垃圾焚燒煙氣凈化處理工藝的研究

盧巨流，謝 建

（綠色動(dòng)力環(huán)保集團(tuán)股份有限公司，廣東 深圳 518057）

垃圾焚燒煙氣凈化處理工藝的研究

盧巨流，謝 建

（綠色動(dòng)力環(huán)保集團(tuán)股份有限公司，廣東 深圳 518057）

通過對生活垃圾焚燒煙氣凈化處理工藝的特點(diǎn)進(jìn)行比較分析，綜合考慮，選擇最優(yōu)的達(dá)到國際最嚴(yán)要求的煙氣凈化方式。

垃圾焚燒；煙氣凈化；脫酸系統(tǒng)；半干法工藝；干法工藝

前言

城市的生活垃圾問題已成為當(dāng)今世界最嚴(yán)重的公害之一，及時(shí)清理和衛(wèi)生處置生活垃圾是建設(shè)優(yōu)美、整潔、文明的現(xiàn)代城市不可缺少的條件。與世界其他國家相比，由于飲食結(jié)構(gòu)和生活方式?jīng)Q定了我國生活垃圾的成分更為復(fù)雜，焚燒后會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬、二英、SOx、HCl、HF等有毒、有害尾氣，如不進(jìn)行徹底處理，將會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。環(huán)保部在2000年頒布的《生活垃圾焚燒污染控制》標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格限定了垃圾焚燒中各種污染物的排放指標(biāo)，該標(biāo)準(zhǔn)2014年再次修訂，主要污染物的排放要求更加嚴(yán)格。由于垃圾焚燒尾氣成分十分復(fù)雜，在選擇處理工藝方面也缺乏技術(shù)數(shù)據(jù)的支撐，給治理帶來了一定的困難。目前國內(nèi)垃圾焚燒尾氣凈化的處理工藝主要選擇半干法和干法等。

1 煙氣凈化處理工藝

1.1 半干法處理工藝

半干法煙氣脫酸過程是利用旋轉(zhuǎn)噴霧干燥的原理將石灰乳溶液噴入反應(yīng)塔內(nèi)，一方面利用煙氣的熱量將噴入的霧滴的水分蒸發(fā)，形成干燥的粉狀固體顆粒收集下來；另一方面，煙氣中的酸性氣體與石灰漿液發(fā)生化學(xué)吸收反應(yīng)，達(dá)到脫酸的目的。在塔內(nèi)完成脫酸反應(yīng)后形成的產(chǎn)物部分通過塔底部的錐體出口排出，另一部分隨煙氣進(jìn)入袋式除塵器經(jīng)凈化處理后由煙囪排出（如圖1）。旋轉(zhuǎn)噴霧半干法煙氣脫酸裝置主要有：石灰漿制備系統(tǒng)、石灰漿噴入系統(tǒng)、活性炭噴入系統(tǒng)、脫酸系統(tǒng)、粉塵收集系統(tǒng)、廢渣排出系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

圖1 半干法脫酸除塵工藝

1.2 干法處理工藝

干法煙氣脫酸過程是利用雙流體噴槍將水高壓霧化，噴入反應(yīng)塔與煙氣充分熱交換，以達(dá)到霧化降溫，使煙氣達(dá)到最佳的溫度以及濕度，再與管道噴入的消石灰和吸收劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到脫酸和去除二英的目的。在反應(yīng)塔內(nèi)，重顆粒粉塵由塔底部的船形錐體灰斗排出，另一部分隨煙氣進(jìn)入袋式除塵器內(nèi)進(jìn)行充分反應(yīng)后經(jīng)凈化吸收后由煙囪排放（如圖2）。

圖2 干法脫酸除塵工藝

干法尾氣處理系統(tǒng)的配置主要有：噴水霧化降溫系統(tǒng)、消石灰噴入系統(tǒng)、活性炭噴入系統(tǒng)、粉塵收集系統(tǒng)、廢渣排出系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

2 半干法與干法處理工藝對比

2.1 煙氣處理工藝流程對比

2.1.1 半干法工藝流程

半干法采用的是向反應(yīng)塔噴入石灰漿作為煙氣脫酸的中和處理劑，所以在煙氣凈化車間就必須配置合適濃度的石灰漿液體，通過漿泵輸送至旋轉(zhuǎn)霧化器，高速旋轉(zhuǎn)的霧化器將石灰漿拋灑成細(xì)小的霧滴與煙氣充分接觸反應(yīng)，酸性氣體與消石灰快速反應(yīng)，生成固態(tài)產(chǎn)物CaCl2和CaSO4等隨塔底卸料裝置排出，部分細(xì)小顆粒隨氣流進(jìn)入袋式除塵器，經(jīng)過濾袋過濾捕集，進(jìn)入灰?guī)靸?chǔ)存；其煙氣中的有機(jī)化合物和重金屬通過在煙道噴射活性炭進(jìn)行吸附后，隨氣流進(jìn)入袋式除塵器被捕集（如圖3）。

