新型双布袋烟气净化工艺：防止生活垃圾焚烧二次污染的选择

新型双布袋烟气净化工艺：防止生活垃圾焚烧二次污染的选择

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为了防止生活垃圾焚烧产生的烟气造成二次污染，必须将烟气净化达标后才能排入大气。本文在分析发展方向等内容的基础上，介绍一种新型的“双袋式”烟气净化工艺，供选择，也供研究烟气净化技术的人士交流。

关于作者

简瑞环，男，硕士，教授级高级工程师，现任院长，主持完成数十项城市生活垃圾焚烧项目的工程咨询、设计工作。

介绍

生活垃圾焚烧产生的烟气中含有多种污染物，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；二恶英，以上污染物的原始浓度受生活垃圾成分、燃烧条件等因素的影响。

烟气净化系统的作用是去除生活垃圾焚烧产生的烟气中所含的各种污染物，使最终排入大气的烟气成分达到项目允许的排放标准，实现生活垃圾的清洁焚烧。烟气排放是否达标是衡量项目是否合格的最基本指标，也是重要指标之一。

本文通过对生活垃圾焚烧烟气排放指标、工艺演变及发展方向的分析，介绍一种新型“双袋式”烟气净化工艺，供选择，并与研究烟气净化技术的人士交流。

生活垃圾焚烧烟气排放指标确定原则

为了防止生活垃圾焚烧产生的烟气造成二次污染，烟气必须经过净化处理达标后才能排放到空气中。因此，人们十分关心生活垃圾焚烧烟气排放指标的确定。在确定标准时，要实事求是、科学客观，避免跟风、盲目对比。

《生活垃圾清洁焚烧处理指南》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》为底线，在结合省有关规定和环评审批指标的基础上，制定适当冗余度，采取确保达标排放的厂级控制指标三线原则，目的是充分考虑各种情况，最大限度减少烟气排放对厂区大气环境的影响。

由此可以看出：（1）《生活垃圾焚烧污染控制标准》是最低标准，所有生活垃圾焚烧项目都必须达到此标准；（2）地方标准和环评审批指标是确定烟气排放指标最重要的依据；（3）可考虑适当裕度；（4）应综合考虑各种因素（如技术、经济等）；（5）必须确保烟气排放指标长期稳定实现。

城市生活垃圾焚烧烟气净化技术发展及分析

随着生活垃圾焚烧项目的增长，基于烟气排放指标的不断提高，烟气净化工艺由初级向高级演进。生活垃圾焚烧烟气净化技术的演进主要经历了三个阶段（如图1所示）。

图1：垃圾焚烧烟气净化技术演变

生活垃圾焚烧行业发展初期，行业整体处于谨慎发展阶段，项目数量较少，工程经验和运行数据相对缺乏，烟气排放指标大多满足-2001年。

氮氧化物排放浓度主要靠燃烧控制，烟气净化系统无需配备脱硝工艺。这一阶段采用的典型工艺为“半干法（或干法或循环流化床法）+活性炭吸附+布袋除尘”，工艺简单，建设和运行费用低，且能达标排放，为国内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高，这一工艺已逐渐被淘汰。

随着社会经济的快速发展和全社会对环境保护的重视，生活垃圾焚烧污染控制标准也随之提升：新建生活垃圾焚烧项目于2014年7月1日起实施，2016年1月1日起-2014年与2001年相比，各类烟气污染物排放指标有明显提高，特别是颗粒物、硫氧化物、氮氧化物和二恶英等四类污染物排放指标明显提高，详见图2。

图2：2001年至2014年部分指标对比

为了满足升级后的烟气排放指标，增加了SNCR脱硝工艺和一级脱酸工艺，因此中段采用的典型烟气净化工艺为“SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+袋式除尘”。

针对颗粒物、重金属及二噁英等，虽然同样采用“活性炭吸附+袋式除尘”工艺，但活性炭喷入量、袋式除尘器过滤面积及过滤风速等会根据项目实际要求做相应调整。

由于该工艺技术经济性能好，得到广泛应用。由于对氮氧化物排放指标要求严格，部分项目会在此工艺基础上增设SCR。目前从全国来看，普遍采用“SNCR+半干法+干法”“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”工艺。

近年来，生活垃圾焚烧项目建设质量进一步提高，许多地方涌现出许多焚烧规模大、建设标准高、烟气排放标准非常严格的代表性项目，在满足欧盟-2014、欧盟2010要求的基础上，提出了更高的要求：如氮氧化物达到75mg/Nm3、粉尘达到5mg/Nm3、HCl达到5mg/Nm3等，因此产生了典型的高级烟气净化工艺“SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘+SCR+湿法”。

