密相干塔技術在危險廢物側吹爐焚燒煙氣處理中的應用

袁勝利

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

危險廢物焚燒處置作為危險廢物處置的主要形式，在其推進危險廢物減量化和無害化方面發揮著重要的作用，在危險廢物焚燒處置過程中，也出現了不少新的焚燒工藝，中國恩菲工程技術有限公司推出側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(SCC)處理危險廢物。目前SSC技術已發展成為先進成熟的熔池熔煉技術，正在向危廢焚燒行業大面積推廣運用。但側出爐處理危廢煙氣條件更為復雜，同時近年來《危險廢物焚燒污染控制標準》的新標準中對各種污染物排放的限值也降低了，排放標準越來越嚴格。所以，對新建采用側吹爐處理危廢項目的煙氣處理工藝流程有必要進一步改進提升，應能適應焚燒工藝，并能達到最新的排放標準，同時還應做到流程短、能耗低、可靠性高、投資省的要求。

1 側吹爐焚燒危廢工藝及焚燒煙氣特性

側吹浸沒燃燒熔池熔煉是以多通道側吹噴槍亞音速向熔池內噴入富氧空氣和燃料(天然氣、發生爐煤氣、粉煤)以激烈攪動熔體和直接燃燒向熔體補熱為特征。SSC工藝物料適應性強，特別適用于不發熱物料的處理。當爐料加入熔煉區后，碳酸鹽或硫酸鹽物料隨熔體的攪動快速分布于熔體之中，與周圍熔體快速傳熱、傳質，完成爐料的加熱、分解、熔化等過程。危廢經側吹爐焚燒后典型的煙氣條件，如表1所示。

表1 典型的側吹爐出口煙氣條件

從表1中可以看出，側吹爐處理危險廢物的煙氣特性。

(1)煙氣含水高。含水高的原因是側吹爐適應性強，物料不需要深度干燥即可入爐焚燒，這是物料中含水高造成的；另一個原因是，側吹爐噴入的是富氧空氣，進入爐內的氣體量較少，稀釋不了水的含量。而且富氧空氣的氧含量越高，煙氣含水就越高。此外，如果側吹爐補充的燃料為天然氣時，更會增加煙氣中的水含量。煙氣再經過噴水驟冷降溫后水含量超過50%。這么高的水含量對后續布袋正常運行、活性炭吸附二噁英以及低溫SCR脫硝均造成不利的影響。

(2)SO2含量高。煙氣中的SO2主要來源于入爐物料中的硫的燃燒氧化，有少量是燃料中的硫燃燒產生的。由于各種危廢含硫量不同，配料上也不能保證混料均勻，短時間有可能SO2含量會更高。

(3)NOx含量高，達到了1 200 mg/m3，一級脫硝很難達標排放。NOx高的原因之一，是側吹爐除了噴槍噴入燃料補熱外，主要靠頂部加煤作為燃料，煤中含氮的揮發分的高溫燃燒造成的。同樣，再由于補充富氧空氣，煙氣量少，所以氮氧化物的含量較回轉窯高(一般回轉窯的燃料為焦炭，揮發分低)。

(4)F、Cl含量高，這主要與處理危廢的種類有關，事實上，進入側吹爐的危廢中F、Cl含量有增高的趨勢。F、Cl首先是污染物，而且對設備腐蝕影響很大；其次，Cl的含量是煙氣中產生二噁英的主要原因，導致煙氣中二噁英含量超標；再次，如果采用濕法凈化時，有F、Cl進入廢水中，而且無處理含Cl-的合理方法，只能采用結晶法，設備及能耗均較高，一般企業難以接受。

(5)污染物種類繁多，除了常規的煙塵、SO2、NOx、F、Cl外，出爐煙氣中還可能含有未燃盡的有機物、CO，煙塵中會含有各種重金屬，給常規處理流程帶來眾多問題，造成煙氣處理流程長、費用及消耗能耗高。

