新型脫硫除塵一體化設備概述

高博，葉明強，曾毅夫，周益輝

（1.航天凱天環保科技股份有限公司，長沙 410100；2.長沙環保（服務）工業技術研究院，長沙 410100）

我國大部分農村地區的技術、經濟發展相對落后，多數生活垃圾采用就地焚燒的處理方式。垃圾露天燃燒過程中會產生硫化物、氮氧化物等有毒有害氣體，會對周邊環境造成嚴重影響，同時還會產生臭氣，能影響周邊1公里左右范圍內的區域。尤其是焚燒垃圾產生的二英致癌物，數量大[1]。農村生活垃圾露天燃燒導致的環境安全問題越來越被重視。因此，農村生活垃圾無害化處理，已成為急需解決的環境影響問題，在農村推廣一種具有低運行成本且煙氣得到高效處理設備尤為重要。

1 國內生活垃圾處理現狀

我國生活垃圾產量巨大且呈逐年上升趨勢。據統計，隨著城市人口不斷增加，農村居民生活物質不斷豐富，城市規模逐步擴大等，歷年未處理的垃圾堆存量已高達66億噸，占用耕地面積高達5億多平方米。

垃圾露天焚燒或長期露天大量堆放，其產生的氨、硫化物等有毒有害氣體會嚴重污染大氣環境，并對水體造成嚴重的污染[2]。同時，露天堆放的垃圾在腐敗過程中，會將垃圾中含有的重金屬溶解排放出來，隨著雨水、生活污水及垃圾自身發酵所產生的污水、滲濾液一同匯流出來，流入地表水和地下水，造成嚴重的生物性環境污染。許多致病微生物也在垃圾中生存，垃圾堆場也是蚊、蠅、蟑螂和老鼠的滋生地，這些都將可能導致很多重大疾病的肆意傳播，從而危害民眾尤其是周邊居民的身心健康。另外，伴隨垃圾產量的逐年遞增，必將侵占大量生活用地、耕地、公共農田等土地。

目前，結合國內外先進經驗，采用垃圾焚燒+末端處理工藝是公認的環保的垃圾處理方法。垃圾焚燒產生的煙氣中，不可避免地會產生大量的SO2及煙塵。這是因為，含硫化合物在高溫焚燒時被氧化為硫化物，其中大部分為SO2。因此處理垃圾焚燒的煙氣，不僅需要除塵設備，還需要脫硫裝置[3]。現有的脫硫方法，主要應用的是濕法脫硫技術，而該技術在應用的過程中，需要增加一套除塵裝置，因此增加了整套設備的占地面積。傳統的脫硫技術，需要增加噴淋級數，才能對煙氣中SO2具有較好的去除效果，因此，脫硫設備的高度也會很高，增加了制造難度。

2 垃圾處理技術發展概況

國際上較成熟的城市生活垃圾處理方法主要有衛生填埋、堆肥和焚燒三種。

（1）垃圾衛生填埋方法因為投資少、簡單、可對所有種類的垃圾進行高效填埋處理而被世界各國廣泛沿用。目前已從無控制的隨意隨地無序填埋發展到有序有計劃的衛生填埋，包括濾瀝循環填埋、衛生處理、壓縮垃圾打包填埋、破碎垃圾壓縮打包填埋、場地封場等。

（2）堆肥是一種最古老的技術，是我國及發達國家處理糞便、垃圾、制取農肥的方法，也是當今各國在不斷開發、利用的一種傳統方法。堆肥會使垃圾中的有機物在微生物作用下進行生物化學反應，最后形成一種類似腐殖質土壤的物質，用作肥料或改良土壤[4]。堆肥技術的工藝較簡單，適合于易腐、有機質含量較高的垃圾處理，可對垃圾中的部分組分進行回收利用，且處理相同質量垃圾的投資比單純的焚燒處理大大降低。

（3）焚燒是指垃圾中的可燃物在焚燒無害化處理設備中與氧進行激烈的化學反應，通過高溫焚燒可使垃圾中可燃性的廢物完全氧化分解，最終達到去除垃圾的毒性、回收垃圾中的能量并獲得副產品的目的。通過大量的試驗證明，幾乎所有的有機廢物都可以用焚燒法+氣體凈化裝置進行無害化處理。對于無機+有機混合性的固體廢物，無機物不容易燃燒，但如果其中含有毒有害的有機物，最好的辦法也是采用焚燒法處理，可燃物及有機物較多的垃圾適合用焚燒法進行處理。垃圾焚燒時會釋放出高能量，同時會產生大量有毒有害的煙氣及大量的固體殘渣。通過余熱回收裝置，熱能可得到有效回收；通過煙氣凈化裝置可使煙氣得到凈化；通過廢渣處理裝置，可使殘渣得到進一步分解。以上的處理過程及工藝流程是垃圾焚燒處理必不可少的工藝。焚燒法處理垃圾的技術特點與優勢是處理量較大、減容性好、無害化徹底、產生的高熱量可收集，用于發電或余熱利用，實現垃圾的能源化利用。因此，垃圾焚燒技術是世界各國普遍采用并得到廣泛認同的一種垃圾處理技術。

