垃圾焚烧厂利用渗滤液中的废氨进行烟气脱硝的应用.pdf

2023 年第 10 期2023 年 10 月生活垃圾焚烧厂垃圾仓内生活垃圾在发酵腐熟过程中会产生渗滤液，其氨氮质量浓度较高，采用生物处理加膜处理工艺很难将氨氮指标降到回用水标准以内。同时，高氨氮会导致污水碳氮比失衡，对活性污泥生化工艺法的稳定运行有一定的影响。而焚烧厂在焚烧生活垃圾的过程中会产生各种污染物包括氮氧化物（NOx），一般会采用选择性非催化还原法（SelectiveNon-catalytic Reduction，SNCR）脱硝工艺，在烟道内喷入还原剂氨水来降低烟气中 NOx含量。针对渗滤液高氨氮处理难题和焚烧厂环保排放经济性问题，有相关研究利用渗滤液中的氨进行烟气脱硝1-2。本项目采用了蒸氨系统，利用蒸氨系统脱除渗滤液中的氨氮并回收制成合适浓度的废氨水，回用于焚烧厂的 SNCR 系统，通过独立的管道喷入锅炉烟道内，达到了减排降耗和达标排放的目的。1蒸氨系统与废氨脱硝工艺江苏省一城市生活垃圾焚烧厂处理规模 6 850 t/d，其烟气净化采用“SNCR 脱硝+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘+SCR（选择性催化还原法）脱硝+湿法脱酸+GGH（烟气换热器）烟气脱白”组合工艺，烟气排放执行 GB 184852014 生活垃圾焚烧污染控制标准 和欧盟 2010/75/EU 要求。配套的渗滤液处理站处理规模为 2 500 t/d，采用“过滤器+初沉池+调节池+高效厌氧罐+微滤+蒸氨+化学软化系统+DTRO 膜（碟管式反渗透膜）系统+RO（反渗透膜）系统”组合工艺，处理后的清水回用于焚烧厂循环冷却水，回用水执行 GB/T 199232005 城市污水再生利用 工业用水水质 表 1 规定的敞开式循环冷却水系统补充水水质标准。渗滤液处理的蒸氨系统设计处理规模为 800 m3/d，由预处理系统、蒸氨脱氮系统和氨水回收系统组成。其产水的氨氮质量浓度低于 100 mg/L，可满足后续处理工艺要求，并且可得到中间产品，即质量分数为 10%15%的氨水，用做焚烧厂 SNCR 系统的原料，实现废水的资源化利用。蒸氨与废氨脱硝工艺流程如图 1 所示。1.1渗滤液蒸氨系统1.1.1蒸氨系统工艺流程渗滤液经高效厌氧反应器处理后的出水进入蒸氨系统，首先经预处理去除悬浮物后进入脱氨原水池，再进入换热器（利用脱氨塔底高温脱氨水做热源），经过预热升温后进入解析脱碳塔，解析出 CO2和废水中的 Ca2+，Mg2+反应生成钙盐析出。随后含氨污水进入汽收稿日期：2023-01-29第一作者简介：熊建平，1978 年生，男，内蒙古乌海人，硕士，工程师，主要从事垃圾焚烧发电的运营管理、环保技术的研究与应用工作。垃圾焚烧厂利用渗滤液中的废氨进行烟气脱硝的应用熊建平，张文军，刁鹏展，尹酉，李加尚，李志华（光大环保能源（苏州）有限公司，江苏 苏州 215000）摘要：生活垃圾焚烧厂配套的渗滤液处理系统采用蒸氨技术进行脱氮袁 通过回收利用废水中的氨制成氨水袁 投入到垃圾焚烧厂烟气处理的脱硝系统中袁 既解决了渗滤液处理的高氨氮难题袁 又为焚烧厂提供了环保耗材遥 蒸氨及脱硝系统运行稳定袁 技术可靠袁 氮氧化物指标稳定袁 研究为生活垃圾焚烧行业节能减排尧 降耗提供了经验参考遥关键词：垃圾焚烧曰 渗滤液曰 蒸氨曰 烟气脱硝中图分类号：X705文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)10-0083-03Application of Waste Ammonia in Leachate for Flue Gas Denitration in WasteIncineration PlantsXIONG Jianping,ZHANG Wenjun,DIAO Pengzhan,YIN You,LI Jiashang,LI Zhihua(Everbright Environmental Energy(Suzhou)Co.,Ltd.,Suzhou 215000,Jiangsu,China)Abstract:Ammonia