好文推荐 | 生活垃圾焚烧烟气处理技术应用与发展趋势

一、 生活垃圾焚烧烟气工艺应用情况

我国生活垃圾焚烧行业从“十二五”开始快速发展，进入“十四五”时期，全国地级以上城市基本实现了以焚烧为主的生活垃圾处置方式，整个行业也逐渐由建设高峰期过渡到运营高峰期。据不完全统计，截止至2021年12月底，全国生活垃圾焚烧总项目存量已达到1050座，投运项目达到746座，预计到“十四五”末期，全国投运的焚烧项目将超过1200座以上，焚烧能力缺口也将基本补齐。垃圾焚烧行业规模增长带来的红利已基本释放殆尽，相关企业的后续发展将直面垃圾分类带来的焚烧垃圾量缩减、环保标准进一步趋严和双碳目标下能效提升减碳降耗等多重压力，促使行业进一步总结运营经验，进一步开展工艺技术提升和优化的研究与应用。

从焚烧烟气净化工艺来看，分为脱酸、脱硝、除尘、除二噁英和重金属等，其中除尘、二噁英和重金属去除技术已较为成熟稳定。脱酸工艺主要有湿法、半干法和干法，脱硝工艺主要有SCR、SNCR、ICR/PNCR（高分子脱硝）和烟气再循环，投资运行费用及脱硝效率均依次降低，并且各厂烟气工艺的差异主要为脱酸脱硝工艺的不同。截止2019年底，国内焚烧厂应用最多的烟气组合工艺为“SNCR+半干法+干法+活性炭+布袋除尘器”，占比达到50%以上（见图1），可满足GB18485-2014规定的排放要求。但是，国内区域性污染物浓度限值有较大差异，部分地方环保指标也逐步趋严，例如，天津、东莞、洛阳等地将氮氧化物排放限值提标到100mg/Nm3，上述常用组合工艺若想满足新的排放要求将有一定难度。

图1 生活垃圾焚烧厂烟气配置情况逐年统计图

二、 焚烧烟气工艺优化路线简析

（一）脱酸工艺优化

目前大多数脱酸工艺中仍采用 半干法 ，其早期核心设备高速旋转雾化器以进口为主，近期技术引进和自主研发的国产化雾化器也得到一定程度的工程应用。 干法脱酸 在国内一般与半干法组合使用为主，独立干法方式由于系统设计、药剂使用和停留时间等方面未达到设计标准，实际使用效率相对较低。 湿法脱酸效率 最高，投资及运行费用也最高，并且因其工艺系统复杂，产生的洗烟废水还需单独处置，因此并未普遍应用于工程中，主要应用在沿海经济条件较好的省市。而且从工程实践中可知， 半干法 和 湿法工艺 进一步优化提升的空间有限，做好运行管理，降低故障、减少单位药剂消耗才是优化的主要方面。

在干法工艺和药剂使用方面，国内技术应用相对粗放，可在以下两方面进行提升优化：

第一，设备系统的优 化。 目前国内应用的干法技术以在烟道中直接喷入碳酸氢钠或消石灰干粉为主，因烟道较短，干粉药剂在烟道中停留时间相对就短，很快就被布袋除尘器截留下来，并随布袋清灰进入飞灰，因此大量未充分反应的药剂进入飞灰中，使其脱酸效率不达预期。从运行效果看，还有3个不利影响： （1）吨垃圾干粉药剂消耗量偏高；（2）飞灰产量相对较高；（3）飞灰pH值偏高。 针对上述问题，可以考虑 引入干式反应器提升干法效率，从而降低药剂消耗和飞灰产量 。干式反应器技术起源于欧洲，它具有结构简单、占地面积小、投资运行成本低和无废水等优点，在欧洲焚烧项目上应用较多（见表1）。

第二，干粉药剂的优化。 常用的脱酸药剂为消石灰，目前国内消石灰的品质不一，实际吨垃圾耗量大；脱酸效率较高的碳酸氢钠也存在药剂成本高，易潮解板结等问题。从药剂选择方面，主要在提升药剂品质和降低成本上下功夫，可采用的方法有两种： （1）活性石灰的应用 。消石灰在制备过程中通过提高其比表面积和活性，可大幅提升脱酸效率，降低吨垃圾药耗，减少飞灰产量。目前在欧洲应用相对较多。 （2）降低碳酸氢钠成本 。通过增设碳酸氢钠研磨系统，一方面可大幅降低采购成本，另一方面可避免高细度碳酸氢钠长时间贮存而潮解板结问题。