圖3 半干法脫酸工藝流程圖

在半干法工藝中，石灰漿的制備和旋轉(zhuǎn)霧化器的穩(wěn)定正常運(yùn)行十分重要。由于石灰漿濃度需控制在13%左右，因此在制漿罐內(nèi)要保持連續(xù)均勻攪拌，保證石灰和水的漿液充分混勻以避免沉淀硬化，在流入儲(chǔ)漿罐后依然要保持均勻攪拌，當(dāng)漿泵打入的漿液通過霧化器高速旋轉(zhuǎn)拋灑霧化時(shí)，霧化器是否保持高速、穩(wěn)定、平衡地運(yùn)行，決定了霧化效果，同時(shí)石灰品質(zhì)的高低，也影響脫酸效率并對霧化盤的壽命會(huì)造成直接影響。

石灰漿制備包括石灰倉、水箱、定量給料螺旋、石灰漿熟化罐、石灰漿稀釋罐、石灰漿循環(huán)泵、一套循環(huán)管路。由于從石灰到合格漿液的制作過程相當(dāng)復(fù)雜（包括稱重定量、閥門開關(guān)啟停、電機(jī)攪拌、漿液管道、漿液儲(chǔ)存等），每個(gè)環(huán)節(jié)都要保證設(shè)備的穩(wěn)定性和氣密性，以防石灰和漿液發(fā)生跑冒滴漏現(xiàn)象，對局部環(huán)境造成破壞；同時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定性也至關(guān)重要，石灰漿制備系統(tǒng)的整體設(shè)備投資較高，而在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，此處的工作環(huán)境也是最差的，由于操作人員直接面對的是石灰和石灰漿，對于人體有一定傷害，因而每個(gè)環(huán)節(jié)的維護(hù)和檢修都非常困難。

高速旋轉(zhuǎn)霧化器是高精密儀器，完全依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，設(shè)備的維護(hù)和配件的采購都相當(dāng)困難。在旋轉(zhuǎn)霧化器工作時(shí)，為配合其拋灑的石灰漿液滴和煙氣充分接觸，把反應(yīng)塔的進(jìn)風(fēng)通道設(shè)計(jì)成螺旋結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)方向和煙氣方向保持相反，以得到最好的煙氣接觸效果；由于霧化的石灰液滴既要吸熱降溫同時(shí)與酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，在煙氣通過時(shí)必須保證充分的滯留時(shí)間約20s，為中和反應(yīng)創(chuàng)造最合適的空間條件，所以反應(yīng)塔的體積和高度都設(shè)計(jì)得很大，以避免石灰漿觸壁和濕底，因而整體設(shè)備投資較高。

在半干法工藝中，由于噴入反應(yīng)塔的是漿液，在啟爐和煙溫低時(shí)無法投入運(yùn)行。啟爐時(shí)的煙氣溫度本身就很低，如果進(jìn)行降溫處理，后續(xù)的下游設(shè)備必然會(huì)結(jié)露糊壁。為避免結(jié)露，同時(shí)滿足濾袋的預(yù)噴涂處理以及煙氣脫酸要求，在反應(yīng)塔煙氣出口和除塵器進(jìn)口管道上布置干粉噴射，所以又需另設(shè)石灰倉或在制漿系統(tǒng)的石灰倉接口增設(shè)管線和噴射風(fēng)機(jī)，因而系統(tǒng)非常復(fù)雜。

2.1.2 干法工藝流程

干法工藝并不是嚴(yán)格意義上的干法，只是噴射的反應(yīng)劑是消石灰干粉，在反應(yīng)塔內(nèi)依然需噴水霧化降溫，霧化水滴在反應(yīng)塔內(nèi)與煙氣接觸，在進(jìn)行熱交換過程中確保合適的濕度氛圍和反應(yīng)溫度，在煙道上噴射消石灰與煙氣中和反應(yīng)，進(jìn)入袋式除塵器后繼續(xù)反應(yīng)，在濾袋表面形成反應(yīng)過濾層，最終產(chǎn)物CaCl2和CaSO4等被濾袋捕集，入灰?guī)靸?chǔ)存（如圖4）。