evaporation technology was adopted to remove nitrogen in the leachate treatment system supporting thedomestic waste incineration plant.The ammonia in waste water is recycled to make ammonia water,which is put into thedenitration system for waste incineration flue gas treatment.This not only solves the problem of high ammonia nitrogen in leachatetreatment,but also provides environmental protection consumables for the incineration plant.The ammonia distillation anddenitrification system operate stably,the technology is reliable,and the nitrogen oxide index is stable,providing experiencereference for energy conservation,emission reduction and consumption reduction in the domestic waste incineration industry.Key words:waste incineration;leachate;ammonia evaporation;flue gas denitration（总第 217 期）节能减排832023 年第 10 期2023 年 10 月图 1蒸氨与废氨脱硝工艺流程图提脱氨塔，含氨污水自上向下，脱出水中的氨氮，然后流入塔底，经换热冷却后进入渗滤液后续处理工艺。经脱氨塔汽提出的氨蒸汽进入冷凝器，氨气通过抽氨混合器进入氨回收塔，在循环吸收泵的反复吸收作用下，生成氨水溶液，随着氨气的循环回收，氨水质量分数越来越高，最后达到 10%以上。氨回收塔内不凝气通过尾气回收塔，除臭净化后送至焚烧炉进行无害化处理。蒸氨系统工艺流程如图 2 所示。1.1.2蒸氨系统设计进出水水质蒸氨系统设计规模 800 m3/d，富裕系数为 1.2，设计运行时间为 22 h，进水量为 43.6 m3/h，设计进出水水质如表 1 所示。蒸氨系统回收形成的质量分数为 10%15%的氨水，储存至 2 个 15 m3储罐中，罐顶装有呼吸阀保证罐顶稳压，储罐内设有液位开关实现泵启停联锁，防止满溢。废氨储罐出口有 2 个废氨泵。表 1蒸氨系统设计进出水水质表1.2废氨回用1.2.1废氨回用工艺流程为了实现废氨的有效利用，可自动切换焚烧厂SNCR 脱硝系统的还原剂，采用氨水或废氨，在废氨泵出口新增 2 路废氨水管道，管路上增加流量计、气动调门，2 路出口分别与 SNCR 系统左一、右一脱硝枪入口管道相连接，有效实现废氨与氨水不间断切换功能。废氨回用工艺流程如图 3 所示。图 2蒸氨系统工艺流程图项目NH3-N 质量浓度/（mg L-1）氨水质量分数/%温度/益设计进水2 000设计出水臆10010 耀 15臆35图 3废氨回用工艺流程图化学软化系统蒸氨脱氮系统预处理系统厌氧出水废氨回收系统废氨水储存罐产水锅炉SNCR 系统废氨预处理原水池换热器脱氮污水进入后续处理蒸汽蒸氨汽渗滤液尾气入炉氨水储罐解析脱碳塔汽提脱氨塔气液分离罐冷却器氨回收装置尾气回收塔真空抽氨冷凝器14#炉 SNCR 脱硝14#炉炉膛温度1 116.6 益14#炉 SCR 入口 NOx191.34 mg/m3氨泄漏检测0%仪用气压力0.47 MPa高高停机高低低低0.52 MPa混合压力氨水流量50.2 L/h软水流量95.5 L/h氨水流量累计：软水流量累计：65 536.0 L198 302.7 L仪用气压力0.47 