摘要：介紹了國(guó)內(nèi)外垃圾焚燒煙氣處理技術(shù)和燃煤電廠(chǎng)超低排放改造路線(xiàn)，重點(diǎn)探討了垃圾焚燒實(shí)施煙氣超低排放改造存在的局限性，提出了今后研究的方向。

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程日益加快，大氣污染物排放急劇增加，大氣環(huán)境污染日益嚴(yán)重。2014年9月，國(guó)家發(fā)改委、環(huán)保部、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》，超低排放（6%基準(zhǔn)氧條件下，NOx≤50mg/Nm3，SO2≤35mg/Nm3，粉塵≤5mg/Nm3）的呼聲越來(lái)越高，實(shí)施超低排放逐步成為一種方向和目標(biāo)，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)及嚴(yán)控區(qū)，地方政府紛紛鼓勵(lì)要求垃圾焚燒等行業(yè)實(shí)施超低排放改造。本文主要對(duì)目前垃圾焚燒的國(guó)內(nèi)外主流煙氣處理技術(shù)及燃煤機(jī)組超低排放改造路線(xiàn)進(jìn)行介紹，探討垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)實(shí)施超低排放改造的局限性，并提出今后超低排放的研究方向。

1垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)煙氣處理技術(shù)

1.1垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的煙氣特性

垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)煙氣的主要成分是由N2、O2、CO2和H2O等四種無(wú)害物質(zhì)，占煙氣容積的99%。因垃圾成分的不可控和燃燒過(guò)程的多變性，焚燒煙氣中還含有1%左右的有害污染物。與燃煤煙氣相比，煙氣具有其獨(dú)特性：

1）煙氣含濕量大，一般達(dá)20%～30%；

2）煙氣中有毒、有害成分復(fù)雜，包含多種微量金屬，如Pb、Hg、Cr等；

3）煙氣成分復(fù)雜，與燃煤鍋爐不同，其不但含有O2、SO2、CO2、NOx等，還含有較多的HCl、HF等酸性氣體；

4）存在二英和呋喃等致癌物質(zhì)；

5）煙塵粒徑細(xì)、黏度高，具有強(qiáng)磨琢性和沖擊性。

1.2垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)煙氣處理技術(shù)

垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的煙氣處理是根據(jù)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙氣中的飛灰、酸性污染物（HCl、HF、SOx）、重金屬及二英等有機(jī)污染進(jìn)行控制。垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)中煙氣的處理一般分兩步進(jìn)行：一步是脫除煙氣中的酸性污染物，主要有干法工藝、半干法工藝、濕法工藝等，酸性氣體脫除工藝各有其優(yōu)缺點(diǎn)，須綜合權(quán)衡工程的各因素進(jìn)行選擇；另一步是粉塵的脫除，其中采用布袋除塵器是公認(rèn)的最佳選擇[1]。

1.2.1脫酸處理工藝

目前，生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)采用的脫酸處理工藝主要是半干法、濕法脫酸以及半干法與濕法的組合。半干法工藝融合干法與濕法兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)，Ca(OH)2的活性隨相對(duì)濕度的增加而增加，保持脫酸塔內(nèi)相對(duì)濕度對(duì)提高脫酸效率非常重要。半干法脫酸技術(shù)與干法工藝脫酸相比，較大幅度地提高了脫酸效率；與濕法工藝相比，其設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、投資相對(duì)較低、能耗較少。

《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》（建城〔2000〕120號(hào)）及《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ90-2002）中，明確“煙氣處理宜采用半干法加布袋除塵工藝”。半干法脫酸技術(shù)應(yīng)用較多的主要有旋轉(zhuǎn)噴霧半干法和循環(huán)懸浮式半干法兩種工藝，且各有優(yōu)點(diǎn)。與干法和濕法工藝相比，兩種工藝均能使處理后的煙氣達(dá)到生活垃圾煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)，投資運(yùn)行成本較低，且本身產(chǎn)生的環(huán)境污染較少。目前，國(guó)內(nèi)的垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)除上海老港電廠(chǎng)以及在建中的杭州九峰電廠(chǎng)脫酸工藝采用濕法處理外，濕法工藝應(yīng)用于生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的案例較少。

旋轉(zhuǎn)噴霧半干法工藝流程見(jiàn)圖1。

1.2.2脫硝處理工藝

生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)中NOx的處理技術(shù)主要包括選擇性非催化還原工藝（SNCR）和選擇性催化還原工藝（SCR）。目前，國(guó)內(nèi)的垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)大多采用SNCR脫硝技術(shù)，新建的垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)部分采用SCR脫硝技術(shù)。垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)中SNCR工藝運(yùn)用較多，在爐膛850℃～950℃的溫度范圍內(nèi)，SNCR工藝的脫硝效率在30%～60%之間，但也存在脫硝效率低、鍋爐結(jié)垢、水冷壁腐蝕等問(wèn)題。