2 煙氣處理流程選擇

常規危廢焚燒采用回轉窯處理工藝，其煙氣處理技術也基本成熟。基本流程為：回轉窯→二燃室→余熱鍋爐(含SNCR)→煙氣急冷→干法脫酸→布袋收塵(含活性炭吸附二噁英)→濕式脫硫。但根據所述的危險廢物側吹爐焚燒的煙氣特點，相比于回轉窯焚燒危廢，煙氣特點主要區別是含水高、酸性氣體的含量高，煙氣易結露，因此干法脫酸工藝的選擇就很關鍵。干法/半干法脫酸技術的選擇時首先確保袋式收塵器能正常運行，不板結；其次，要求干法/半干法脫硫有較高的脫酸效率，應盡量減少濕法脫硫產生的廢水，并將產生的廢水全部加入到急冷塔內蒸發，從而實現脫硫廢水零排放。針對這兩點要求，結合現有的干法半干法脫硫技術，設計選擇了脫酸效率較高的密相干塔脫硫技術來實現。

3 密相干塔技術特點

密相干塔煙氣脫硫工藝主要由煙氣凈化和脫硫劑循環兩個過程組成：煙氣從脫硫塔的上部與脫硫劑同向并行進入塔體，在內構件的攪拌作用下，煙氣與脫硫劑均勻混合，充分反應。反應后的煙氣由脫硫塔底部夾帶著大量顆粒物進入布袋除塵設備，除塵后的干凈煙氣送濕法脫硫系統。密相干塔、除塵器收集到的煙灰經氣力輸送至脫硫塔，作為循環灰繼續使用。

此工藝具有以下主要特點：(1)系統采用脫硫劑循環利用的方法，使除塵器脫下的循環灰與新灰均勻混合，經加濕機加濕活化后布入塔內與煙氣反應。脫硫劑循環系統解決了鈣基干法脫硫技術中鈣利用率低的問題，且使副產物的處理量大幅度減少。(2)脫硫塔內安裝了重要的內構件——攪拌軸，它能加強煙氣與脫硫劑的混合和系統湍流烈度，強化傳質、傳熱，提高反應速率；而且能延長脫硫劑的反應停留時間。攪拌設備會使脫硫劑顆粒之間劇烈碰撞、摩擦，剝去表面的反應產物，不斷地暴露出新的表面，使內部的CaO充分反應，可使脫硫效率和脫硫劑的利用率得到充分提高，脫硫效率較高。(3)脫硫劑在含濕量為3%～5%的脫硫劑亦具有較好的流動性，系統不易發生板結、堵塞和腐蝕等濕法和部分半干法常出現的問題。

4 煙氣處理流程

4.1 煙氣處理流程簡述

根據上述分析，本文以某工程側吹熔煉煙氣為例，介紹危廢側吹爐焚燒的煙氣處理流程，如圖1所示。

圖1 危廢側吹爐焚燒煙氣處理流程

危廢側吹爐產出的高溫煙氣在二次燃燒室1 100 ℃以上停留時間大于2 s后，在進入余熱鍋爐前采用SNCR法初步脫硝。余熱鍋爐將煙氣降溫至500 ℃，再進入噴水急冷降溫至200 ℃，驟冷脫酸塔出口設密相干法脫硫塔，投加消石灰進行脫酸及脫硫反應，在布袋收塵器入口加活性炭吸附二噁英，再經袋式收塵器去除全部固體顆粒物，實現多污染物的協同治理。考慮到實際生產中原料成分的波動會造成SO2和NOx濃度波動，為了保證SO2和NOx達標排放，布袋出口煙氣設置了濕法脫酸以及升溫SCR脫硝設施。

4.2 各種污染物的去除過程

(1)NOx

在余熱鍋爐上升煙道設脫硝反應系統，配備好的尿素溶液或氨水通過管路流入儲罐，最后通過輸送泵、噴槍，進入余熱鍋爐上升煙道內，在煙氣溫度約900 ℃的條件下與煙氣中NOx發生NOx的還原反應，達到初步脫氮目的。在濕法脫硫后，煙氣經煙氣在加熱至220 ℃，進行低溫SCR脫硝。

(2)煙氣急冷

高溫煙氣經過余熱鍋爐溫度降至500 ℃，經煙道從上方進入急冷塔，急冷塔上設置氣助式噴頭，經噴槍及噴嘴霧化后的冷卻水滴接觸，冷卻水滴在高溫煙氣中迅速汽化，將煙氣的顯熱變成水蒸氣潛熱而重新回到煙氣中，使煙氣的溫度得以迅速下降，采用先進的控制系統控制噴水量，穩定維持急冷塔出口煙氣溫度在200 ℃。