MPa低低低氨泄漏检测0%高高停机高0.52 MPa混合压力氨水流量50.2 L/h软水流量95.5 L/h2.04 m2.04 m7.86 kPa1#软水泵 2#软水泵 1#氨水泵 2#氨水泵1.15 MPa1.10 MPa2.0 伊 10-6软水，来自 TPU-W 单元氨水，来自 TPU-R 单元842023 年第 10 期2023 年 10 月表 3蒸氨直接成本图 5废氨投运前后 NOx质量浓度数据对比图1.2.2存在问题及解决方案废氨入炉停运后，管道内会积存废氨内的杂质，如果间隔时间较长，废氨出口管道会堵塞，严重时会导致废氨出口管道直至脱硝枪出口段全堵，影响原来的氨水入炉喷射，从而造成 SNCR 系统运行异常。为此，在废氨出口增加了除盐水冲洗系统，可实现自动远程冲洗。当废氨入炉停止时，系统自动联关废氨罐出口阀，联开除盐水冲洗阀 2 min 对管路整体冲洗一遍，以防止管路堵塞。废氨系统的冲洗系统如图 4 所示。2运行效果及经济性分析2.1废氨投运期间氨水耗量及 NOx排放情况渗滤液的废氨回用于 SNCR 系统后，脱硝原来使用的还原剂氨水量逐步减少，在最优状态下可以全部依靠废氨来控制 NOx指标，且 NOx数据稳定达标，从而可实现 SNCR 原氨水的零投放。废氨投运期间，氨水单耗明显降低，比废氨未投运时的单耗 3.10 kg/t 下降了2.89 kg/t，氨水使用量降低了 93.2%，具体如表 2 所示。表 2废氨投运前后氨水单耗对比废氨作为还原剂进行烟气脱硝，烟气 NOx质量浓度数值与采用原氨水作为还原剂时变化不大，其间 NOx质量浓度为 27.2944.44 mg/m3，均值为 35.68 mg/m3，数据均优于当地的排放标准 50 mg/m3，可达标排放。废氨投运前后 NOx质量浓度数据对比如图 5 所示。2.2成本经济分析经核算，废氨水直接成本为 30 元/t，而质量分数为 10%的氨水价值为 600 元/t，可节约 570 元/t。蒸氨直接成本具体如表 3 所示。焚烧厂 SNCR 系统使用的是质量分数为 20%的氨水，价值约 997 元/t。废氨投入 SNCR 系统时，废氨水用量约 250 L/h，每天用量约 5.7 t，废氨回用每年可节省氨水采购费约 1.09106元，其经济性显著，可为焚烧厂节省一笔不小的环保费用。废氨回用经济性分析如表 4 所示。图 4废氨系统的冲洗系统图项目氨水平均单耗/（kg t-1）氨水单耗下降值/（kg t-1）氨水单耗下降幅度/%废氨投运前3.102.8993.2废氨投运后0.21项目金额/（元 t-1）备注运行电费7.5吨水耗电 12.5 kW h，电费 0.6 元/（kW h）饱和蒸汽费20.0吨水蒸汽用量 0.1 t，蒸汽 200 元/t软水费用2.5吨水用软水量 0.5 t，水费 5 元/t废氨成本30.0项目金额/（元 d-1）备注废氨水成本171.00废氨水日均用量约 5.7 t20%氨水费用3 170.4620%氨水日均用量 3.18 t节约费用2 999.46每年可节省约 1.09 伊 106元表 4废氨回用经济性分析压力高高压力高压力低压力低低压力高高压力高压力低压力低低压力高高压力高压力低压力低低1#废氨罐液位开关高报1#废氨罐内罐泄漏报警废氨 PLC 柜急停废氨输送泵柜急停废氨系统综合故障废氨系统运行废氨泵氨泄漏高高废氨泵泄漏高2#废氨罐液位开关高报2#废氨罐内罐泄漏报警去 SNCR 系统氨水泵出口去 11#炉 SNCR 脱硝枪0 kPa0%0 kPa0 kPa来自废氨泵来自除盐水1#泵2#泵阀泵联锁取消阀泵联锁保护联锁取消保护联锁报警复位选用废氨废氨启动1#罐2#罐自动自动选择废氨罐50403020100废氨投运前废氨投运后（下转第 125 页）熊建平，等：垃圾焚烧厂利用渗滤液中的废氨进行烟气脱硝的应用852023 年第 10 期2023 年 10 月3结束语废弃物处置过程中，污染物的高效回收和资源化利用，将是环保企业可持续发展的趋势。渗滤液蒸氨系统不仅可使出水的氨氮值达到后续工艺处理要求，还可以回收制成氨水，回用于焚烧厂烟气脱硝工艺，从而在实现减少污水中污染物的同时使得污水得以资源化利用。