淺談垃圾焚燒廠煙氣凈化處置方案

(中國電建集團(tuán)四川工程有限公司 四川 成都 610000)

一、前言

本文結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)生活垃圾焚燒煙氣處理工藝方案進(jìn)行了簡要描述和工程設(shè)計(jì),并對(duì)其中關(guān)鍵設(shè)備參數(shù)進(jìn)行介紹,以保證垃圾焚燒煙氣能夠滿足環(huán)保要求達(dá)標(biāo)排放。

垃圾焚燒處理方法是將垃圾在高溫下燃燒，使可燃成分經(jīng)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定氣體(煙氣)，不可燃成分轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)物(灰渣)，焚燒處理過程中產(chǎn)生的熱能可用于發(fā)電，進(jìn)而達(dá)到無害化、減量化、資源化的目的，是目前處理城市垃圾最有前途的方法之一。隨著垃圾焚燒處理越來越被國內(nèi)大中城市所接受，焚燒煙氣的處理問題也越來越受到廣泛關(guān)注，因此必須對(duì)焚燒煙氣進(jìn)行凈化處理確保達(dá)標(biāo)排放。

二、煙氣凈化處理方案

某垃圾焚燒發(fā)電工程處理規(guī)模為1000t/d，配置2臺(tái)500 t/d垃圾焚燒爐，與焚燒爐對(duì)應(yīng)配置2套焚燒煙氣凈化系統(tǒng)。根據(jù)項(xiàng)目排放要求，結(jié)合本工程污染物排放濃度要求的特點(diǎn)，同時(shí)從技術(shù)成熟性、可靠性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，參考國內(nèi)已建成的大中型現(xiàn)代化垃圾焚燒廠的實(shí)踐，本工程采用 “選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器”相結(jié)合的煙氣凈化工藝。該系統(tǒng)為機(jī)械旋轉(zhuǎn)噴霧半干式煙氣處理系統(tǒng)，布置在鍋爐煙氣出口與引風(fēng)機(jī)間，組成如下：SNCR 系統(tǒng)、脫酸反應(yīng)系統(tǒng)、活性炭儲(chǔ)存和輸送系統(tǒng)、袋式除塵器系統(tǒng)、飛灰輸送系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)等。其中，半干法脫酸和干性脫酸藥劑噴射系統(tǒng)用于脫除酸性氣體(主要是 HCl、HF、SOX)，袋式除塵器用于捕集粉塵，煙氣中的重金屬及有機(jī)劇毒性污染物(二噁英等)在上述兩步工藝中也可同時(shí)被捕集，輔以活性炭噴射系統(tǒng)可以進(jìn)一步對(duì)重金屬及二噁英進(jìn)行去除，SNCR 系統(tǒng)用于去除 NOx。

(一)主要設(shè)計(jì)參數(shù)及排放指標(biāo)

本工程煙氣排放指標(biāo)見下圖。

(二)工藝流程簡述

焚燒煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收熱量后(溫度190 ～ 240℃)進(jìn)入脫酸反應(yīng)塔；熟石灰粉料經(jīng)過制漿系統(tǒng)制備成一定濃度的合格漿液，通過脫酸反應(yīng)塔頂部的高速旋轉(zhuǎn)霧化器噴嘴噴入脫酸塔,形成霧狀液滴、并與煙氣中的二氧化硫、氯化氫等酸性氣體在脫酸塔中充分接觸及發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，脫除掉大部分的二氧化硫、氯化氫等酸性氣體；然后煙氣經(jīng)脫酸塔的底部排出，經(jīng)過袋式除塵器除去絕大部分顆粒物，同時(shí)在袋式除塵器入口的煙道噴入一定量的活性炭粉和熟石灰粉，均勻地彌散在煙氣中，并在袋式除塵器的表面形成一層吸附層，活性炭對(duì)重金屬和二噁英有很好的吸附作用，降低煙氣中有害物質(zhì)的排放，使排出煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，處理后的干凈煙氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)排入煙囪。

