錢冉冉

（福建龍凈環(huán)保股份有限公司廈門分公司 福建廈門 361009）

2015年，國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議決定在2020年前全面實(shí)施燃煤電廠超低排放。截至2017年底，全國(guó)71%的燃煤機(jī)組完成了超低排放改造，尤其是二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）等主要排放物控制，完全達(dá)到了國(guó)際上最嚴(yán)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。在電力減排空間趨近飽和的基礎(chǔ)上，非電領(lǐng)域越來越受關(guān)注。非電行業(yè)包括鋼鐵、水泥、焦化、炭素、電解鋁、玻璃、陶瓷等企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來非電行業(yè)煤炭消耗量幾乎與電力行業(yè)等同，甚至略高，但非電行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和治理水平遠(yuǎn)低于電力行業(yè)，導(dǎo)致其 NOx、SO2和顆粒物（PM）排放量占全國(guó) 3/4 以上［1］。

近年來，隨著社會(huì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化率的提升，我國(guó)生活垃圾每年以驚人的速度增長(zhǎng)。垃圾焚燒既可對(duì)垃圾無害化、清潔化處理，又可用于發(fā)電，利國(guó)利民。垃圾焚燒發(fā)電受政府和政策鼓勵(lì)的同時(shí)，卻因“鄰避效應(yīng)”而受阻，其原因在于焚燒造成的環(huán)境污染給周邊居民健康帶來了不利影響。在此種形式下，垃圾焚燒發(fā)電污染物排放的控制要求日趨嚴(yán)格。

本文對(duì)垃圾焚燒電廠NOx污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、脫硝技術(shù)及催化劑再生技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，并以海南省文昌市生活垃圾焚燒發(fā)電廠二期1×600 t/d機(jī)械爐排生活垃圾焚燒爐的煙氣凈化系統(tǒng)為例，描述1種典型垃圾焚燒NOx超低排放及催化劑在線再生工藝，對(duì)NOx減排具有重要意義 。

1 垃圾焚燒電廠NOx污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國(guó)垃圾焚燒發(fā)電廠執(zhí)行的煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)為：《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014）。面對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境壓力，部分大氣環(huán)境承載力不高和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，則采用更為嚴(yán)苛的地方標(biāo)準(zhǔn)或歐盟標(biāo)準(zhǔn)（2010/75/EC）；更有甚者采用《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB13223—2011）中有關(guān)燃?xì)鈾C(jī)組的污染物超低排放限值，即50 mg/m3［2］。各標(biāo)準(zhǔn)煙氣NOx排放限值見表1。

2 垃圾焚燒行業(yè)脫硝技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣成分復(fù)雜，除氮氧化物外，還伴有硫氧化物、氯化物、堿金屬和重金屬等，其中NOx平均含量為342 mg/m3，SO2平均含量 314 mg/m3［3］。 目前，我國(guó)大部分垃圾焚燒電廠煙氣凈化系統(tǒng)配置為：SNCR脫硝＋半干法脫酸＋干法噴射脫酸＋活性炭吸附＋布袋除塵器。垃圾焚燒行業(yè)中，目前采用的脫硝技術(shù)有SNCR脫硝、煙氣再循環(huán)、低溫SCR脫硝等。

2.1 SNCR脫硝技術(shù)

選擇性非催化還原法脫硝（SNCR）技術(shù)是在不需要催化劑的情況下，將含NH3的還原劑（通常為質(zhì)量濃度5%左右氨水或者尿素溶液）噴入爐膛內(nèi)，有選擇性的與煙氣中NOx反應(yīng)，在850～1100℃高溫下，NOx被還原生成水和N2。SNCR脫硝工藝由于造價(jià)低，已作為垃圾焚燒鍋爐常規(guī)配置，但鍋爐也會(huì)出現(xiàn)腐蝕和結(jié)垢的弊端。該工藝對(duì)煙氣中NOx的脫除能力十分有限，常規(guī)可使煙氣NOx達(dá)到低于200 mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)，能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB18485—2014和歐盟2010/75/EC標(biāo)準(zhǔn)，但難以達(dá)到更低標(biāo)準(zhǔn)。