目前，SCR工藝脫硝效率較高，可達(dá)80%左右，用于生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的主要是低溫SCR工藝，低溫SCR反應(yīng)器多布置在脫酸與袋式除塵系統(tǒng)之后，考慮到煙氣溫度需高于酸性氣體露點(diǎn)溫度15℃，一般運(yùn)行溫度在150℃～180℃。

部分生活垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)采用SNCR/低溫SCR組合脫硝工藝，脫硝效率可達(dá)80%左右，但生活垃圾煙氣中的重金屬以及粉塵容易導(dǎo)致催化劑失活，實(shí)際運(yùn)行效果較差。

2煙氣超低排放改造技術(shù)

《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）》中提出：“因廠(chǎng)制宜采用成熟適用的環(huán)保改造技術(shù)，除塵可采用低（低）溫靜電除塵器、電袋除塵器、布袋除塵器等裝置，鼓勵(lì)加裝濕式靜電除塵裝置；脫硫可實(shí)施脫硫裝置增容改造，必要時(shí)采用單塔雙循環(huán)、雙塔雙循環(huán)等更高效率脫硫設(shè)施；脫硝可采用低氮燃燒、高效率SCR（選擇性催化還原法）脫硝裝置等技術(shù)”。

2.1脫硝技術(shù)

脫硝系統(tǒng)多采用低NOx燃燒器+SCR催化劑組合的方式，該類(lèi)系統(tǒng)技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠。煙氣超低排放改造與常規(guī)電站相比較，脫硝系統(tǒng)區(qū)別主要在于SCR催化劑的填裝層數(shù)，改造工程多將原有備用層直接裝填，改造后系統(tǒng)脫硝效率可以提升至85%～90%，采用現(xiàn)有技術(shù)基本可以滿(mǎn)足超低排放NOx﹤50mg/Nm3的要求。

2.2脫硫技術(shù)

脫硫裝置出口SO2濃度控制與煤質(zhì)的含硫量、脫硫裝置脫硫效率等密切相關(guān)。其中合理控制煤質(zhì)的含硫量，可有效降低脫硫裝置的負(fù)荷，更加科學(xué)合理地控制SO2排放。

超低排放技術(shù)采用的新技術(shù)有：雙托盤(pán)、性能增強(qiáng)環(huán)、增加噴淋層、增加漿液泵等；對(duì)于改造機(jī)組，可采用增加一座吸收塔的方式，改進(jìn)后系統(tǒng)脫硫效率達(dá)到98%～99%，可以滿(mǎn)足超低排放SO2﹤35mg/Nm3要求。

2.3除塵技術(shù)

燃煤電廠(chǎng)超低排放改造的重點(diǎn)和關(guān)鍵在于粉塵的達(dá)標(biāo)排放[4]。針對(duì)國(guó)內(nèi)燃煤電廠(chǎng)使用的除塵設(shè)備80%以上為電除塵器，同時(shí)借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)的電除塵技術(shù)，可采用“協(xié)同控制”和“末端治理”的技術(shù)路線(xiàn)，如圖2。

（1）以低低溫ESP為核心的煙氣協(xié)同治理技術(shù)路線(xiàn)：即通過(guò)煙氣冷卻器或煙氣換熱系統(tǒng)降低電除塵入口煙氣溫度至酸露點(diǎn)以下，一般為90℃左右，煙氣中大部分SO3會(huì)在煙氣冷卻器中凝結(jié)，并被吸附在粉塵表面，使粉塵性質(zhì)發(fā)生很大變化，大幅度提高除塵效率，同時(shí)除去大部分SO3。

（2）濕式電除塵技術(shù)路線(xiàn)：主要在脫硫塔后增加濕式電除塵裝置，保證粉塵達(dá)標(biāo)排放。

3垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)超低排放改造存在的局限性

垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)煙氣凈化工藝目前主要采用“半干法脫硫+活性炭噴射+布袋除塵”，并根據(jù)NOx排放情況設(shè)有選擇性非催化還原（SNCR）脫硝。垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，參照目前燃煤鍋爐采用的超低排放技術(shù)，結(jié)合《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》（CJJ90-2009）要求，采用的組合工藝路線(xiàn)見(jiàn)圖3。

濕法脫酸主要通過(guò)堿性溶液（NaOH、Ca2(OH)2等）將酸性氣態(tài)污染物SO2、HCl等吸收。濕法脫酸的效率較高，對(duì)HCl的脫除效率可達(dá)99%以上，SOx脫除效率在90%以上，且部分重金屬以氫氧化物的形式沉淀出來(lái)。但濕法脫酸會(huì)產(chǎn)生大量廢水，需配置廢水處理設(shè)施，設(shè)備占地面積大，投資運(yùn)行費(fèi)用高，普遍存在著腐蝕、結(jié)垢、阻塞、風(fēng)機(jī)帶水等問(wèn)題[6]，目前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用案例較少，一般只作為干法和半干法工藝后尾氣的深度凈化措施。