三、煙氣凈化系統(tǒng)組成及主要設(shè)備

煙氣凈化系統(tǒng)主要組成如下：SNCR系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)霧化器脫酸反應(yīng)塔系統(tǒng)、熟石灰儲(chǔ)存及石灰漿液制備系統(tǒng)、活性炭噴射系統(tǒng)、袋式除塵器、引風(fēng)及排煙、飛灰輸送及儲(chǔ)存。其中，石灰漿制備、消石灰干粉噴射、活性炭噴射吸附、飛灰輸送及儲(chǔ)存為公用系統(tǒng)。

(一)SNCR系統(tǒng)

SNCR 系統(tǒng)包括尿素溶液混合罐，尿素溶液輸送泵、尿素溶液儲(chǔ)罐、尿素溶液供應(yīng)泵、稀釋水槽、稀釋水泵等。袋裝尿素由卡車運(yùn)至儲(chǔ)存房間，尿素通過斗式提升起吊設(shè)備加到尿素混合罐里，混合罐加裝不銹鋼濾網(wǎng)，防止包裝袋碎屑進(jìn)入混合罐。用除鹽水將固體尿素溶解成 40%質(zhì)量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液輸送泵輸送到尿素溶液儲(chǔ)罐；尿素溶液經(jīng)由供給泵送至 SNCR 系統(tǒng)。尿素溶液在輸送過程中被稀釋水在混合計(jì)量分配單元內(nèi)稀釋至 3～10%左右的濃度(根據(jù)出口煙氣中 NOx 濃度而自動(dòng)調(diào)節(jié))，最后經(jīng)噴槍噴入余熱鍋爐。SNCR 在 950-1050℃區(qū)域進(jìn)行爐內(nèi)噴射尿素溶液，產(chǎn)生 SNCR 脫硝反應(yīng)。

SNCR 系統(tǒng)將尿素水溶液噴射進(jìn)鍋爐第 1 煙道，具體位置為爐膛出口高度上方與二次風(fēng)進(jìn)口高度上方。同時(shí)投用除鹽水噴射作為稀釋介質(zhì)，投用廠用氣作為霧化介質(zhì)。為了達(dá)到煙氣流道的噴射足夠的覆蓋率，每臺(tái)爐設(shè)計(jì)采用 12 支噴槍，在 950～1050℃區(qū)域分兩層均勻布置。

(二)旋轉(zhuǎn)霧化器脫酸反應(yīng)塔系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸反應(yīng)塔由反應(yīng)塔、霧化器及相關(guān)連接煙道和相關(guān)控制系統(tǒng)組成。旋轉(zhuǎn)霧化器位于噴霧反應(yīng)塔上部，從石灰漿配制系統(tǒng)來的石灰漿進(jìn)入旋轉(zhuǎn)霧化器，由于霧化器的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，石灰漿被霧化成約 50μm 的微小液滴，該液滴與呈螺旋狀向下運(yùn)動(dòng)的煙氣形成逆流，并被巨大的煙氣流裹帶著向下運(yùn)動(dòng)，石灰漿以很高的傳質(zhì)速率在反應(yīng)塔中，起到活化反應(yīng)的作用，同時(shí)降低塔內(nèi)溫度，促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行。

旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸反應(yīng)塔的主要設(shè)備參數(shù)：反應(yīng)塔尺寸(直段)φ10 m×11.5m，停留時(shí)間24 s，設(shè)備阻力900Pa，全廠共兩套旋轉(zhuǎn)霧化器脫酸反應(yīng)塔。

(三)熟石灰儲(chǔ)存及石灰漿液制備系統(tǒng)

