摘要：近年來(lái)建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電廠成為各地政府應(yīng)對(duì)垃圾處理難題的普遍選擇,其大氣污染物排放量隨之也越來(lái)越大,主要大氣污染物參照火電建設(shè)項(xiàng)目實(shí)施超低排放逐漸成為新的大氣污染物控制要求。根據(jù)調(diào)研和工程實(shí)踐,垃圾焚燒發(fā)電廠超低排放技術(shù)路線成熟,可采用選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)(SNCR)+旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫酸(SDA)+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵器,實(shí)施后主要大氣污染物可實(shí)現(xiàn)較大幅度的排放量削減,最大減排率可達(dá)80%,對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的小時(shí)、日均和年均影響均有較顯著改善,環(huán)境效益和社會(huì)效益顯著。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和居民生活水平的逐漸提高，生活垃圾產(chǎn)生量逐年增加，特別是近年來(lái)生活垃圾產(chǎn)量逐年提高。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅我國(guó)城市生活垃圾的清運(yùn)量，就從2012 年的17 080. 9 萬(wàn)t 增加到了2018 年的22 801. 8 萬(wàn)t，年復(fù)合增長(zhǎng)率為5. 95%[1]。而2018 年我國(guó)的生活垃圾總量為4. 69億t，2018 年的城市生活垃圾產(chǎn)生量?jī)H占該年全部生活垃圾的一小部分。作為實(shí)現(xiàn)垃圾無(wú)害化、減量化和資源化最為有效的方法，建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電廠已成為各地政府應(yīng)對(duì)垃圾處理難題的普遍選擇。根據(jù)相關(guān)報(bào)道，截至2018 年底，我國(guó)大陸建成并投入運(yùn)行的生活垃圾焚燒電廠為364 座，裝機(jī)容量達(dá)到778 萬(wàn)kW，年垃圾焚燒總量超過(guò)1 億t。隨著我國(guó)城市化水平和村鎮(zhèn)管理水平的逐步提高，未來(lái)生活垃圾收集和儲(chǔ)運(yùn)以及焚燒量也會(huì)隨之提高。在此新形勢(shì)下，政府和公眾對(duì)垃圾焚燒帶來(lái)的大氣污染危害的關(guān)注度日益提升，相關(guān)部門陸續(xù)發(fā)布了一系列污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范等文件，對(duì)垃圾焚燒大氣污染物排放濃度的控制要求日趨嚴(yán)格。一些地方政府甚至已經(jīng)要求新建垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目主要污染物排放濃度參照火電廠大氣污染物超低排放要求進(jìn)行。目前，我國(guó)垃圾焚燒電廠大氣污染物排放執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》( GB 18485 - 2014)及其修改單。超低排放概念及其要求是近年來(lái)針對(duì)燃煤機(jī)組提出的，即要求燃煤機(jī)組排放煙氣中的煙塵、SO2、NOx濃度分別小于10 mg /m3、35 mg /m3、50 mg /m3[5]。《關(guān)于印發(fā)〈煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃( 2014 - 2020 年) 〉的通知》( 發(fā)改能源〔2014〕2093 號(hào)) 要求中國(guó)部分地區(qū)新建和在運(yùn)燃煤發(fā)電機(jī)組應(yīng)實(shí)現(xiàn)超低排放。生活垃圾焚燒項(xiàng)目特征因子HCl、重金屬類等污染物超低排放通常參照《歐盟工業(yè)排放指令》( 2010 /75 /EU) 執(zhí)行。國(guó)家現(xiàn)行垃圾焚燒煙氣執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)與超低排放要求對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 * 歐盟標(biāo)準(zhǔn)為300 min 平均值。除煙塵、SO2、NOx 、CO、HCl 外，其他污染物數(shù)值均為測(cè)定均值。