在我國，城市垃圾處理大多采用堆肥處理的方法，堆肥處理為早期階段也是使用最多、最廣泛的垃圾處理方式[5]。由于堆肥技術設施簡單且較為落后，產生的堆肥產品質量低，肥效利用率也低，導致產品銷路不廣，堆肥場因堆肥產品不被市場接受，造成產品積壓而最終停產。近年來，國內企業借鑒了國外先進技術設備，相繼加大了項目研發及市場開拓，開展了機械化率高的動態高溫堆肥技術的研究和裝備開發，取得了積極的市場效果。

3 垃圾處理技術存在的不足

焚燒處理對垃圾熱值具有較高要求，不是所有的垃圾都能焚燒，必須是熱值較高的生活垃圾。垃圾焚燒過程中產生的大量有毒有害煙氣，會對空氣環境造成嚴重污染。根據技術的不同，垃圾焚燒發電廠的投資成本也不同，同時，垃圾焚燒發電廠利用焚燒后的垃圾做發酵處理，也會產生惡臭氣味，這種味道會對廠區周邊居民的生活質量造成嚴重影響，導致居民產生極度反感，迫使一些垃圾焚燒站關停[6]。而農村、鄉鎮的生活垃圾產生量遠不能滿足垃圾焚燒發電廠日處理量的需求，而且因為距離垃圾焚燒發電廠較遠，運輸費用也較大，給各地的村、鎮造成了財政負擔。因此需要為垃圾焚燒尤其是農村的垃圾焚燒找到新的出路。

4 垃圾焚燒技術的困境

垃圾焚燒煙氣的組成較復雜，污染物的組成包括廢渣、煙塵、重金屬、二英、酸性氣體、飛灰等。在垃圾焚燒過程中，因為劇烈的化學反應，煙氣中的煙塵顆粒物含量非常高，這都是垃圾燃燒不完全的結果。在垃圾燃燒過程中，因為有含Cl的塑料等存在，會產生酸性氣體和含氮化合物。有研究顯示，氯化氫的濃度受垃圾中含氯有機物的影響高于無機氯化物。

煙塵脫除主要采用除塵器，生活垃圾焚燒發電廠煙氣凈化系統必須設置除塵器。目前，采用機械爐排爐的垃圾焚燒發電廠的除塵裝置多采用袋式除塵器，采用循環流化床的垃圾焚燒發電廠由于含塵量高，多采用“旋風除塵器+袋式除塵器”組合工藝。針對農村偏遠地區的垃圾焚燒尾氣處理設備也必須具備煙氣的脫硫、脫硝、除塵設備，農村土地大多是基本農田或是農民所有的集體土地，因此對土地的使用也需考慮。另外由于農村道路崎嶇，多山地，大型設備很難進入設備安裝區，也需要占地面積較少，施工簡單，機械化使用效率低的新型垃圾處理設備。

5 新型脫硫除塵一體化設備

針對垃圾燃燒后產生煙氣脫硫裝置，因噴淋級數增多，針對脫硫裝置整體高度過高及處理效率低的問題，提出一套垃圾焚燒煙氣脫硫、除塵一體化裝置。該套設備的設計及結構創新能有效減少脫硫塔的噴淋級數，從而達到降低脫硫塔高度的目的，并可有效提高除塵效果。

新型脫硫除塵一體化裝置下部設有噴嘴，起到噴射堿液脫硫的目的。上部設有人字形結構的水膜層，采用隔水透氣材料制作而成，水在該膜上可形成均勻的堿液水膜，達到煙氣脫硫、除塵、減少水汽的目的（如圖1、圖2）。

圖1 新型脫硫除塵一體化設備結構簡圖

圖2 人字形結構

該脫硫除塵一體化裝置設有人字型單元結構，在人字型頂部設有進水管，其下設置弧型板。上一層的弧型板兩側分別固定有疏水透氣膜與下一層的進水管相連，組成人字形結構。煙氣首先經過噴淋區，該層所布置的噴嘴將堿液噴射出來，起到了脫硫及初步除塵的作用。煙氣進入水膜區能透過疏水透氣膜，并穿過疏水透氣膜上均勻布置的水膜。