(3)干法脫酸

采用密相干塔進行酸性氣體的脫除，詳見上文描述。

(4)脫除二噁英

側吹爐產出的高溫煙氣在二次燃燒室1 100 ℃以上停留時間大于2 s后，在進入余熱鍋和急冷塔降溫至200 ℃，在袋式除塵器之前噴入活性炭，采用活性炭吸附煙氣中少量的二噁英，活性炭吸附劑還有兼顧去除重金屬的功能。

(5)布袋濾塵

采用布袋收塵器，可將重金屬煙塵、干法脫硫反應產物、吸附二噁英的活性炭等各種顆粒物去除，然后將處理后的煙氣導入到下一步處理工序中。

(6)煙氣濕法脫酸

在完成干法脫酸處理后的煙氣，需要經過布袋濾塵處理后導入到濕法脫酸塔。在濕法脫酸塔中將處理過的煙氣進行多級洗滌，并以堿洗的方法來消除煙氣中的酸性氣體，從而可以進行更深度地脫酸處理，使各種污染物均滿足達標排放的要求。

5 實際運行效果

5.1 煙囪排放情況

項目建成投入運行后，系統運行情況良好。經檢測，外排凈煙氣中各種污染物全部達到《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB 18484—2020)限值要求的排放標準要求，監測結果如表2所示。

表2 煙氣排放檢測結果 (單位：二噁英TEQng/m3，其它mg/m3)

5.2 密相干塔的脫酸效率

密相干塔脫酸系統進、出口的SO2、HF、HCl的檢測結果分別如表3、表4、表5所示。根據檢測結果，可以看出密相干塔在穩定加運行的情況下，可脫除煙氣中90%以上的HF、HCl；可脫除煙氣中75%～80% SO2。密相塔脫酸處理能力設計值4 000 mg/Nm3，當實際SO2濃度波動較大時，SO2脫酸效果仍到達預期。脫硫劑采用粉末消石灰，純度70%～90%，80%介于200～325目。密相塔排灰中消石灰占比2%～12%，消石灰有效成分較低。

表3 密相干塔脫硫系統煙氣二氧化硫檢測數據

表4 密相干塔脫硫系統煙氣HF檢測數據

表5 密相干塔脫硫系統煙氣HCl檢測數據

5.3 布袋除塵器運行情況

實際運行中，布袋收塵器內煙灰流動較好，布袋運行穩定可靠，使用效果良好，在沒有預收塵的情況下，高含水煙氣進入煙氣系統，布袋出口小于10 mg/Nm3；脫硫劑保護布袋不粘結糊死，阻隔大部分未完分解的有機原料、結焦抑制劑和阻鹽劑進入后續濕法脫硫系統，在高含水率(40%～60%)條件下脫硫劑亦具有較好的流動性，系統不易發生板結、堵塞和腐蝕等濕法和部分半干法常出現的問題。

5.4 廢水零排放情況

采用的密相干塔脫酸，脫酸效率較高，90%F/CI會被脫除，脫除的F/Cl可以隨脫硫產物干式開路，會極大減少濕法脫硫廢水的產生量。濕法脫硫產生的少量廢水加入急冷塔汽化，廢水中的雜質隨半干法脫硫的產物開路，實際運行中達到了平衡，不外排廢水。

6 現場問題及解決

由于煙氣未預除塵，有一定的含塵量，密相塔再運行時，灰量會逐漸加大，由于設計時未充分考慮含塵的影響，灰斗容積能力不足，在未及時排灰的情況，發生了幾次塔體堵塞的情況。現場分析清原因后，切割了部分密相塔隔板，增大灰斗容積。同時，加強操作管理，及時排灰，最終解決了此問題。

7 結論

通過密相干塔技術在危險廢物側吹爐焚燒煙氣處理中首次應用的生產實踐，密相干塔有較高的脫酸效率，能在高含水和高含酸的條件下維持布袋收塵器正常運行，布袋壽命也較高，同時也實現的整改系統的水平衡，不外排廢水，選用的煙氣凈化流程能滿足最新排放標準的要求，為同類項目設計提供了參考。相比現有的干法脫酸技術，本工程采用密相干塔技術投資和運行成本較高，應該在設備選型、操作參數的優化方面進一步的研究和改進，在保障系統運行穩定的前提下降低投資和運行成本。