表1 垃圾焚燒煙氣NOX排放限值 單位：mg／Nm3（干基、標(biāo)態(tài)、11% O2）

2.2 煙氣再循環(huán)技術(shù)

煙氣再循環(huán)技術(shù)的本質(zhì)是1種低氮燃燒技術(shù)，將部分低溫低氧的煙氣循環(huán)噴入爐膛內(nèi)，降低爐膛平均溫度和助燃空氣中的氧含量，有效抑制NOx的生成。該技術(shù)的脫硝效率可在現(xiàn)有SNCR脫硝后再降30%左右［4］。在鍋爐正常燃燒工況下，爐膛溫度在950～1070℃范圍內(nèi)，且同時(shí)僅運(yùn)行SNCR時(shí)NOx排放可控制在140 mg/Nm3以內(nèi)時(shí)，才能通過此技術(shù)實(shí)現(xiàn)NOx排放濃度＜100 mg/Nm3。受垃圾熱值、環(huán)境溫度、爐膛溫度波動(dòng)等影響，SNCR脫硝效率難以穩(wěn)定控制在較高水平，僅依靠SNCR和煙氣再循環(huán)脫硝技術(shù)無法保證達(dá)到更低的排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 低溫SCR脫硝技術(shù)

選擇性催化還原法脫硝（SCR）技術(shù)是在催化劑存在的條件下，在合適的溫度反應(yīng)區(qū)間，用還原劑NH3有選擇性的將煙氣中的NOx還原為N2和H2O。根據(jù)催化劑的活性溫度區(qū)間，可分為高溫SCR技術(shù)（280～420℃）和低溫SCR技術(shù)（120～250℃），也有對(duì)溫度更精細(xì)的劃分，如中溫、中高溫、中低溫SCR技術(shù)等。電力行業(yè)NOx的超低排放一般通過高溫SCR技術(shù)實(shí)現(xiàn)，SCR布置在脫硫除塵之前的“高溫高含塵”段，溫度區(qū)間為300～420℃，催化劑普遍采用工業(yè)應(yīng)用較為成熟的高溫釩鈦系催化劑。近年來低溫催化劑得到很大的發(fā)展，錳基催化劑具有較高的低溫活性，但其對(duì)于水和硫的抗性較差；釩基催化劑則剛好相反，抗水抗硫性好而脫硝活性較差；此外碳基催化劑在低溫活性、低溫穩(wěn)定性也有著突出的優(yōu)點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)［5］。隨著低溫催化劑的發(fā)展，低溫SCR技術(shù)在非電行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，脫硝效率可達(dá)80%以上。

3 SCR催化劑再生技術(shù)

SCR催化劑在使用過程中，由于煙氣特點(diǎn)、工況條件、日常操作等因素，造成催化劑燒結(jié)、堵塞、中毒等問題，導(dǎo)致催化劑失活。SCR催化劑是SCR技術(shù)的核心，且成本較高，對(duì)失活催化劑進(jìn)行再生很有必要。根據(jù)催化劑失活的原因，可選擇不同的再生技術(shù)，如：水洗除塵、熱再生或熱還原再生、酸堿處理再生、活性鹽活化再生等［6］。傳統(tǒng)催化劑再生技術(shù)多為離線再生，即拆卸催化劑模塊運(yùn)回原廠再生，既費(fèi)時(shí)，拆卸、運(yùn)輸費(fèi)用也較高。

垃圾焚燒行業(yè)SCR催化劑由于受低溫易生成硫酸銨鹽及復(fù)雜煙氣成分的影響，其再生頻率要遠(yuǎn)高于電力行業(yè)的3年/次，催化劑在線再生技術(shù)是較經(jīng)濟(jì)合適的選擇。目前在線再生方法有：①向SCR反應(yīng)器中通入飽和蒸汽對(duì)催化劑進(jìn)行清洗，該方法蒸汽用量較大，清洗效果不高；②通過燃?xì)饧訜釤煔鈱?shí)現(xiàn)催化劑的在線再生，該方法工藝較復(fù)雜，廠內(nèi)未通燃?xì)鈩t無法實(shí)施；③通過再生高溫風(fēng)機(jī)及電加熱器加熱空氣，高溫空氣在催化劑內(nèi)循環(huán)實(shí)現(xiàn)催化劑在線再生，該方法工藝簡(jiǎn)單，耗電量稍高，是目前運(yùn)用較多的方法。

