作者:席洋 趙秀勇等
2020/12/14 10:35:38 我要投稿北極星大氣網訊:摘要：近年來建設垃圾焚燒發電廠成為各地政府應對垃圾處理難題的普遍選擇,其大氣汙染物排放量隨之也越來越大,主要大氣汙染物參照火電建設項目實施超低排放逐漸成為新的大氣汙染物控制要求。根據調研和工程實踐,垃圾焚燒發電廠超低排放技術路線成熟,可採用選擇性非催化還原脫硝系統(SNCR)+旋轉噴霧乾燥脫酸(SDA)+幹法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵器,實施後主要大氣汙染物可實現較大幅度的排放量削減,最大減排率可達80%,對環境空氣品質的小時、日均和年均影響均有較顯著改善,環境效益和社會效益顯著。
0 引言
隨著我國經濟的不斷發展和居民生活水平的逐漸提高，生活垃圾產生量逐年增加，特別是近年來生活垃圾產量逐年提高。有統計數據顯示，僅我國城市生活垃圾的清運量，就從2012 年的17 080. 9 萬t 增加到了2018 年的22 801. 8 萬t，年複合增長率為5. 95%[1]。而2018 年我國的生活垃圾總量為4. 69億t，2018 年的城市生活垃圾產生量僅佔該年全部生活垃圾的一小部分。作為實現垃圾無害化、減量化和資源化最為有效的方法，建設垃圾焚燒發電廠已成為各地政府應對垃圾處理難題的普遍選擇。根據相關報導，截至2018 年底，我國大陸建成並投入運行的生活垃圾焚燒電廠為364 座，裝機容量達到778 萬kW，年垃圾焚燒總量超過1 億t。隨著我國城市化水平和村鎮管理水平的逐步提高，未來生活垃圾收集和儲運以及焚燒量也會隨之提高。
在此新形勢下，政府和公眾對垃圾焚燒帶來的大氣汙染危害的關注度日益提升，相關部門陸續發布了一系列汙染物排放控制標準和自動監測技術規範等文件，對垃圾焚燒大氣汙染物排放濃度的控制要求日趨嚴格。一些地方政府甚至已經要求新建垃圾焚燒發電項目主要汙染物排放濃度參照火電廠大氣汙染物超低排放要求進行。
1 垃圾焚燒項目超低排放控制
1. 1 超低排放要求
目前，我國垃圾焚燒電廠大氣汙染物排放執行《生活垃圾焚燒汙染控制標準》( GB 18485 - 2014)及其修改單。超低排放概念及其要求是近年來針對燃煤機組提出的，即要求燃煤機組排放煙氣中的煙塵、SO2、NOx濃度分別小於10 mg /m3、35 mg /m3、50 mg /m3[5]。《關於印發〈煤電節能減排升級與改造行動計劃( 2014 - 2020 年) 〉的通知》( 發改能源〔2014〕2093 號) 要求中國部分地區新建和在運燃煤發電機組應實現超低排放。生活垃圾焚燒項目特徵因子HCl、重金屬類等汙染物超低排放通常參照《歐盟工業排放指令》( 2010 /75 /EU) 執行。國家現行垃圾焚燒煙氣執行的排放標準與超低排放要求對比見表1。
表1 * 歐盟標準為300 min 平均值。除煙塵、SO2、NOx 、CO、HCl 外，其他汙染物數值均為測定均值。由表1 可知，與國標相比較，超低排放要求煙塵、SO2、NOx小時和日均排放濃度均有大幅度降低; CO 和HCl 小時排放濃度無變化，而日均排放濃度降幅較顯著; 與歐盟指令比較，重金屬測定值Cd+ Tl 和Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni 降低了50%，其他無變化; 二噁英類無變化。總體來看，新形勢下垃圾焚燒電廠執行標準變化主要體現在對煙塵、SO2、NOx等三種常規汙染物執行符合低排放標準的削減與控制。
1. 2 超低排放技術路線
目前，我國垃圾焚燒電廠煙氣淨化系統通常配置為: 選擇性非催化還原脫硝系統( SNCR) + 旋轉噴霧乾燥脫酸( SDA) + 幹法脫酸+ 活性炭吸附+ 布袋除塵器[8 - 17]。該套工藝系統可使煙氣汙染物排放濃度滿足國家標準( GB 18485 - 2014 ) 和歐盟2010 /75 /EU 標準要求，但主要大氣汙染物濃度不能滿足超低排放要求。要實現超低排放需進一步降低煙塵、SO2和NOx三種常規大氣汙染物排放濃度，改進現有煙氣淨化工藝，提升煙氣淨化效率。
根據國內相關工程實踐，布袋除塵器可實現99. 99%的除塵效率，目前我國大部分垃圾焚燒電廠配置的布袋除塵器除塵效率均不超過99. 9%。根據垃圾焚燒煙氣的特點調整布袋材質和增加布袋數量可進一步提高布袋除塵效率至99. 97% 以上，煙塵排放濃度由低於30 mg /m3 降至低於10 mg /m3，可滿足超低排放要求。
