垃圾焚燒含濕法脫酸系統的脫白工藝比較

文_鄒貞 上海泰欣環境工程有限公司

隨著環保形勢的日趨嚴峻，煙氣排放指標越來越嚴格，目前國內對SOx、HCl 污染物濃度排放要求比較高，垃圾焚燒電廠的煙氣在排放前都進行了濕法脫酸，溫度降至45 ～60℃，此時煙氣通常是飽和的濕煙氣，煙氣中含有大量的水蒸汽，水蒸汽中含有較多霧霾主要成分為溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵、微塵等。如果煙氣由煙囪直接排出，進入溫度較低、飽和濕度較低的環境空氣中，在煙氣溫度降低過程中，煙氣中的水蒸汽會凝結形成濕煙羽，出現煙囪冒白煙的情況，在視覺上及實際環境都造成了實質性的污染。并隨著煙氣脫白相關政策和規范的出臺，白煙的排放也列入了控制指標中。

1 白煙形成、去除的機理及常用處理工藝

1.1 白煙形成機理

白煙形成的機理如圖1 所示，曲線為飽和溫濕度曲線，A點是項目所在地的環境狀態點，假設B點是排放煙氣的初始狀態點，如果煙氣不經過處理直接排入大氣，煙氣會沿直線AB，最終達到環境狀態點，直線AB 與過飽和區域有交集，在煙氣冷卻過程中攜帶的水分會析出，形成肉眼所看到的白煙；過點A 做飽和溫濕度曲線的切線，切點為D，煙氣沿這個切線自然冷卻，與過飽和區域不會產生交點，這條線就是出現白煙與否的臨界線，煙氣只要在這條線或在這條線的下面進行排放，就不會形成白煙。

圖1 飽和溫濕度曲線

加熱法：對B 點進行加熱至AD 延長點狀態C，AC 與飽和溫濕度線相切，則排放不產生白煙。

冷凝法：對B 點進行冷凝至狀態點D，AD 與飽和溫濕度線相切，則排放不產生白煙。

冷凝+加熱法：對B 點進行冷凝至狀態點E，對E 點進行加熱至AD 延長點狀態F，AF 與飽和溫濕度線相切，則排放不產生白煙。

1.2 白煙去除機理

從白煙形成機理可知，要消除白煙，需使得濕煙氣初始狀態點與環境狀態點的連線與飽和濕度曲線不相交，其臨界點便是濕煙氣初始狀態點與環境狀態點的連線與飽和濕度曲線相切。

1.3 常用處理白煙工藝

由于地域的不同，氣候條件相差較大，平均溫度、濕度、極端溫度相差都很大，采用的技術工藝也不盡相同。各垃圾焚燒電廠的工藝條件不同、投資要求不同及余熱資源不同，采取的脫白方法也不同，但根據白煙形成及去除的原理，目前常用的方法有煙氣加熱工藝、煙氣冷凝工藝（去除煙氣中的水蒸氣）及煙氣先冷凝再加熱工藝等。

2 案例分析

2.1 項目介紹

國內某垃圾焚燒電廠，垃圾處理規模單臺爐為750t/d，煙氣排放量約為173000Nm3/h(濕基)，含水量約為20%～21%（取20.5%進行分析），氧含量約5.5%，SOx濃度為800mg/Nm3，HCl 濃度為1200mg/Nm3；環保要求SOx排放濃度小于5mg/Nm3，HCl 排放濃度＜5mg/Nm3；根據白煙常用處理工藝，本項目煙氣凈化工藝采用半干法+干法+活性炭+布袋除塵器+GGH1（煙氣-煙氣換熱器）+濕法脫酸（具有脫白功能）+SGH（蒸汽加熱）， 煙氣凈化工藝流程見圖2；項目所在地冬季平均溫度為2℃，夏季平均溫度為31.8℃；冬季平均大氣相對濕度為70%，夏季平均大氣相對濕度為80%；當地對“白煙”環保要求為一年四季煙囪出口無白煙產生；根據現有配置要求污染物SOx排放濃度小于5mg/Nm3，HCl排放濃度小于5mg/Nm3，并同時滿足無“白煙”要求；垃圾焚燒煙氣中不但包括SOx，還含大量的HCl，但由于HCl對煙氣露點溫度提高的作用小于SO2的影響，本項目可根據Müller 曲線可查SOx含量對應煙氣露點溫度約115℃。為了保證設備不出現黏結機會現象，而導致嚴重的金屬腐蝕的現象，則本項目需保證高于煙氣露點溫度前提下，進行脫白運行工藝比較。

圖2 煙氣凈化流程圖

根據本項目入口各種工況及本項目所處地水資源匱乏的情況考慮，濕法脫酸系統最理想運行狀態是系統達到自身的水平衡，不需額外進行補充水，濕法系統運行為最理想狀態，出口溫度控制在約60℃，無需額外補充水，根據夏季環境溫度及相對濕度計算，如排煙溫度按GGH1 換熱后凈煙氣出口溫度115℃進行排放，濕法系統出口溫度控制在73.5℃，目前濕法系統夏季最理想排煙溫度是60℃＜73.5℃，夏季無白煙產生，并且排放溫度≥115℃，可保證無煙氣露點腐蝕。因此本項目只需分析冬季下脫白情況。根據現有配置分析不同脫白方法最為有利于本項目進行脫白煙。

