一、生活垃圾焚燒煙氣工藝應(yīng)用情況

我國生活垃圾焚燒行業(yè)從“十二五”開始快速發(fā)展，進入“十四五”時期，全國地級以上城市基本實現(xiàn)了以焚燒為主的生活垃圾處置方式，整個行業(yè)也逐漸由建設(shè)高峰期過渡到運營高峰期。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止至2021年12月底，全國生活垃圾焚燒總項目存量已達到1050座，投運項目達到746座，預(yù)計到“十四五”末期，全國投運的焚燒項目將超過1200座以上，焚燒能力缺口也將基本補齊。垃圾焚燒行業(yè)規(guī)模增長帶來的紅利已基本釋放殆盡，相關(guān)企業(yè)的后續(xù)發(fā)展將直面垃圾分類帶來的焚燒垃圾量縮減、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進一步趨嚴(yán)和雙碳目標(biāo)下能效提升減碳降耗等多重壓力，促使行業(yè)進一步總結(jié)運營經(jīng)驗，進一步開展工藝技術(shù)提升和優(yōu)化的研究與應(yīng)用。

從焚燒煙氣凈化工藝來看，分為脫酸、脫硝、除塵、除二噁英和重金屬等，其中除塵、二噁英和重金屬去除技術(shù)已較為成熟穩(wěn)定。脫酸工藝主要有濕法、半干法和干法，脫硝工藝主要有SCR、SNCR、ICR/PNCR（高分子脫硝）和煙氣再循環(huán)，投資運行費用及脫硝效率均依次降低，并且各廠煙氣工藝的差異主要為脫酸脫硝工藝的不同。截止2019年底，國內(nèi)焚燒廠應(yīng)用最多的煙氣組合工藝為“SNCR+半干法+干法+活性炭+布袋除塵器”，占比達到50%以上（見圖1），可滿足GB18485-2014規(guī)定的排放要求。但是，國內(nèi)區(qū)域性污染物濃度限值有較大差異，部分地方環(huán)保指標(biāo)也逐步趨嚴(yán)，例如，天津、東莞、洛陽等地將氮氧化物排放限值提標(biāo)到100mg/Nm3，上述常用組合工藝若想滿足新的排放要求將有一定難度。

圖1 生活垃圾焚燒廠煙氣配置情況逐年統(tǒng)計圖

二、焚燒煙氣工藝優(yōu)化路線簡析

（一）脫酸工藝優(yōu)化

目前大多數(shù)脫酸工藝中仍采用半干法，其早期核心設(shè)備高速旋轉(zhuǎn)霧化器以進口為主，近期技術(shù)引進和自主研發(fā)的國產(chǎn)化霧化器也得到一定程度的工程應(yīng)用。干法脫酸在國內(nèi)一般與半干法組合使用為主，獨立干法方式由于系統(tǒng)設(shè)計、藥劑使用和停留時間等方面未達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，實際使用效率相對較低。濕法脫酸效率最高，投資及運行費用也最高，并且因其工藝系統(tǒng)復(fù)雜，產(chǎn)生的洗煙廢水還需單獨處置，因此并未普遍應(yīng)用于工程中，主要應(yīng)用在沿海經(jīng)濟條件較好的省市。而且從工程實踐中可知，半干法和濕法工藝進一步優(yōu)化提升的空間有限，做好運行管理，降低故障、減少單位藥劑消耗才是優(yōu)化的主要方面。

在干法工藝和藥劑使用方面，國內(nèi)技術(shù)應(yīng)用相對粗放，可在以下兩方面進行提升優(yōu)化：

第一，設(shè)備系統(tǒng)的優(yōu)化。目前國內(nèi)應(yīng)用的干法技術(shù)以在煙道中直接噴入碳酸氫鈉或消石灰干粉為主，因煙道較短，干粉藥劑在煙道中停留時間相對就短，很快就被布袋除塵器截留下來，并隨布袋清灰進入飛灰，因此大量未充分反應(yīng)的藥劑進入飛灰中，使其脫酸效率不達預(yù)期。從運行效果看，還有3個不利影響：（1）噸垃圾干粉藥劑消耗量偏高；（2）飛灰產(chǎn)量相對較高；（3）飛灰pH值偏高。針對上述問題，可以考慮引入干式反應(yīng)器提升干法效率，從而降低藥劑消耗和飛灰產(chǎn)量。干式反應(yīng)器技術(shù)起源于歐洲，它具有結(jié)構(gòu)簡單、占地面積小、投資運行成本低和無廢水等優(yōu)點，在歐洲焚燒項目上應(yīng)用較多（見表1）。

第二，干粉藥劑的優(yōu)化。常用的脫酸藥劑為消石灰，目前國內(nèi)消石灰的品質(zhì)不一，實際噸垃圾耗量大；脫酸效率較高的碳酸氫鈉也存在藥劑成本高，易潮解板結(jié)等問題。從藥劑選擇方面，主要在提升藥劑品質(zhì)和降低成本上下功夫，可采用的方法有兩種：（1）活性石灰的應(yīng)用。消石灰在制備過程中通過提高其比表面積和活性，可大幅提升脫酸效率，降低噸垃圾藥耗，減少飛灰產(chǎn)量。目前在歐洲應(yīng)用相對較多。（2）降低碳酸氫鈉成本。通過增設(shè)碳酸氫鈉研磨系統(tǒng)，一方面可大幅降低采購成本，另一方面可避免高細(xì)度碳酸氫鈉長時間貯存而潮解板結(jié)問題。