圖4 干法脫酸工藝流程圖

干法工藝噴射的是消石灰干粉，省去了石灰漿制備工藝，也就避免了石灰漿制備車間的惡劣環(huán)境。在干法處理工藝中，反應(yīng)塔內(nèi)部的急冷效果和霧化環(huán)境起了非常關(guān)鍵的作用，220℃左右的煙溫通過霧化熱交換后，降至150℃左右。既要保證脫酸的最佳反應(yīng)溫度，還要確保酸露點(diǎn)不會(huì)造成結(jié)露腐蝕下游設(shè)備，煙氣溫度越接近露點(diǎn)溫度，消石灰和HCl、SO2的反應(yīng)效果越好，但煙氣溫度過低，石灰的流動(dòng)性下降，也容易造成系統(tǒng)黏壁阻塞和結(jié)露，同時(shí)也不利于除塵器的清灰，所以精確控制進(jìn)入反應(yīng)塔的噴水量和霧化效果，使反應(yīng)塔出口的煙氣溫度高于露點(diǎn)溫度形成溫差并保持穩(wěn)定，既可保證脫酸效率，又可保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，并防止了下游設(shè)備被腐蝕。

由于Ca(OH)2和SO2為離子反應(yīng)，因此維持反應(yīng)的潮濕氛圍，保持一定的相對濕度對提高脫硫效率有決定性意義。Ca(OH)2在低溫下有很高的活性，Ca(OH)2的活性隨相對濕度的增加而增加，維持反應(yīng)的潮濕氛圍，保持一定相對濕度對提高脫酸效率非常重要。霧化水蒸汽與SO2結(jié)合生成H2SO3，降低了反應(yīng)勢能，并且水蒸汽改變了在脫硫劑表面的吸附能力，增加了SO2的吸附量，提高了反應(yīng)速率，因而與沒有水分條件相比，大大提高了效率。

2.2 煙氣處理工藝數(shù)據(jù)對比

2.2.1 半干法工藝煙氣數(shù)據(jù)

消石灰：200目細(xì)度消石灰、Ca(OH)2含量≥90%；石灰漿濃度13%；霧化器旋轉(zhuǎn)速度8000r/min；反應(yīng)塔出口溫度（圖5中①）155℃；SO2（圖5中②）15～75mg/m3；HCl（圖5中③）10～40mg/m3。

圖5 半干法工藝煙氣數(shù)據(jù)

圖5中的數(shù)據(jù)為江蘇某廠2014年4月18日至19日1#爐半干法脫酸系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中HCl和SO2的排放濃度符合GB18485-2014國家標(biāo)準(zhǔn)，HCl日均值小于50mg/m3，SO2日均排放濃度值小于80mg/m3，系統(tǒng)可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，但HCl要穩(wěn)定達(dá)到小于10mg/m3的歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)就很難，當(dāng)提高石灰漿濃度到15%以上、旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速提高到12,000r/min時(shí)，系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性較差，主要表現(xiàn)在霧化盤的震動(dòng)加大，這與國內(nèi)的石灰品質(zhì)有較大關(guān)系。因?yàn)槲覈壳斑€沒有專用的煙氣脫酸用石灰標(biāo)準(zhǔn)，基本都是建筑用或工業(yè)用石灰替代，所以顆粒物雜質(zhì)較多，極易對霧化盤造成較大的震動(dòng)和損傷。

2.2.2 干法工藝煙氣數(shù)據(jù)

消石灰：細(xì)度200目、Ca(OH)2含量≥90%；反應(yīng)塔進(jìn)口溫度（圖6中①）213℃；反應(yīng)塔出口溫度（圖6中②）155℃；消石灰（圖6中③）121kg/h；霧化噴水量（圖6中④）1.75～3.25t/h；SO2（圖6中⑤）20～70mg/m3；HCl（圖6中⑥）10～40mg/m3。

圖6 干法工藝煙氣數(shù)據(jù)

圖6中的數(shù)據(jù)為江蘇某廠2014年4月15日1#爐干法脫酸系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，其中HCl和SO2的排放指標(biāo)符合GB18485-2014國家標(biāo)準(zhǔn)，HCl日均值小于50mg/m3，SO2日均值小于80mg/m3，系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)行，穩(wěn)定在此范圍內(nèi)，HCl的指標(biāo)基本上滿足小于10mg/m3的歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)，干法脫酸工藝系統(tǒng)對溫度的敏感特別強(qiáng)，鍋爐的排煙溫度波動(dòng)大其對應(yīng)的霧化噴水量波動(dòng)也大，容易造成煙氣數(shù)據(jù)的劇烈波動(dòng)，所以控制好煙溫有利于脫酸效率；干法工藝是直接噴射干粉和酸性氣體中和反應(yīng)，所以對石灰品質(zhì)的適應(yīng)性較半干法好，不會(huì)對設(shè)備造成損害，且設(shè)備維護(hù)簡單。