可以认为，将 干式反应器和高效药剂有机结合并工程应用 ，是行业集约低碳发展的方向之一。正如表1中所示，在欧洲约有1/3的焚烧厂仅通过干法工艺即可实现烟气达标排放。对于新建项目和有改造需求的老项目，面对较高的环保指标时，在不能配置湿法组合工艺情况下，也可考虑通过“半干法+高效干法”工艺组合来实现较好的脱酸效果。

（二）脱硝工艺优化

国内垃圾焚烧厂应用较多的脱硝工艺有SNCR、SCR和烟气再循环，近几年还出现了一种高分子脱硝技术（ICR/PNCR），并逐渐有一些工程应用。下文分别论述:

第一，烟气再循环。 从工程经验可知，应用效果较好的再循环系统能单独将氮氧化物降低100-150mg/Nm3左右，同时其也属于低碳燃烧技术，减污同时也能降低系统能耗，上海环境在国内首先应用了该技术并进行了推广。

第二， SNCR。  该技术是当前最为广泛使用的脱硝技术，脱硝效率约在40-50%，并且效率高低直接受炉膛一通道温度分布影响。随着生活垃圾分类及多源固废掺烧等因素影响，炉膛温度分布变化较大，SNCR喷枪位置也需作相应调整。为解决这一难题，我院利用从欧洲专门定制的水冷式温度探针，可对炉膛一通道不同的纵向高度位置和横向深度位置的温度分布情况进行现场实测和在线诊断（见图2），判断喷枪位置是否处于SNCR最佳反应温度区间，以达到最大脱硝效率。

图2 温度探针现场测试

第三，SCR。  该系统脱硝效率最高，可达到60%左右，但投资及运行费用也最高，因此其应用项目多在经济条件较好的地区。该工艺需配置蒸汽烟气换热器SGH，通过消耗大量本可用于发电的蒸汽来将烟气温度提升到SCR催化剂合适的反应温度区间。此外，SCR催化剂的使用寿命通常为3-5年左右，而且价格昂贵，整体更换一次的代价较高，且更换下来的催化剂属于危废，需专门处置。SCR催化剂在使用过程中，随着灰尘和硫酸氢铵（ABS）在催化剂表面的逐渐富集，其效率也会逐渐降低，压差也随之提高。针对这一问题，可配置催化剂再生装置，定期对催化剂进行再生处理。

第四，ICR/PNCR。 该技术近几年才开始在垃圾焚烧厂应用，其系统配置简单，通过气力输送装置将固体粉状或颗粒状脱硝剂喷入高温炉膛内后，在850-1050℃条件下生成活性氨和氨基化合物等有效成分，与氮氧化物反应生成氮气、水、CO ₂ 等。该工艺温度区间与SNCR相近，喷枪位置也可与SNCR喷枪交错布置。该技术在早期存在氨逃逸超标及管道堵塞等问题，经过近几年的工程实践和改进，在工程上得以快速推广。

上海环境依托燃烧调整、炉内温度和动力场的模拟与检测技术，形成了“烟气再循环+SNCR+ICR”专有组合技术（简称SCR+），并在部分项目上得到应用。如某厂所在地方标准要求100mg/Nm ³ ，实际运行可将氮氧化物稳定控制在80mg/Nm3以下（见图3），且NOx排放浓度波动更加平缓，同时药剂消耗大幅降低，氨逃逸也较低。

图3 某厂使用ICR前后的氮氧化物对比（绿色线条代表氮氧化物）

综上所述，随着地方性污染物排放标准趋严，对于脱硝系统只配置SNCR的焚烧企业，稳定达标和氨逃逸控制更加困难。 基于大量的基础研究和工程实践，上海环境提出了SCR+高效脱硝工艺，其核心即是基于炉型的烟气再循环定制化设计+SNCR各层温度窗口优化投用+宽温度区间的ICR高效配合，以实现综合脱硝药耗最低的高效经济目标，可实现80mg/Nm3甚至更低的标准下稳定运行，同时氨逃逸也能得到更好控制。

三、 总结

在多重压力下，垃圾焚烧烟气工艺路线优化会越来越明确，不断出现并逐步在工程应用上取得较好效果的烟气净化新工艺、新设备、新材料和新产品也将为行业内的企业提供更多选择，各家企业可“因地制宜”，最终目标是既能兼顾经济效益，也能保证环保达标。