水膜區由疏水透氣膜搭接成人字形組成。在每一個人字型組成單元頂部，設置有側面開孔的進水管，在每一根進水管下布置有一個弧型板。進水管內的無雜質堿液，從小孔內流出，堿液先填滿弧形板的槽內，進一步會溢出弧形板，均勻的布置在疏水透氣膜上，堿液會順著人字形單元的斜面，流入下一級別人字形單元，直到流至最后一級支撐管，形成水幕流入噴淋區，最終排出堿液，進入污水池。經過脫硫除塵一體化裝置的煙氣，可達到高效脫硫、除塵的目的。

該套設備的主要優點是占地面積小，是能實現脫硫、除塵、脫硝的一體化設備，可在工廠內先裝配好，到現場安裝調試即可，省去了現場焊接、裝配的工藝，特別適用于偏遠地區項目現場的情況。另外，該設備突破了傳統的脫硫、除塵、脫硝設備的局限，減少了設備占地面積的2/3以上。其內部獨特的人字結構設計及防水透氣膜的選用，以及脫硫噴頭的合理布置，加之配合吸附設備和除臭設備，最終可實現小型垃圾焚燒煙氣達標排放。為在周邊生活的居民帶來良好的生活環境，為美麗鄉村的建設提供了技術保障。

6 垃圾焚燒煙氣治理新工藝

國內企業在應用該套新型脫硫除塵一體化設備的基礎上，創新開發了一整套新的工藝路線，包括新型脫硫除塵一體化裝置、吸附裝置、除臭裝置、污水池、沉淀池、砂濾池及堿液池（見圖3）。

圖3 垃圾焚燒煙氣治理新工藝結構布置

垃圾焚燒產生的煙氣由垃圾焚燒爐進入脫硫除塵一體化裝置，煙氣中的酸性物質和粉塵能被有效去除，同時該區域可使煙氣的溫度急劇降低，使排放的煙氣溫度在100℃～200℃之間，可有效避開二英二次形成的溫度區間。

該裝置產生的污水直接排放至污水池中，污水井初步沉淀，在虹吸作用下污水池的水經U型水管流入沉淀池，在沉淀池中投入絮凝劑，使污水中的硫化物發生沉淀。絮凝沉淀后的水流入砂濾池，經過砂濾層過濾后，滲入到積水層中，得到清水。積水層與堿液池連通，積水層的清水可作為堿液池的水量來源，在堿液池中投放Ca(OH)2，供脫酸塔噴淋使用。

7 結論

該套新型脫硫除塵一體化裝置的人字形結構，能起到均勻布水的目的，使水均勻地布置在疏水透氣膜上，形成水膜。該水膜能起到過濾煙氣中粉塵的目的，而且能達到進一步脫硫的目的，可以減少噴淋級數。人字型結構緊湊，可降低脫硫設備的總體高度，達到脫硫、脫硝、除塵的多重目的。如在噴淋液中加入除臭劑，可省去除臭設備的投入，從而減少設備的總體投資，降低設備的投入成本。

新型工藝能減少整套設備的占地面積，避免使用煙囪排放，節省設備投資、生產加工、設備安裝等成本。尤其在經濟較不發達地區，如農村很難找到大噸位吊車，無需煙囪的安裝顯得格外重要。另外，該設備在運行過程中，沒有任何傳動、運動部件，因此可大幅減少設備的維修更換頻率，選擇適當的噴嘴及防水透氣膜也可以大幅減少設備的維護周期，更重要的是，可以大大提高粉塵及硫化物的處理能力，使周邊居民擁有一個良好的生活環境，為美麗鄉村建設提供技術保障。

參考文獻：

[1] 王云翠．開發垃圾發電技術實現熱電持續發展[J]．熱電技術，2000，65（1）：22-24．

[2] 王遜，趙麗鳳，張世錚．大力開發城市生活垃圾發電技術[J]．新能源技術，2001，27-29．

[3] 袁振宏，李學鳳，等．我國生物質能技術產業化基礎的研究[R]．2002，14-19．

[4] 劉江．中國資源利用戰略研究[M]．北京：中國農業出版社，2002．

[5] 垃圾焚燒發電技術在我國的應用及發展趨勢[J]．生物能源，2003，33（4）：19-21．

[6] 王華，馬媛媛．城市固體廢棄物焚燒處理項目的技術經濟評價[M]．北京：冶金工業出版社，2005．