废氨水可单独作为 SNCR 脱硝的原料，且回用时 SNCR 脱硝系统运行稳定，烟气 NOx达标排放，废氨水得到最大程度的回收。蒸氨回收废氨水经济性较高，焚烧厂可以节省较多的环保耗材费用。此次研究可为同行业提供相应的参考。参考文献：1 李凯，王服群，刘成，等.利用渗滤液中氨尾气进行烟气脱硝的可行性研究 J.工业安全与环保，2015，41(1)：36-39.2 张帅.利用垃圾渗滤液中的氨进行烟气脱硝研究分析 J.中国环保产业，2022(3)：29-32.（编辑：刘晓芳）积分数不能低于 35%。然而，实际情况下很难保证抽采的体积分数。为此，要控制合理的抽采时间。一旦发生大范围的塌孔，就势必会影响到抽采效果。在抽采过程中，应该对可能出现的塌孔数量进行评估，并适时地调整抽采预期时间。对于煤层松软易发生塌孔的区域，应该在钻孔过程中安装一定的护孔设施。2.2地面抽采技术应用要点分析瓦斯是一种清洁的燃料，抽采的目的之一就是对瓦斯进行利用。井下抽采瓦斯的体积分数大部分情况下较低，难以达到利用的标准（见表 1）9。而地面抽采瓦斯的体积分数较高，具有很高的利用价值。因此，还是非常有必要采用地面抽采技术。表 1瓦斯的主要利用方式单位：%注：渍 为体积分数。地面抽采技术的要点包括：1)选择合适的区域进行钻井抽采。虽然中国很多地方煤层瓦斯储量丰富，但是大部分区域不适合进行煤层气开发。针对这种情况，要通过对煤层地质条件进行综合评估，确定合适的开发区域。2)对煤层进行有效的压裂。中国煤层普遍透气性比较低，不进行增透难以保证瓦斯的高效抽采。目前，在进行钻井抽采时，需要对煤层进行水力压裂，在理论上压裂后煤层会产生许多裂缝，如图 4所示。但是，实际上裂缝在地应力的作用下会重新闭合，导致压裂失败。压裂的效果不仅与使用的压裂液有关，还与使用的支撑剂有关。考虑到成本问题，压裂液普遍使用的是水，支撑剂使用的是砂子。虽然有许多成功的压裂案例，但是失败的情况也不在少数。为此，对煤层进行有效压裂仍然是一个亟须解决的问题。3)对压裂层位进行准确控制。理论上只对煤层进行压裂即可，但是由于煤层地质条件的复杂性，煤层底板或顶板也可能被压裂。在实际生产中，顶板压裂会导致后期回采存在巨大的困难。3结束语先抽后采是治理煤矿瓦斯的一种最为安全的途径。然而，在复杂的地质条件下，该技术的实施还是存在许多难点。分析了先抽后采技术的内涵，探讨了其技术要点。对于井下抽采技术，要重点关注抽采时间和抽采体积分数。而对于地面抽采技术，要重点关注煤层增透的实施效果。研究可为该技术的应用提供一定的参考。参考文献：1 张成辉.煤矿瓦斯治理先抽后采的实践与作用 J.矿业装备，2022(5)：66-67.2 高瑞江.矿山瓦斯治理先抽后采的实践与作用 J.矿业装备，2022(2)：124-125.3 刘亚飞，赵琪，刘愿.煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用策略 J.内蒙古煤炭经济，2021(24)：114-116.4 陈海峰.煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用 J.内蒙古煤炭经济，2020(9)：31.5 庄万军.煤矿瓦斯治理“先抽后采”的运用 J.建材与装饰，2019(19)：224-225.6 马威.煤矿瓦斯治理“先抽后采”技术的应用 J.冶金与材料，2019，39(1)：121-122.7 吴一富.煤矿瓦斯治理“先抽后采”的应用实践 J.管理观察，2019(2)：29-31.8 刘红向.煤矿瓦斯治理中的“先抽后采”实践作用分析 J.福建质量管理，2015(12)：216.9 张海祥.“先抽后采”瓦斯治理技术在南山煤矿的应用 J.煤炭技术，2009，28(5)：94-96.（编辑：高志凤）瓦斯类别渍主要应用方式高浓度瓦斯渍 逸 90直接并入管道利用较高浓度瓦斯60 臆 渍 90提纯后进入管道利用中等浓度瓦斯30 臆 渍 60民用发电，可以直接利用低浓度瓦斯渍 30提纯后使用图 4水力压裂裂缝网络分布示意图冯浩：煤矿瓦斯治理先抽后采技术的应用策略井眼裂缝网络（上接第 85 页）125