垃圾焚燒電廠煙氣后置濕法脫酸工藝探討

唐杰鋒

摘要：通過對垃圾焚燒電廠煙氣旋轉噴霧半干法+干法+布袋除塵傳統處理工藝的運行實踐，分析現階段垃圾焚燒電廠傳統處理工藝存在的弊端，并結合火電廠超潔凈及消白的排放要求，在原有傳統工藝上增加二段式濕法工藝，對新增的工藝進行探討。

關鍵詞：垃圾焚燒;煙氣脫酸;濕法;消白

垃圾焚燒是目前城市垃圾處理最有效的手段，焚燒過程中產生的煙氣含有大量的酸性氣體，若不合理處理會對環境產生極大危害。

1 傳統工藝分析及新工藝的來源

1.1傳統工藝分析

當前，煙氣中的NOx、SOx、HCl、粉塵等污染物排放執行《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2014），且未對消白做出要求，采用傳統的旋轉噴霧半干法+干法+布袋除塵處理工藝即可滿足排放要求。隨著環保要求越來越嚴格，垃圾焚燒電廠煙氣排放指標也會作出提標要求，當指標提升至歐盟2000/76/EC標準，甚至超潔凈排放標準，對白煙做出規范要求，傳統的處理工藝將無法滿足煙氣的排放要求[1]。

1.2新工藝的來源

濕法脫酸在燃煤火電廠廣泛使用，是脫酸工藝中最成熟可靠，處理效率最高的工藝。半干法相對于濕法而言最大弊端體現在脫酸效率相對較低，無法穩定地將污染物排放控制在低標準以下。由于垃圾焚燒煙氣的成分不同于燃煤電廠，無法采用單一濕法脫酸工藝，因此在傳統工藝與燃煤電廠工藝上整合，既需要保留傳統的垃圾電廠煙氣處理工藝，也需要濕法作為補充，還需要考慮垃圾焚燒電廠煙氣高含水率的問題，形成一種新的處理工藝：旋轉噴霧半干法+干法+布袋除塵+二段式濕法[2]。二段式濕法不僅能進一步降低酸性氣體的排放，還能去除煙氣夾帶的大部分水蒸氣，從而達到消白的目的。

2 二段式濕法系統的工藝流程

二段式濕法系統設置在布袋除塵后，從布袋除塵器出來約140℃的原煙氣進入煙氣-煙氣GGH，與GGH中從濕式脫酸塔出來的低溫凈煙氣進行換熱，原煙氣溫度降至約100℃從濕式脫酸塔下部進入塔內。煙氣自下而上先經過濕式脫酸塔的冷卻吸收部，與冷卻部噴淋層噴下的含有堿性冷卻液進行充分逆向接觸，煙氣溫度降至飽和溫度，同時吸收煙氣中SOx、HCl等酸性氣體。冷卻吸收部出口的飽和煙氣接著進入減濕部，在該區域煙氣再次與減濕部噴淋層噴下的含有堿性減濕液充分接觸，再進一步去除酸性氣體。煙氣通過減濕部后，飽和煙氣的溫度降低從而達到降低煙氣中的含水率。濕式脫酸塔減濕部出口的低溫凈煙氣經GGH 加熱后溫度升至≥115℃后進入下一系統。

3 工作及反應機理

3.1 工作機理

二段式濕法系統采用單塔雙循環模式，即一座吸收塔內完成了兩次脫酸，達到了雙塔串聯的效果。脫酸塔分為冷卻部和減濕部，通過集液盤隔開，形成兩個獨立的循環系統，兩個循環系統分別完成對酸性氣體的吸收反應。

冷卻部主要完成對酸性氣體的吸收。高溫煙氣先進入冷卻部，在冷卻塔與循環液在空塔內充分接觸，煙氣溫度降至飽和溫度，并去除大量的酸性氣體，飽和煙氣進入一級除霧器去除大液滴后進入減濕部。

減濕部主要完成對酸性氣體的進一步去除及除霧。與冷卻部不同的是，減濕部除了設置有噴淋層及除霧器以外，還設置了填料層，減濕部的氣液接觸在填料層內完成。來自冷卻部的煙氣自下而上進入填料層，與噴淋層噴下的減濕液大面積接觸反應，不僅提高吸收效率，還除去煙氣中的水汽（煙氣中的水蒸氣以一定速度通過填料層時，會與填料層復雜的內部結構相撞，依附在其表面上，經過擴散及重力的作用下逐漸聚集，當重量達到一定水平時，就會從填料層內部結構分離）。

3.2 反應原理

二段式濕法系統采用鈉堿溶液作為脫酸劑。

稀釋后的鈉堿溶液通過堿液輸送泵送入冷卻液循環系統，在冷卻液循環泵的水力作用下與循環液充分混合，進入噴淋層，經噴嘴霧化后的霧滴向下噴出。稀釋后的鈉堿溶液同樣作為減濕液脫酸劑的補充，減濕液由減濕液循環泵輸送至減濕部上方噴嘴，向下噴入并均勻地經過填料床與煙氣充分接觸，反應后的減濕水由集液盤收集至塔外減濕水池。

