袋上與通過濾袋的酸性氣體再次反應(yīng)，使脫酸效率進(jìn)一步提高，同時提高了石灰漿的利用率。
NaHCO3噴粉干法工藝系統(tǒng)，有在反應(yīng)塔入口煙道和布袋除塵器前的煙道兩種噴入方式，可使得煙氣凈化系統(tǒng)有半干法運行、干法替代運行（在半干法旋轉(zhuǎn)霧化設(shè)備故障時），半干法與干法聯(lián)合運行等多種運行模式。在合理運行成本條件下，可以充分保證系統(tǒng)的脫酸效果，確保排放值達(dá)標(biāo)。半干式旋轉(zhuǎn)噴霧反應(yīng)塔的技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫硫技術(shù)參數(shù)
霧化石灰液滴既要冷卻煙氣降溫，又要與煙氣中的硫氧化物發(fā)生中和反應(yīng)，在煙氣經(jīng)過反應(yīng)塔時必須保證煙氣反應(yīng)塔中停留時間至少20s，以保證石灰液霧滴與煙氣中的酸性氣體更好地接觸，達(dá)到更高效地脫除煙氣中的酸性氣體。
2袋式除塵器系統(tǒng)
煙氣經(jīng)過旋轉(zhuǎn)高速霧化器脫硫塔及活性炭噴入系統(tǒng)進(jìn)入除塵器，除塵器內(nèi)的分配板使煙氣中較重的顆粒立即掉落進(jìn)接收漏斗里，并且使煙氣均勻分配后進(jìn)入布袋。煙氣由布袋的外側(cè)進(jìn)入，煙氣與灰塵和固體顆粒物分離出來，出口處為清潔的煙氣。
布袋外側(cè)不斷累積過濾層，包括脫硫反應(yīng)塔中被煙氣攜帶出的石灰、NaHCO3和活性炭，煙氣中的酸性污染物在半干反應(yīng)塔后，仍能被中和，煙氣中的重金屬和二英被捕集在布袋的外側(cè)，減少了污染物的排放。
除塵器外側(cè)的過濾層不斷增厚，根據(jù)袋式除塵器壓差增大的程度，定期采用干燥的壓縮空氣脈沖由內(nèi)向外吹灰，布袋外側(cè)的殘余灰塵掉落入排料斗。煙氣中的酸性成分在布袋濾層上發(fā)生中和反應(yīng)，對更換脫硫塔內(nèi)旋轉(zhuǎn)高速霧化器尤其重要，可減少酸性氣體排放。
布袋的選型也應(yīng)滿足由于霧化器的關(guān)閉，煙氣未被冷卻而造成的短時間高溫（260℃）。袋式除塵器的參數(shù)見表2。
表2 袋式除塵器工藝特性參數(shù)
袋式除塵器的濾袋采用表面具有過濾功能、透氣性好、耐腐蝕和耐高溫的PTFE材料，PTFE材料經(jīng)覆膜處理，除塵效率可達(dá)99.9%以上，在240℃的連續(xù)運行溫度、瞬間260℃的溫度條件下，能耐全部pH值范圍內(nèi)的酸堿侵蝕；袋式除塵器充分考慮了垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，并且采用了伴熱、旁路、保溫等保護(hù)措施。
3SNCR+SCR脫硝系統(tǒng)
通過優(yōu)化燃燒和煙氣凈化工藝，北京某垃圾焚燒發(fā)電廠焚燒爐內(nèi)采用SNCR系統(tǒng)以減少氮氧化物的產(chǎn)生，同時在尾部煙道袋式除塵器后布置了SCR脫系統(tǒng)，以進(jìn)一步降低NOx排放量。
3.1SNCR脫硝系統(tǒng)
選擇性催化還原法（SNCR）是在煙氣溫度850℃～1100℃，向爐內(nèi)直接加入氨液或尿素脫硝劑，將氮氧化物還原成為氮氣與水氣的方法。焚燒爐噴入氨液的反應(yīng)原理為：
4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O