由表1 可知，與國(guó)標(biāo)相比較，超低排放要求煙塵、SO2、NOx小時(shí)和日均排放濃度均有大幅度降低; CO 和HCl 小時(shí)排放濃度無(wú)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(cè)定值Cd+ Tl 和Sb + As + Pb + Cr + Co + Cu + Mn + Ni 降低了50%，其他無(wú)變化; 二噁英類無(wú)變化?？傮w來(lái)看，新形勢(shì)下垃圾焚燒電廠執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)變化主要體現(xiàn)在對(duì)煙塵、SO2、NOx等三種常規(guī)污染物執(zhí)行符合低排放標(biāo)準(zhǔn)的削減與控制。目前，我國(guó)垃圾焚燒電廠煙氣凈化系統(tǒng)通常配置為: 選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)( SNCR) + 旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫酸( SDA) + 干法脫酸+ 活性炭吸附+ 布袋除塵器[8 - 17]。該套工藝系統(tǒng)可使煙氣污染物排放濃度滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)( GB 18485 - 2014 ) 和歐盟2010 /75 /EU 標(biāo)準(zhǔn)要求，但主要大氣污染物濃度不能滿足超低排放要求。要實(shí)現(xiàn)超低排放需進(jìn)一步降低煙塵、SO2和NOx三種常規(guī)大氣污染物排放濃度，改進(jìn)現(xiàn)有煙氣凈化工藝，提升煙氣凈化效率。根據(jù)國(guó)內(nèi)相關(guān)工程實(shí)踐，布袋除塵器可實(shí)現(xiàn)99. 99%的除塵效率，目前我國(guó)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(guò)99. 9%。根據(jù)垃圾焚燒煙氣的特點(diǎn)調(diào)整布袋材質(zhì)和增加布袋數(shù)量可進(jìn)一步提高布袋除塵效率至99. 97% 以上，煙塵排放濃度由低于30 mg /m3 降至低于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: 干法脫酸、半干法脫酸和濕法脫酸，具體如表2所示。由表2 可知，采用濕法脫酸工藝可在干法脫酸工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高脫硫效率75% 以上，綜合脫硫效率高，可實(shí)現(xiàn)小時(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)100 mg /m3 ( 國(guó)標(biāo)) 到35 mg /m3 ( 超低排放要求) 的跨越。采用低氮燃燒技術(shù)可控制垃圾焚燒電廠NOx產(chǎn)生濃度低于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(shí)現(xiàn)40% 的脫除效率，SCR 脫除效率為50% ～ 90%。在低氮燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用脫酸塔和除塵器后加低溫SCR脫硝工藝可實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒電廠NOx煙氣超低排放。由于煙氣經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫酸后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(yīng)的正常進(jìn)行，需要將煙氣系統(tǒng)溫度整體提升到SCR 的反應(yīng)溫度區(qū)間。目前成熟的煙氣升溫方法有2 種，一是通過(guò)煙氣煙氣換熱器( GGH) 有效利用系統(tǒng)自身熱量來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)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(jī)蒸汽來(lái)加熱煙氣。
綜上所述，垃圾焚燒電廠主要大氣污染物超低排放基本技術(shù)路線可選擇為: 低氮燃燒技術(shù)+ SNCR+ SDA + 活性炭吸附+ 高效布袋除塵器+ GGH 或SGH + 低溫SCR + 濕法洗滌脫酸，依據(jù)鍋爐出口SOx濃度值大小，對(duì)于低溫SCR 工藝選擇和濕法洗滌脫酸的具體布局方案做適當(dāng)調(diào)整。以國(guó)內(nèi)某生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，計(jì)算超低排放主要大氣污染物削減環(huán)境效益。該項(xiàng)目所在縣域常駐人口122 萬(wàn)，其中城鎮(zhèn)人口約30 萬(wàn)，日產(chǎn)生生活垃圾量約650 t，據(jù)此設(shè)計(jì)生活垃圾焚燒量為1 × 600 t /d，采用機(jī)械爐排爐，配中溫中壓余熱鍋爐和1 × 12 MW 凝汽式發(fā)電機(jī)組，煙囪高度80 m，出口內(nèi)徑2. 