目前，垃圾焚燒電廠脫酸工藝主要包括三種形式: 幹法脫酸、半乾法脫酸和溼法脫酸，具體如表2所示。由表2 可知，採用溼法脫酸工藝可在幹法脫酸工藝的基礎上進一步提高脫硫效率75% 以上，綜合脫硫效率高，可實現小時控制標準100 mg /m3 ( 國標) 到35 mg /m3 ( 超低排放要求) 的跨越。採用低氮燃燒技術可控制垃圾焚燒電廠NOx產生濃度低於300 mg /m3。NOx脫除工藝包括兩種:選擇性非催化還原脫硝( SNCR) 工藝和選擇性催化還原脫硝( SCR) 工藝，其中SNCR 可實現40% 的脫除效率，SCR 脫除效率為50% ～ 90%。在低氮燃燒技術的基礎上，採用脫酸塔和除塵器後加低溫SCR脫硝工藝可實現垃圾焚燒電廠NOx煙氣超低排放。
由於煙氣經過旋轉噴霧乾燥脫酸後急驟降溫和布袋除塵，煙氣溫度一般在145 ～ 160℃，而SCR 所需溫度為180 ～ 250℃，因此為確保脫硝反應的正常進行，需要將煙氣系統溫度整體提升到SCR 的反應溫度區間。目前成熟的煙氣升溫方法有2 種，一是通過煙氣煙氣換熱器( GGH) 有效利用系統自身熱量來調節系統進出口煙溫; 二是利用蒸汽煙氣換熱器( SGH) ，抽取汽包蒸汽或汽輪機蒸汽來加熱煙氣。
綜上所述，垃圾焚燒電廠主要大氣汙染物超低排放基本技術路線可選擇為: 低氮燃燒技術+ SNCR+ SDA + 活性炭吸附+ 高效布袋除塵器+ GGH 或SGH + 低溫SCR + 溼法洗滌脫酸，依據鍋爐出口SOx濃度值大小，對於低溫SCR 工藝選擇和溼法洗滌脫酸的具體布局方案做適當調整。
2 超低排放環境效益
以國內某生活垃圾焚燒發電項目為例，計算超低排放主要大氣汙染物削減環境效益。該項目所在縣域常駐人口122 萬，其中城鎮人口約30 萬，日產生生活垃圾量約650 t，據此設計生活垃圾焚燒量為1 × 600 t /d，採用機械爐排爐，配中溫中壓餘熱鍋爐和1 × 12 MW 凝汽式發電機組，煙囪高度80 m，出口內徑2. 0 m，煙溫150℃，年運行小時數8 500，年發電量約0. 81 × 108 kW·h。
該項目目前採用的大氣汙染控制技術路線為:低氮燃燒技術+ SNCR + 半乾法脫酸+ 活性炭吸附+ 噴射法脫硫+ 高效布袋除塵器，根據同級別、同爐型、同燃料、同措施項目大氣汙染物排放監測數據類比分析，可滿足國家和當地現行生活垃圾焚燒大氣汙染物排放控制標準要求。
2. 1 排放對比分析
根據前文所述類比實測數據確定該項目大氣汙染物產生濃度，在實施超低排放要求後，煙塵、SO2和NOx排放量可實現較大幅度削減，具體情況如表3 所示。
表3 中，總的煙氣量為12. 32 × 104 m3 /h。實施超低排放後，煙塵、SO2和NOx排放量可分別削減8. 2 t /a、37. 2 t /a 和125. 7 t /a，分別佔原排放量的50. 3%、49. 9%和80. 0%。
2. 2 環境空氣品質影響改善分析
該項目所在地為平原農村地區，選用《環境影響評價技術導則大氣環境》( HJ 2. 2 - 2018) 推薦的進一步預測模式AERMOD 模型進行環境空氣品質影響改善模擬分析。AERMOD 是一個穩態煙羽擴散模式，可基於大氣邊界層數據特徵模擬點源、面源、體源等排放出的汙染物在短期( 小時平均、日平均) 、長期( 年平均) 的濃度分布，適用於農村或城市地區、簡單或複雜地形。
模型所需地面氣象數據採用項目所在地氣象站2017 年全年逐時風向、風速、雲量、氣溫等觀測資料。該氣象站屬於國家一般站，與本項目相距約5 km，中間地形平坦，資料具有較好的代表性。高空氣象數據採用生態環境部環境工程評估中心環境量模擬重點實驗室提供的格距為27 km 的Wrf 中尺度氣象模型模擬數據，網格中心點距離本項目廠址小於5 km。
項目大氣預測評價範圍為以煙囪為中心點，邊長11. 0 km 的正方形區域。採用直角坐標網格，取東西向為X 坐標軸、南北向為Y 坐標軸，網格距為50 m。通過計算，可得出所排放的汙染物在每一個網格點的最大落地濃度值。
環境空氣品質改善模擬預測結果見表4。
由表4 可知，垃圾焚燒電廠實施超低排放後主要大氣汙染物對環境空氣品質的小時、日均和年均影響均有較顯著的改善，其中對NO2影響的改善優於PM10和SO2。
3 結語
( 1) 建設垃圾焚燒發電廠是垃圾處理的主要手段，政府和公眾對垃圾焚燒帶來的大氣汙染危害的關注度日益提高，一些地區對垃圾焚燒電廠開始實施更嚴格的燃煤電廠超低排放要求。
( 2) 垃圾焚燒電廠實施燃煤電廠超低排放要求技術方法成熟，主要大氣汙染物可實現較大幅度的排放量削減，最大減排率可達80%。
( 3) 垃圾焚燒電廠實施超低排放後，其主要大氣汙染物對環境空氣品質的小時、日均和年均影響均有較顯著改善。
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