该工艺在中间阶段的烟气净化过程中增加了SCR工艺和湿法工艺，SCR工艺确保深度去除氮氧化物，湿法工艺去除更全面，可以去除酸性气体、颗粒物、重金属和二恶英等。两种过滤器均具有深度去除污染物的能力，从而达到最严格的烟气排放标准。

该项技术在上海、广州、宁波等城市已有应用，但总体比例较小，不具备全面推广的条件和必要性。

从上述烟气净化技术的演变历程中我们可以看出，为了满足日益严格的烟气排放指标，烟气净化技术在不断地增加工艺阶段，显然烟气净化技术的演变具有一定的合理性和必然性。

从不同阶段烟气净化工艺的差异可以看出，每一阶段的典型工艺都是在前一阶段典型工艺的基础上增加一些工艺段，这种连续简单累加工艺的做法仍然存在不足，下面的分析以典型的先进烟气净化工艺“SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘+SCR+湿法”为例。

首先，关于酸性气体的脱除，该工艺同时采用三段脱酸工艺，显然过于冗余，采用两段脱酸工艺：“半干法+湿法”或者“干法+湿法”，才能完全满足对酸性气体排放最严格的要求。

过度冗余的工艺配置确实可以让人心平气和，利于项目前期工作的推进。另外，对于项目建设运营实体而言，采用过度冗余的“半干法+干法”+湿法工艺，也存在在实际操作中绕过“湿法”工艺，大幅降低运行成本的可能性。但作为一名业内工程技术人员，以上两种“优点”有悖于科学、客观的工艺选择原则。综合考虑工艺性能、建设投资和运行维护等因素，笔者更倾向于选择“干法+湿法”。

第二，关于节水节能。锅炉出口烟气温度约为190℃，烟气经蒸发降温至约150℃后进入布袋除尘器。在随后的SCR工艺中，需要对烟气进行加热，烟气温度达到SCR催化剂反应温度（190℃以上）后进入SCR反应塔；从湿式洗涤器出来的烟气温度下降至约60℃，需要再次加热后才能进入烟囱，避免结露。此过程中烟气温度变化曲线如图3所示。

图3 高级烟气净化工艺中烟气温度变化曲线

可以看出，在这个过程中，烟气有冷却、加热、冷却、再加热的反复过程，会消耗大量的水和热量。虽然满足了需求，也确实带来了极好的净化效果，但是这个过程确实消耗了大量的水和热量。我们能否在满足同样工艺性能的情况下，实现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，但由于其运行成本较高，我国湿法工艺实际应用还比较少。湿法工艺不仅对酸性气体有很好的去除效果，对颗粒物也有很好的去除效果，对重金属和二恶英也有很好的去除效果。目前，烟气中颗粒物、重金属、二恶英的去除主要通过活性炭吸附和后续的布袋除尘的联合作用来实现。过滤风速的确可以部分改变颗粒物、重金属、二恶英的排放指标，但如果颗粒物、重金属、二恶英的排放指标极其严格，我们该怎么办呢？因此，我个人认为，湿法工艺处理洗烟废水成本较高，能耗较高，但其对污染物的深度综合去除性能无疑使其具有特殊的地位，特别是在烟气需要超洁净排放的情况下。

生活垃圾焚烧烟气净化技术两大发展方向

如上所述，烟气净化系统的作用是去除生活垃圾焚烧产生的烟气中所含的各种污染物，使最终排入大气的烟气成分达到项目允许的排放标准。净化工艺的首要因素是其去除烟气污染物的性能，但仅仅考虑烟气净化工艺的性能是不够的。

随着生活垃圾焚烧的发展，适应各类烟气排放指标的工艺均得到了不同程度的使用和验证；现阶段，相比于进一步提高工艺的技术性能，更多的是如何提高工艺的经济性(如：节水、节能、降低建设和运行成本)需要更多的研究和改进，这也成为烟气净化技术发展的一大方向。

只有满足工艺性能，实现技术与经济的完美结合，烟气净化工艺才真正具有可行性。只追求工艺性能而不考虑运行成本的工艺是不可持续的。开拓思路，开阔视野，积极消化吸收一切优秀的新技术，而不要被现有技术所局限，这是十分必要的。下文将介绍和分析国外工程案例中实施的优秀烟气净化技术，以供参考。