4NH3+5O2→4NO+6H2O
4NH3+3O2→2N2+6H2O
在850℃～1100℃高溫下，噴入尿素與氧化氮進(jìn)行如下反應(yīng)：
4NO+2CO(NH2)2+O2→4N2+2CO2+4H2O
采用SNCR法對NOx的去除效率在50%以上，若為了提高氮氧化物的去除效率而增加藥劑的噴入量，氨的漏失率也會相應(yīng)增加，剩余的氨和氯化氫及三氧化硫化合成氯化銨及硫酸氫氨而沉淀在鍋爐尾部受熱面，會導(dǎo)致余熱鍋爐尾部受熱面結(jié)垢和堵塞，同時會使煙氣形成白煙。
3.2SCR脫硝系統(tǒng)
在袋式除塵器下游設(shè)置SCR系統(tǒng)以進(jìn)一步去除煙氣中的NOx，同時還可以部分氧化二英（PCDD/Fs）。SCR系統(tǒng)包括GGH（煙氣-煙氣換熱器）、GSH（煙氣-蒸氣換熱器）、尿素制氨設(shè)備（分解室）、氨噴射裝置和SCR反應(yīng)塔。
SCR裝置的主要功能是為NOx與氨中和創(chuàng)造最佳的反應(yīng)條件，包括充足的停留時間、煙氣通過時與催化劑的接觸面積。
催化反應(yīng)與溫度有關(guān)，最佳反應(yīng)溫度設(shè)為230℃。袋式除塵器后的增壓風(fēng)機出口煙氣溫度約為140℃，因此采用兩個串接的換熱器。
第一階段：SCR反應(yīng)塔出來的熱煙氣通過GGH（煙氣-煙氣換熱器）與煙氣進(jìn)行熱交換，煙氣升溫。第二階段，煙氣通過GSH（煙氣-蒸氣換熱器）利用汽包內(nèi)的高壓蒸氣進(jìn)一步加熱到反應(yīng)溫度。
NOx與氨在奧地利CERAM產(chǎn)的TiO2/V2O5/WO3或等同催化劑上反應(yīng)，在適當(dāng)?shù)臏囟葪l件下，發(fā)生如下反應(yīng)：
4NO+4NH3+O2→（TiO2/V2O5/WO3）→4N2+6H2O
4NO2+8NH3+2O2→（TiO2/V2O5/WO3）→6N2+12H2O
SCR工藝要求氨投加量精確度高及與主煙氣混合的均勻度高，以保證有效去除NOx，并使氨逃逸降到最低。煙氣中NOx與氨的反應(yīng)發(fā)生在裝有蜂窩式催化劑的反應(yīng)塔里，反應(yīng)塔體為單倉，裝有兩層活性催化劑層。SCR脫硝系統(tǒng)凈化工藝技術(shù)參數(shù)見表3。
表3 SCR脫硝系統(tǒng)工藝技術(shù)參數(shù)
目前，我國垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣脫硝系統(tǒng)的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，國內(nèi)新建及改造的垃圾焚燒發(fā)電廠大都是布置SNCR脫硝系統(tǒng)，SCR比SNCR法具有更高的煙氣脫硝效率，脫硝效率可達(dá)80%以上，但從長遠(yuǎn)看，在經(jīng)濟(jì)條件許可的條件下，SNCR+SCR技術(shù)會成為主流。
煙氣經(jīng)過換熱器離開煙囪的溫度相對較高（額定點溫度201℃），在環(huán)境溫度為5℃，60%RH（濕度）條件下，不會有白煙產(chǎn)生（不透光率<10%）及白煙的擴散，即使有可能旁通SCR裝置，煙氣仍可以通過GSH換熱器升溫，可在一定條件下控制白煙，減少二次污染的產(chǎn)生；白煙產(chǎn)生與氣象條件的變化密切相關(guān)，每條焚燒線需預(yù)留一套防白煙裝置，并根據(jù)氣象條件變化確定是否開啟。lm