2.2.3 半干法+干法組合工藝煙氣數(shù)據(jù)

消石灰：200目細(xì)度消石灰、Ca(OH)2含量≥90%；石灰漿配比濃度8%；霧化器旋轉(zhuǎn)速度8000r/min；反應(yīng)塔進(jìn)口溫度（圖7中①）215℃；反應(yīng)塔出口溫度（圖7中②）155℃；消石灰干粉噴射（圖7中③）90kg/h；霧化水噴射量（圖7中④）0.69～1.9t/h；SO2（圖7中⑤）30mg/m3；HCl（圖7中⑥）10mg/m3。

圖7中的數(shù)據(jù)為江蘇某廠2014年4月21～23日1#爐脫酸系統(tǒng)半干法和干法組合工藝的運(yùn)行數(shù)據(jù)。當(dāng)煙氣脫酸只采用半干法時(shí)，各排放指標(biāo)只能滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，離歐盟標(biāo)準(zhǔn)相差較大，當(dāng)融合了干法工藝疊加組合之后，煙氣指標(biāo)有了質(zhì)的變化，完全達(dá)到并低于歐盟2000的煙氣排放限值，且可穩(wěn)定持續(xù)運(yùn)行，其中HCl日均值小于10mg/m3，SO2日均值小于30mg/m3，完全能達(dá)到并優(yōu)于歐盟標(biāo)準(zhǔn)。

采用組合工藝時(shí)，可適當(dāng)降低石灰漿的濃度，維持在6%左右就可很好地保證旋轉(zhuǎn)霧化器連續(xù)穩(wěn)定正常運(yùn)行，酸性煙氣在反應(yīng)塔內(nèi)被迅速中和，未被去除的酸性煙氣通過干法工藝在濾袋表面進(jìn)行二次反應(yīng)，煙氣經(jīng)過二次反應(yīng)后可完全滿足歐盟的排放要求。

圖7 半干法 + 干法組合工藝煙氣數(shù)據(jù)

2.3 煙氣處理工藝能耗對比

以2×500t/d設(shè)備為例，主要設(shè)備功率對比見表1，主要物料消耗量對比見表2。

表1 主要設(shè)備功率對比

從表1、表2的對比數(shù)據(jù)可以看出，半干法脫酸系統(tǒng)的配置較多，運(yùn)行功率高，電費(fèi)為119.3元/h，干法系統(tǒng)的電費(fèi)較低，為18.3元/h；干法脫酸時(shí)需要的壓縮空氣用量較大，耗氣量832m3/h，費(fèi)用83.2元/h，半干法耗氣量70m3/h，費(fèi)用7元/h；干法消石灰耗量187kg/h，費(fèi)用108.5元/h，半干法消石灰耗量156kg/h，費(fèi)用90.5元/h（注：電費(fèi)以0.65元/度、壓縮氣以0.1元/m3、消石灰以0.58元/kg計(jì)）。

運(yùn)行消耗成本：半干法/干法

表2 主要物料消耗量對比

半干法和干法的運(yùn)行消耗成本接近，但半干法的維護(hù)和設(shè)備折舊費(fèi)會(huì)多很多，主要表現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)霧化器設(shè)備購置以及運(yùn)行維護(hù)，干法工藝設(shè)備簡單維護(hù)量小。

3 結(jié)語

通過對兩種工藝的運(yùn)行對比研究，生活垃圾焚燒煙氣處理系統(tǒng)采用半干法或干法工藝都是可以滿足現(xiàn)行的國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求的，對于控制嚴(yán)格的地區(qū)，采用組合工藝是完全可行的。我國的生活垃圾焚燒煙氣凈化技術(shù)還在探索中，只有在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題，逐步開發(fā)出適合國情的煙氣凈化技術(shù)，才能為長期的發(fā)展提供選擇依據(jù)，在保證環(huán)境效益的同時(shí)，提高垃圾焚燒發(fā)電廠的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

Study on Flue Gas Purifying Treatment Technology of Refuse Incineration

LU Ju-liu, XIE Jian
(DYNAGREEN Environmental Protection Group Co., Ltd, Guangdong Shenzhen 518057, China)

Based on the comparison and analysis on the characteristic of the treatment technology of flue gas purification of domestic refuse incineration and comprehensive considerations, the paper selects the most optimizing flue gas purifying mode which meets the most severe demand in the world.

refuse incineration; flue gas purification; de-acid system; semi-dry process technology; dry process technology

X701

A

1006-5377（2015）03-0013-05