石灰漿制備系統(tǒng)包括石灰倉、石灰漿制備罐、石灰漿儲(chǔ)存罐、石灰漿泵以及連接各個(gè)設(shè)備的輸送機(jī)、管道、閥門、清洗措施等。全廠共用一套。石灰漿制備主要內(nèi)容是消石灰粉儲(chǔ)存，用消石灰粉制備石灰漿，將石灰漿送入旋轉(zhuǎn)噴霧干燥脫酸反應(yīng)塔。石灰粉由定量螺旋輸送機(jī)送入制漿罐，在制漿罐中加水?dāng)嚢柚瞥蓾舛?0%～15%的石灰漿液，批次運(yùn)行，石灰漿液自流入儲(chǔ)漿罐，再由石灰漿泵送往脫酸反應(yīng)塔。

石灰漿制備主要設(shè)備參數(shù)：石灰倉有效容積150m3，1臺(tái)，可保證全廠約5d石灰粉用量；石灰定量螺旋輸送機(jī)(變頻控制)1 500 kg/h，2臺(tái)；石灰消化罐有效容積6m3，2臺(tái)；石灰漿儲(chǔ)存罐有效容積15m3，1臺(tái)；石灰漿泵流量20m3/h，2臺(tái)(1用1備)。

(四)活性炭噴射系統(tǒng)

對(duì)于生活垃圾焚燒過程產(chǎn)生的二噁英，一是通過控制焚燒參數(shù)來抑制其生成，二是進(jìn)一步削減煙氣中已生成的二噁英。因此，為確保煙氣中二噁英等有害物質(zhì)濃度達(dá)到要求的排放指標(biāo)，煙氣凈化系統(tǒng)需增加活性炭噴射吸附的輔助凈化措施。

活性炭添加為連續(xù)作業(yè)，獨(dú)立供料，由星型給料機(jī)控制活性炭添加量，經(jīng)噴射器噴入除塵器前入口煙道?；钚蕴吭诠艿乐信c煙氣強(qiáng)烈混合，吸附一定的污染物，但并未達(dá)到飽和，隨后與煙氣一起進(jìn)入后續(xù)的袋式除塵器中，停留在濾袋上，與緩慢通過濾袋的煙氣充分接觸，最終達(dá)到對(duì)煙氣中二噁英等污染物的吸附凈化。

活性炭噴射吸附主要設(shè)備參數(shù)：料倉25m3，1臺(tái)；星型給料機(jī)1.5m3/h，2臺(tái)。

(五)袋式除塵器

袋式除塵器為低壓長袋脈沖結(jié)構(gòu)。除塵器的上箱體、中間箱體、進(jìn)出口煙道，灰斗、壓縮空氣反吹系統(tǒng)、濾袋和袋籠等部分組成。袋式除塵器箱體鋼板采用平板，蓋板采用雙層結(jié)構(gòu)中間保溫；袋式除塵器箱體與鋼架及平臺(tái)扶梯支架之間增加 PTFE 隔熱板，防止箱體冷凝；除塵器頂部全部采用保溫；飛灰溜管加裝振打裝置，便于卸灰順暢。除塵器使用壽命 30 年，設(shè)備利用率>95%。能夠適應(yīng)額定煙氣量 60～120%。濾料材質(zhì)的選擇及加工方法充分考慮本工程鍋爐的運(yùn)行狀況及其煙氣特性的要求，可以保證濾袋在壽命期內(nèi)安全可靠的運(yùn)行。濾料選用純 PTFE+PTFE 覆膜濾袋產(chǎn)品，濾袋使用壽命達(dá)不小于 4 年。

袋式除塵器的主要設(shè)備參數(shù)：過濾面積4053m2，過濾風(fēng)速0.8m/min，濾袋材質(zhì)為PTFE 濾料；濾袋尺寸為φ160mm×6030mm；濾袋數(shù)量為12×112個(gè)，清灰方式為脈沖清灰(在線、壓差控制)；系統(tǒng)壓差<1500Pa。

(六)引風(fēng)及排煙系統(tǒng)