可以認(rèn)為，將干式反應(yīng)器和高效藥劑有機結(jié)合并工程應(yīng)用，是行業(yè)集約低碳發(fā)展的方向之一。正如表1中所示，在歐洲約有1/3的焚燒廠僅通過干法工藝即可實現(xiàn)煙氣達標(biāo)排放。對于新建項目和有改造需求的老項目，面對較高的環(huán)保指標(biāo)時，在不能配置濕法組合工藝情況下，也可考慮通過“半干法+高效干法”工藝組合來實現(xiàn)較好的脫酸效果。

（二）脫硝工藝優(yōu)化

國內(nèi)垃圾焚燒廠應(yīng)用較多的脫硝工藝有SNCR、SCR和煙氣再循環(huán)，近幾年還出現(xiàn)了一種高分子脫硝技術(shù)（ICR/PNCR），并逐漸有一些工程應(yīng)用。下文分別論述:

第一，煙氣再循環(huán)。從工程經(jīng)驗可知，應(yīng)用效果較好的再循環(huán)系統(tǒng)能單獨將氮氧化物降低100-150mg/Nm3左右，同時其也屬于低碳燃燒技術(shù)，減污同時也能降低系統(tǒng)能耗，上海環(huán)境在國內(nèi)首先應(yīng)用了該技術(shù)并進行了推廣。

第二， SNCR。 該技術(shù)是當(dāng)前最為廣泛使用的脫硝技術(shù)，脫硝效率約在40-50%，并且效率高低直接受爐膛一通道溫度分布影響。隨著生活垃圾分類及多源固廢摻燒等因素影響，爐膛溫度分布變化較大，SNCR噴槍位置也需作相應(yīng)調(diào)整。為解決這一難題，我院利用從歐洲專門定制的水冷式溫度探針，可對爐膛一通道不同的縱向高度位置和橫向深度位置的溫度分布情況進行現(xiàn)場實測和在線診斷（見圖2），判斷噴槍位置是否處于SNCR最佳反應(yīng)溫度區(qū)間，以達到最大脫硝效率。

圖2 溫度探針現(xiàn)場測試

第三，SCR。 該系統(tǒng)脫硝效率最高，可達到60%左右，但投資及運行費用也最高，因此其應(yīng)用項目多在經(jīng)濟條件較好的地區(qū)。該工藝需配置蒸汽煙氣換熱器SGH，通過消耗大量本可用于發(fā)電的蒸汽來將煙氣溫度提升到SCR催化劑合適的反應(yīng)溫度區(qū)間。此外，SCR催化劑的使用壽命通常為3-5年左右，而且價格昂貴，整體更換一次的代價較高，且更換下來的催化劑屬于危廢，需專門處置。SCR催化劑在使用過程中，隨著灰塵和硫酸氫銨（ABS）在催化劑表面的逐漸富集，其效率也會逐漸降低，壓差也隨之提高。針對這一問題，可配置催化劑再生裝置，定期對催化劑進行再生處理。

第四，ICR/PNCR。該技術(shù)近幾年才開始在垃圾焚燒廠應(yīng)用，其系統(tǒng)配置簡單，通過氣力輸送裝置將固體粉狀或顆粒狀脫硝劑噴入高溫爐膛內(nèi)后，在850-1050℃條件下生成活性氨和氨基化合物等有效成分，與氮氧化物反應(yīng)生成氮氣、水、CO₂等。該工藝溫度區(qū)間與SNCR相近，噴槍位置也可與SNCR噴槍交錯布置。該技術(shù)在早期存在氨逃逸超標(biāo)及管道堵塞等問題，經(jīng)過近幾年的工程實踐和改進，在工程上得以快速推廣。

上海環(huán)境依托燃燒調(diào)整、爐內(nèi)溫度和動力場的模擬與檢測技術(shù)，形成了“煙氣再循環(huán)+SNCR+ICR”專有組合技術(shù)（簡稱SCR+），并在部分項目上得到應(yīng)用。如某廠所在地方標(biāo)準(zhǔn)要求100mg/Nm³，實際運行可將氮氧化物穩(wěn)定控制在80mg/Nm3以下（見圖3），且NOx排放濃度波動更加平緩，同時藥劑消耗大幅降低，氨逃逸也較低。

圖3 某廠使用ICR前后的氮氧化物對比（綠色線條代表氮氧化物）

綜上所述，隨著地方性污染物排放標(biāo)準(zhǔn)趨嚴(yán)，對于脫硝系統(tǒng)只配置SNCR的焚燒企業(yè)，穩(wěn)定達標(biāo)和氨逃逸控制更加困難。基于大量的基礎(chǔ)研究和工程實踐，上海環(huán)境提出了SCR+高效脫硝工藝，其核心即是基于爐型的煙氣再循環(huán)定制化設(shè)計+SNCR各層溫度窗口優(yōu)化投用+寬溫度區(qū)間的ICR高效配合，以實現(xiàn)綜合脫硝藥耗最低的高效經(jīng)濟目標(biāo)，可實現(xiàn)80mg/Nm3甚至更低的標(biāo)準(zhǔn)下穩(wěn)定運行，同時氨逃逸也能得到更好控制。

三、 總結(jié)

在多重壓力下，垃圾焚燒煙氣工藝路線優(yōu)化會越來越明確，不斷出現(xiàn)并逐步在工程應(yīng)用上取得較好效果的煙氣凈化新工藝、新設(shè)備、新材料和新產(chǎn)品也將為行業(yè)內(nèi)的企業(yè)提供更多選擇，各家企業(yè)可“因地制宜”，最終目標(biāo)是既能兼顧經(jīng)濟效益，也能保證環(huán)保達標(biāo)。