经过30多年的发展，生活垃圾焚烧发电取得了显著成效，生活垃圾焚烧项目已基本覆盖大中城市，但县镇生活垃圾焚烧设施十分缺乏，建设小型垃圾焚烧设施已提上议事日程。

由于小型生活垃圾焚烧设施受垃圾处理补贴、建设运营成本、运行管理水平等诸多因素影响，小型焚烧设施完全照搬原有的烟气净化工艺显然不合适，只有对原有烟气净化工艺进行优化或提出新的烟气净化工艺，才能真正满足小型焚烧设施的实际需要。

因此，随着小型焚烧设施的发展需求，研发适合小型焚烧设施的烟气净化技术将是烟气净化技术的另一个发展方向。例如：集多效（除尘、脱硝、脱酸）于一体的净化工艺，具有工艺简单、节省空间、有效降低成本等优点，这对于小型生活垃圾焚烧来说无疑具有很大的吸引力。

生活垃圾焚烧新型烟气净化工艺分析

下面就一种兼具优良工艺性能和节水节能的新型烟气净化工艺：“双袋式”烟气净化工艺【干法+布袋除尘+SCR+省煤器+干法+活性炭喷吹+布袋除尘】进行分析。该工艺在国内尚未在工程上应用。

如图4所示，其工艺流程简述如下：锅炉出口烟气（约240℃）经干法（碳酸氢钠干粉）进行第一级脱​​酸后，烟气进入第一级袋式除尘器，烟气中的酸性气体及颗粒物大部分被脱除，之后进入SCR反应塔进行脱硝。SCR反应塔出口高温烟气经省煤器进行换热，烟气温度降至140℃左右。在煤燃烧器与二级袋式除尘器连接的烟道内喷入碱性吸收剂干粉（氢氧化钙干粉）及活性炭进行二级脱酸及重金属、二噁英吸附，最后进入第二级袋式除尘器进行除尘。净化后的烟气经烟囱排入大气。

图4：典型“双袋”烟气净化工艺示意图

从以上“双袋”烟气净化工艺的介绍可以看出，该工艺包括两级干法脱酸工艺（碳酸氢钠干法工艺+氢氧化钙干法工艺）+两级袋式除尘器+SCR（中温），工艺性能优良。“双袋”烟气净化工艺采用两台袋式除尘器，不但可以提高除尘效率，而且在节能节水方面具有显著的优势：

（1）烟气无需升温就为SCR系统提供了适宜的反应温度和反应条件。该工艺第一段采用碳酸氢钠干法工艺及布袋除尘，烟气中大部分酸性气体及粉尘被除去，从第一段布袋除尘器出来的气体温度仍保持在230℃左右，适合SCR反应，SCR脱硝效率高，不需要消耗热量来升温烟气。

以常规工艺为例，假设袋式除尘器出口烟气温度为140℃，SCR反应温度为230℃，则将1吨生活垃圾焚烧产生的烟气从140℃加热到230℃所需的热量约为640MJ，若生活垃圾热值为/kg，则这相当于焚烧80kg（焚烧量的8%）生活垃圾产生的热量。

（2）整个过程不加水，不产生废水。从SCR反应塔出来的烟气温度约为220℃，通过设置省煤器，利用高温烟气中的热量，降低烟气温度，可将烟气温度降至140℃左右，因此整个过程无需加水降低烟气温度。以常规工艺为例，如果考虑注入冷却水降低烟气温度，焚烧1吨生活垃圾产生的烟气将由220℃降至140℃，从图5烟气温度变化曲线可以看出，此过程中烟气温度逐步下降，不需要反复降温、升温，显然这对节能降耗非常有利，而且不需要加水。

图5 “双袋”烟气净化工艺中烟气温度变化曲线

总结

1、生活垃圾焚烧烟气净化系统起着至关重要的作用，直接关系到生活垃圾焚烧处理的未来发展。

2、生活垃圾焚烧烟气排放指标应根据项目实际情况合理确定，避免不切实际、盲目的比较。

3、生活垃圾焚烧烟气净化工艺应根据确定的烟气排放标准合理选择，既要满足长期稳定达标的烟气排放要求，又要考虑烟气净化系统的建设投资和运行费用，避免烟气净化系统的冗余。

4、烟气净化技术的选择和优化要与时俱进，不能局限于几种基础技术的简单叠加或串联组合，要勇于突破，不断探索出更优的烟气净化技术。

5、除了工艺性能优良、节能降耗外，提高工艺的经济性、研究真正适用于小型垃圾焚烧设施的烟气净化工艺将是烟气净化工艺未来的两个发展方向。

来源 | CE

作者 | 简瑞焕