每條焚燒線設(shè)置 1 臺(tái)引風(fēng)機(jī)，設(shè)置在袋式除塵器出口以后，煙氣從引風(fēng)機(jī)出來以后接至煙囪，根據(jù)焚燒爐煙氣量及焚燒爐、余熱鍋爐、煙氣凈化系統(tǒng)各部分阻力計(jì)算，并考慮部分余量，引風(fēng)機(jī)參數(shù)如下：風(fēng)量：Q=210000m 3 /h，風(fēng)壓：P=5600Pa，功率：N=560kW(10kV)。

全廠設(shè)一座 80m 高煙囪。500t/d 焚燒爐單臺(tái)最大煙氣量為 120000Nm 3 /h，每臺(tái)焚燒爐設(shè)置一根鋼煙囪，2 根鋼煙囪外設(shè)置一混凝土煙囪外筒，鋼煙囪直徑選用 2.0m。在煙囪上設(shè)置煙氣在線連續(xù)監(jiān)測裝置，按規(guī)范要求，測試項(xiàng)目：煙塵、SO2、HCl、NOx、NH3、O2、CO、CO2，同時(shí)裝設(shè)取樣孔和取樣平臺(tái)。

(七)飛灰輸送及儲(chǔ)存系統(tǒng)

飛灰輸送系統(tǒng)采用機(jī)械輸送方式，由反應(yīng)塔下刮板輸送機(jī)、除塵器下刮板輸送機(jī)、公用刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、螺旋輸送機(jī)和灰倉及相應(yīng)閥門、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助設(shè)施以及其他有關(guān)設(shè)施等設(shè)備組成。公用刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)、螺旋輸送機(jī)為雙線，1用1備，煙氣凈化系統(tǒng)收集的灰塵均由公用刮板輸送機(jī)并經(jīng)斗式提升機(jī)送入灰倉儲(chǔ)存。為了防止飛灰在輸送和儲(chǔ)存過程中因溫度低而黏結(jié)附著在設(shè)備上，飛灰輸送及儲(chǔ)存系統(tǒng)采取保溫和電加熱措施，并且加熱電功率可調(diào)?；覀}頂部設(shè)有專用的袋式除塵器，灰倉底部設(shè)置1個(gè)下灰口。為防止灰倉倉底卸灰不暢，其底部設(shè)有液化裝置。

煙氣凈化系統(tǒng)收集的飛灰屬于危險(xiǎn)固體廢物，因此儲(chǔ)存于灰倉內(nèi)的飛灰需在廠內(nèi)進(jìn)行穩(wěn)定化處理。飛灰輸送及存儲(chǔ)系統(tǒng)主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)：本工程2條垃圾處理線共產(chǎn)生飛灰量24.82t/d，設(shè)置1臺(tái)150m3的灰倉，灰倉容積可儲(chǔ)存約3d的飛灰量。

(八)主要性能指標(biāo)

煙氣凈化脫硫效率≥98%；煙氣凈化脫氯效率≥95%；袋式除塵器的除塵效率≥99.9%；經(jīng)處理后的煙氣達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18485-2014)和歐盟 2010 標(biāo)準(zhǔn)(2010/75/EC)的要求。

四、結(jié)論

本工程采用了半干法+ 干法組合脫酸工藝，其中半干法工藝凈化效率較高，無需對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行二次處理，特別是在提高酸性氣體反應(yīng)效率和啟爐時(shí)煙氣凈化效果方面表現(xiàn)出色。在此基礎(chǔ)上，本工程增加了干法工藝，可進(jìn)一步提高酸性氣體的脫除效率，其系統(tǒng)投資低、占地面積小、建設(shè)周期短、運(yùn)行維護(hù)量小。因此，采用這種組合工藝后，整個(gè)工藝系統(tǒng)運(yùn)行可靠，性能良好，可全面提高煙氣凈化系統(tǒng)的凈化性能及脫除效率，從而實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放。