2.2 煙氣加熱工藝

采用蒸汽或者電加熱方法將煙氣溫度提高至所需溫度，電加熱器功率太大，大幅度地提高了廠用電率，垃圾焚燒發電主要是采用蒸汽發電，直接采用電加熱進行脫白，運行費用更大，因此本項目煙氣凈化配置是按蒸汽加熱配置，按蒸汽加熱進行分析，通過抬高煙氣排放溫度，將煙氣溫度加熱至與飽和溫濕度線相切。如考慮濕法脫酸系統按照最理想工況進行運行時，出口溫度約60℃（無需額外補水），根據冬季環境溫度及相對濕度，計算出排煙溫度需要達到217℃才不產生白煙， 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線見圖3；也就是需要通過蒸汽加熱器將115℃煙氣加熱至217℃，這將需要消耗約15.0t/h 蒸汽（4.0MPa 飽和蒸汽），對于垃圾焚燒發電廠來說蒸汽是用來發電的，非常寶貴；排煙溫度較高對引風機的造價也影響非常大。

圖3 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線

2.3 煙氣冷凝工藝

通過冷卻水將煙氣溫度降低從而將煙氣中的水蒸汽冷凝下來，本項目濕法塔分兩部分，利用上面的減濕部及濕法塔外的板式換熱器，通過外界冷卻水經板式換熱器，將煙氣中的熱量帶出，使得煙氣中水冷凝下來，一部分進入到濕法塔冷卻部作為冷卻部的補充水，達到水冷凝的回收；根據GGH1（煙氣-煙氣換熱器）凈煙氣出口溫度115℃進行煙囪的直接排放，通過圖3 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線查到濕法脫酸系統出口溫度需控制在47.3℃才不產生白煙。經查圖4 煙氣飽和含水與濕法出口溫度曲線，濕法出口溫度為47.3℃時對應濕法出口煙氣含水量約為10.48%，濕法減濕部將原始煙氣中含水量降至10.48%，根據原始含水量及煙氣量，計算出煙氣冷凝下來的水量約為14.3t/h。本項目半干法制漿所需用水量約為6.4t/h，飛灰穩定化用水約為0.5t/h，冷凝出來的水可以用于半干法制漿及飛灰穩定化用水，如單獨采用冷凝工藝，冬季需考慮濕法系統冷凝下來冷凝水的處理，約7.4t/h。

圖4 煙氣飽和含水與濕法出口溫度曲線

2.4 煙氣先冷凝再加熱工藝

先通過冷凝工藝將煙氣中的水含量降低，再通過抬高煙氣溫度來達到無白煙產生；根據本項目半干法系統制漿、飛灰穩定化所需水量約為6.9t/h，考慮到煙氣凈化自身需要達到水平衡，并且不考慮額外補充及外排水量，根據濕法脫酸系統水自平衡計算，需滿足冷卻部分自身需要補水量及滿足半干法系統制漿、飛灰穩定化用水水量，則需將濕法脫酸系統減濕部冷凝產生水量控制在8.0t/h 左右，反算需將濕法脫酸塔出口溫度控制在約55℃，對應的煙氣含水量為15.55%，通過圖3 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線查到排煙溫度需控制在171℃才不產生白煙。GGH1(煙氣-煙氣換熱器)凈煙氣出口溫度為115℃，需通過蒸汽加熱器SGH將GGH1 凈煙氣出口煙氣加熱到171℃，需要消耗約8.0t/h 蒸汽（4.0MPa 飽和蒸汽）。

2.5 3種脫白工藝對應的排放

根據上述對3 種脫白工藝的計算分析，可得出本案例濕法脫酸塔出口含水量、溫度情況，及計算出SGH（蒸汽-煙氣加熱器）所需加熱量，蒸汽耗量，具體見表1。

表1 3種脫白工藝出口所需蒸汽耗量比較

3 運行費用分析

以上3 種脫白工藝運行費用計算，運行費用見表2。

表2 三種脫白工藝運行費用比較

從3 種脫白工藝運行費用比較來看，采用冷凝法最為經濟，建議按冷凝法來進行運行；直接或者間接抬高煙氣溫度，所消耗能耗大，經濟性差，不建議采用。

4 結語

本文闡述了形成白煙的原理，通過案例計算并分析加熱脫白、冷凝脫白及先冷凝再加熱脫白的工藝，根據3 種脫白工藝及計算分析，運行費用的比較，得出在垃圾焚燒發電煙氣凈化項目（含濕法脫酸系統）直接采用冷凝法將煙氣中水含量降低的方法最為經濟，采用直接或者間接抬高煙氣溫度，所消耗能耗大，經濟性差，因此建議垃圾焚燒發電項目煙氣凈化系統采用含濕法脫酸系統進行脫酸工藝時，濕法脫酸系統需帶“脫白”功能（降低煙氣中水含量），最為有利于目前煙氣排放指標。