主要的反應如下：

2NaOH+SO2= Na2SO3+ H2O

Na2SO3+SO2+H2O= 2NaHSO3

NaOH+ NaHSO3= Na2SO3+ H2O

Na2SO3+O2= 2Na2SO4

NaOH+ HCl= NaCl+ H2O

過程中濕法系統中投加了鈉堿溶液，吸收液中的鈉鹽逐漸增加，鈉鹽的濃度增大不但會降低酸性氣體的吸收率，析出晶體還會加大對管道設備的磨損，需要對冷卻循環液進行適量的排放，以降低溶液中的含鹽量，保證酸性氣體的吸收率，降低管道設備的損耗。減濕液含鹽率較低，減濕下來的水盡可能用于冷卻部循環水的補充，減少新鮮工藝水的用量。冷卻部循環液在排水與補水的過程中達到鹽濃度的平衡。

產生的廢水主要含有可溶解的NaCl、Na2SO3、Na2SO4等鹽類，經廢水處理后達標排放。

4 技術優勢

濕法處理工藝在傳統火電廠煙氣處理中廣泛應用，成熟可靠，對SO2及HC1等酸性氣體去除效率可達98%以上。

垃圾焚燒電廠的濕法脫酸技術不同于傳統火電廠的濕法脫酸技術，在傳統脫酸技術上結合垃圾電廠的煙氣情況延伸出二段式濕法脫酸，達到脫酸、消白雙重目的。二段式濕法的主要優點如下：

（1）對酸性氣體的去除效率高;

（2）技術成熟可靠;

（3）脫酸產物除產生鈉鹽不產生其他副產物;

（4）適用于各種鍋爐負荷運行的情況;

（5）當半干法出現異常時，可獨立運行脫酸;

5 影響因素

（1）PH值

運行表明，吸收液PH在5.8～6.8時脫酸效率最高。當PH>6時，脫酸效果隨PH增大而增加，但Na2SO3的溶解度隨PH升高反而下降，當PH值超過一定值時，抑制正反應速度，并有吸收劑中析出，造成結垢。

（2）液氣比（L/G）

液氣比是指氣液接觸設備中液體與氣體的流量之比。氣液比的增加，代表氣液接觸幾率增加，脫酸率增大，但酸性氣體與吸收液達到氣液達到平衡后繼續增加液氣比脫酸率也不再增加。過高的液氣比反而會造成電耗的增加，提高運行成本。因此，需要結合煙氣成分選取合適的液氣比。

（3）煙氣溫度

運行表明，低溫一定程度上有利于酸性氣體與堿性吸收液的反應。根據SO2+H2O→H++HSO3-→2H++SO32-，煙氣溫度越低，SO2越容易溶于水。煙氣溫度過高，冷卻部內的飽和溫度越高，冷卻液大量進行減濕部，增加減濕部的處理壓力;運行中往往將脫酸塔進口煙氣溫度控制在120℃以下。

（4）接觸面積與停留時間

煙氣與噴淋循環液的接觸面積由噴淋層及噴嘴布置決定，單層噴淋的的覆蓋率達200%以上;停留時間則主要由煙氣流速及塔高決定，考慮空塔流速在2.3-2.8m/s以內，停留時間不低于3s，在保證吸收率的同時，盡量考慮減少塔的鋼材耗量，節約成本。

結論

隨著國家環保要求越來越嚴格，傳統的垃圾焚燒發電廠煙氣處理工藝無法滿足更高的排放指標。煙氣脫酸工藝方案應以立足國情、方便操作、技術成熟以及達到目前國際水平為指導思想，采用組合工藝，以滿足排放要求[3]。

旋轉噴霧半干法+干法+布袋除塵+二段式濕法脫酸煙氣凈化處理工藝在國內外已有大量的應用實例，在國內還處于初步階段。該工藝可確保煙氣凈化系統提供最高效的脫酸效果，該工藝對于日益嚴格的排放標準來說，是一種趨勢，適用于環保要求很高的城市或新建生活垃圾焚燒電廠。

參考文獻：

[1]孫向軍，龍吉生，岳優敏，等.滿足EU2000/76/EC標準的垃圾焚燒廠煙氣處理工藝探討[J].環境衛生工程，2007，15（5）：1-3.

[2]陳善平，劉開成，馬梅芳.濕法脫酸工藝應用于垃圾焚燒的適應性與經濟性研究[J].環境工程，2010（s1）：226-229.

[3]劉金海，明小名.垃圾焚燒發電廠煙氣脫酸工藝分析[J].現代工業經濟和信息化，2017（06）：47-48.