0 m，煙溫150℃，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)8 500，年發(fā)電量約0. 81 × 108 kW·h。該項(xiàng)目目前采用的大氣污染控制技術(shù)路線為:低氮燃燒技術(shù)+ SNCR + 半干法脫酸+ 活性炭吸附+ 噴射法脫硫+ 高效布袋除塵器，根據(jù)同級(jí)別、同爐型、同燃料、同措施項(xiàng)目大氣污染物排放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類比分析，可滿足國(guó)家和當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行生活垃圾焚燒大氣污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)前文所述類比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定該項(xiàng)目大氣污染物產(chǎn)生濃度，在實(shí)施超低排放要求后，煙塵、SO2和NOx排放量可實(shí)現(xiàn)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(shí)施超低排放后，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，分別占原排放量的50. 3%、49. 9%和80. 0%。2. 2 環(huán)境空氣質(zhì)量影響改善分析該項(xiàng)目所在地為平原農(nóng)村地區(qū)，選用《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》( HJ 2. 2 - 2018) 推薦的進(jìn)一步預(yù)測(cè)模式AERMOD 模型進(jìn)行環(huán)境空氣質(zhì)量影響改善模擬分析。AERMOD 是一個(gè)穩(wěn)態(tài)煙羽擴(kuò)散模式，可基于大氣邊界層數(shù)據(jù)特征模擬點(diǎn)源、面源、體源等排放出的污染物在短期( 小時(shí)平均、日平均) 、長(zhǎng)期( 年平均) 的濃度分布，適用于農(nóng)村或城市地區(qū)、簡(jiǎn)單或復(fù)雜地形。模型所需地面氣象數(shù)據(jù)采用項(xiàng)目所在地氣象站2017 年全年逐時(shí)風(fēng)向、風(fēng)速、云量、氣溫等觀測(cè)資料。該氣象站屬于國(guó)家一般站，與本項(xiàng)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(shù)據(jù)采用生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評(píng)估中心環(huán)境量模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供的格距為27 km 的Wrf 中尺度氣象模型模擬數(shù)據(jù)，網(wǎng)格中心點(diǎn)距離本項(xiàng)目廠址小于5 km。項(xiàng)目大氣預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)范圍為以煙囪為中心點(diǎn)，邊長(zhǎng)11. 0 km 的正方形區(qū)域。采用直角坐標(biāo)網(wǎng)格，取東西向?yàn)閄 坐標(biāo)軸、南北向?yàn)閅 坐標(biāo)軸，網(wǎng)格距為50 m。通過(guò)計(jì)算，可得出所排放的污染物在每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的最大落地濃度值。環(huán)境空氣質(zhì)量改善模擬預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。
由表4 可知，垃圾焚燒電廠實(shí)施超低排放后主要大氣污染物對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的小時(shí)、日均和年均影響均有較顯著的改善，其中對(duì)NO2影響的改善優(yōu)于PM10和SO2。( 1) 建設(shè)垃圾焚燒發(fā)電廠是垃圾處理的主要手段，政府和公眾對(duì)垃圾焚燒帶來(lái)的大氣污染危害的關(guān)注度日益提高，一些地區(qū)對(duì)垃圾焚燒電廠開(kāi)始實(shí)施更嚴(yán)格的燃煤電廠超低排放要求。( 2) 垃圾焚燒電廠實(shí)施燃煤電廠超低排放要求技術(shù)方法成熟，主要大氣污染物可實(shí)現(xiàn)較大幅度的排放量削減，最大減排率可達(dá)80%。( 3) 垃圾焚燒電廠實(shí)施超低排放后，其主要大氣污染物對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量的小時(shí)、日均和年均影響均有較顯著改善。