垃圾焚燒煙氣中的煙塵含量大、煙氣灰分黏度高，催化劑如布置在省煤器之后容易堵塞，且垃圾焚燒煙氣中氯化氫與硫氧化物極易造成催化劑活性降低。因此SCR裝置一般設(shè)置在脫酸除塵之后，多采用低溫型SCR催化劑。但濕法脫硫和濕式電除塵之后煙氣溫度較低，煙氣濕度較大，對(duì)低溫催化劑的影響較大。

目前實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道的低溫SCR催化劑在低溫條件下都具有一定的脫硝效率，但在低溫條件下，催化劑容易受SO2和H2O的影響而失去活性。SO2和H2O的毒性作用是低溫催化劑難以實(shí)際應(yīng)用的主要原因。HuangZG等研究也表明，H2O可以和催化劑表面催化還原NOx的活性位發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，從而抑制NOx的脫除效率，并且會(huì)增加硫酸銨鹽的累積，從而加速催化劑的中毒。

在低溫SCR催化劑應(yīng)用方面較為領(lǐng)先的是殼牌公司（Shell），該公司20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究低溫DENOx系統(tǒng)（SDS），其包含一種專(zhuān)有適用垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)的V/Ti顆粒狀催化劑和一個(gè)低壓降的側(cè)流反應(yīng)器（LFR），可以同步催化NOx和分解二英。典型的商業(yè)應(yīng)用級(jí)SDS，在170℃～300℃條件下，可在很小的氨逃逸下達(dá)到95%的NOx轉(zhuǎn)換率。SDS效果對(duì)煙氣要求存在如下要求。

（1）反應(yīng)溫度：催化劑活性溫度區(qū)間為170℃～300℃（最佳溫度為240℃～280℃），焚燒煙氣經(jīng)濕法處理后，到達(dá)催化反應(yīng)器的溫度約60℃。因此，必須對(duì)焚燒煙氣進(jìn)行再加熱處理，使煙氣溫度提升至200℃左右，以達(dá)到最佳催化效果，故能耗較大。

（2）SO2含量：要求進(jìn)入催化反應(yīng)器煙氣中的SO2含量在50mg/m3（S.T.P.，干）以下。如煙氣中SO2含量過(guò)高，由于反應(yīng)活性位的競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)嚴(yán)重影響催化劑催化氧化脫除NOx、二英/呋喃類(lèi)的效率。

（3）粉塵：要求進(jìn)入催化反應(yīng)器的煙氣粉塵含量低于10mg/m3（S.T.P.，干），由于催化劑無(wú)法對(duì)灰塵吸附的二英/呋喃類(lèi)進(jìn)行催化氧化作用，經(jīng)過(guò)催化反應(yīng)器后，被灰塵吸附的二英/呋喃類(lèi)會(huì)有一部分再次釋放到煙氣中。如果煙氣中的灰分含量過(guò)高，則被吸附的二英/呋喃類(lèi)不能通過(guò)催化劑脫除，也達(dá)不到排放限值要求。從催化劑的應(yīng)用條件可看出，SDS應(yīng)用于垃圾焚燒發(fā)電廠(chǎng)等復(fù)雜煙氣成分存在一定局限性，適用于處理燃?xì)饣蛱烊粴庠诩訜崞鳌⒏G爐、鍋爐、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒產(chǎn)生的NOx煙氣。

此外，為維持催化劑的活性，需要選擇在200℃以上環(huán)境中進(jìn)行催化反應(yīng)，但是為防止二英類(lèi)再合成，要求溫度不斷下調(diào)，在300℃以下時(shí)，會(huì)生成氯化銨，導(dǎo)致催化劑中毒。

4結(jié)語(yǔ)

實(shí)施超低排放應(yīng)充分考慮行業(yè)的實(shí)際情況循序漸進(jìn)地推進(jìn)，盡管相關(guān)燃煤鍋爐超凈排放技術(shù)已趨于成熟，但應(yīng)用于垃圾焚燒煙氣凈化還存在一定的問(wèn)題。垃圾焚燒煙氣中的污染物成分復(fù)雜，目前的主流技術(shù)路線(xiàn)是“SNCR+半干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵”組合工藝，能達(dá)到現(xiàn)行的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

隨著環(huán)保要求的不斷提高，垃圾焚燒實(shí)施超低排放工藝仍需做進(jìn)一步研究，可從以下方面探討：1）從源頭處理，對(duì)垃圾實(shí)施分類(lèi)收集運(yùn)輸及對(duì)垃圾進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，減少重金屬及含氯類(lèi)垃圾進(jìn)爐焚燒，以減少煙氣污染物的生成；2）濕法脫酸作為后續(xù)煙氣的深度凈化，會(huì)產(chǎn)生大量廢水，因此應(yīng)研究如何提高半干法脫酸工藝的效率以減少后續(xù)濕法廢水排放；3）開(kāi)發(fā)高效催化劑用于二英及NOx的綜合降解，以減少系統(tǒng)的復(fù)雜性；4）目前低溫催化劑對(duì)煙氣條件要求較高，并且昂貴，對(duì)高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的低溫催化劑需做進(jìn)一步研究。