4 垃圾焚燒電廠煙氣超低排放案例分析

海南省文昌市生活垃圾焚燒發(fā)電廠二期1×600 t/d機(jī)械爐排生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目，其對(duì)煙氣排放限值要求較高，見表2。

表2 垃圾焚燒煙氣排放限值（干基、標(biāo)態(tài)、11% O2）

垃圾焚燒煙氣如要達(dá)到上述排放限值，需要對(duì)傳統(tǒng)煙氣凈化工藝進(jìn)行改進(jìn)，并增加煙氣深度凈化工藝。煙塵超低排放可通過提高布袋除塵器材質(zhì)和性能滿足要求，SO2超低排放則需要增加濕法煙氣洗滌系統(tǒng)，NOx超低排放則需要增加SCR脫硝工藝。本項(xiàng)目采用工藝路線為：SNCR脫硝+半干法脫酸+干法噴射+活性炭吸附＋布袋除塵器+濕法脫硫（濕式洗滌塔）+SCR脫硝。

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用成熟的垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目低溫催化劑，其反應(yīng)溫度區(qū)間主要在180～230℃。由于濕式洗滌塔出口煙溫較低，僅為60℃左右。通過設(shè)置煙氣—煙氣換熱器1#GGH，利用脫硫前的煙氣加熱脫硫后的煙氣；且設(shè)置煙氣—煙氣換熱器2#GGH，將SCR脫硝反應(yīng)器出口的煙氣熱量加以利用；再增設(shè)蒸汽—煙氣換熱器SGH，將SCR反應(yīng)器脫硝溫度提升至180℃。此工藝路線在滿足脫硫超低排放需求的基礎(chǔ)上，有效利用了煙氣自身熱量，給后續(xù)脫硝提供了有利條件。其詳細(xì)工藝流程見圖1。

該系統(tǒng)中SCR脫硝裝置布置在脫酸除塵后，催化劑在低塵、低硫的環(huán)境中進(jìn)行低溫催化脫硝反應(yīng)，可減少催化劑磨損和中毒失活風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)催化劑壽命。在焚燒爐大修或者小修停爐期間通過擋板門的啟閉，將空氣通過再生風(fēng)機(jī)和加熱器進(jìn)行升溫后（一般控制在300～350℃），在SCR反應(yīng)器系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。通過高溫?zé)煔鈱⒏街诖呋瘎┥系牧蛩岚被蛄蛩釟浒狈纸?，以提高催化劑的性能，達(dá)到催化劑再生的目的。催化劑再生時(shí)間每次可持續(xù)12 h，再生頻率建議6～12個(gè)月1次，具體可視實(shí)際運(yùn)行情況確定。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)的發(fā)展、國(guó)民對(duì)環(huán)境及健康的日益重視，垃圾焚燒煙氣排放限值將日趨嚴(yán)格。垃圾焚燒超低排放在選擇工藝路線時(shí)，需兼顧全廠系統(tǒng)能耗及運(yùn)維投入，尤其是脫硝系統(tǒng)的升溫工藝有較大的可優(yōu)化空間。垃圾焚燒采用“SNCR+SCR”聯(lián)合脫硝工藝，在爐內(nèi)通過SNCR技術(shù)脫除大部分NOx，工藝后段采用爐外SCR技術(shù)可將SNCR段逃逸的氨加以利用，采用少量低溫催化劑對(duì)NOx進(jìn)一步脫除。低溫SCR脫硝技術(shù)脫硝效率高、易升級(jí)改造，對(duì)滿足現(xiàn)在及將來的垃圾焚燒煙氣脫硝具有重要意義。作為低溫SCR脫硝技術(shù)核心的低溫催化劑面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)，一方面通過催化劑在線再生工藝對(duì)催化劑性能加以維護(hù)，另一方面提高催化劑低溫活性，增強(qiáng)其抗硫、抗水、抗堿金屬及堿土金屬中毒能力，是未來SCR催化劑發(fā)展的重要方向。