NaOH半干法脫酸在垃圾焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用

文_熊紹武 上海藍(lán)科石化環(huán)保科技股份有限公司

隨著人民生活水平的逐漸提高，生活垃圾的產(chǎn)量也日趨增多。本文對NaOH 溶液半干法脫酸進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，以了解開拓更多的高效脫酸方法。

1 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)平臺及試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)采用某日處理量為500t·d-1的垃圾焚燒發(fā)電生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線焚燒爐采用往復(fù)式爐排爐，焚燒后的煙氣經(jīng)過余熱鍋爐后降至約210℃，而后進(jìn)入急冷塔，煙氣再塔內(nèi)冷卻至155℃，而后進(jìn)入布袋。但在進(jìn)入布袋前，在煙道內(nèi)噴入消石灰粉末和活性炭粉末，消石灰粉末和活性炭粉末隨煙氣進(jìn)入布袋，被布袋收集，酸性氣體SO2、HCl 等在煙道和布袋表面與消石灰反應(yīng)被脫除，布袋后的煙氣經(jīng)過引風(fēng)機(jī)后送入煙囪，在煙囪內(nèi)設(shè)有在線CEMS 可以對煙氣中的污染物進(jìn)行在線測量。

本試驗(yàn)鍋爐出口設(shè)有HCl 在線分析儀，煙氣中SO2的測量采用德圖350 型便攜式煙氣分析儀。

1.2 試驗(yàn)藥劑

試驗(yàn)藥劑主要有NaOH 溶液和消石灰粉末，藥劑規(guī)格如下所示。

消石灰：Ca(OH)2含量≥90%；粒度（200 目篩）≥95%；水分≤1%；鎂及堿金屬≤0.5%；酸不溶物≤1.5%。

NaOH 濃液：NaOH 濃度≥30%；碳酸鈉≤0.2%；氯化鈉≤0.008%；外狀稠狀液體。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 單噴消石灰干法脫酸試驗(yàn)

由于垃圾焚燒廠煙氣凈化消石灰噴射為自動控制，且需要保證垃圾焚燒廠煙氣排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)，因此單噴消石灰干法脫酸試驗(yàn)通過設(shè)定煙囪出口SO2、HCl 的排放指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，且煙氣污染物排放濃度均低于國標(biāo)要求。為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，試驗(yàn)過程中保持減溫塔出口溫度155±2.5℃，鍋爐蒸發(fā)量50±0.5t，每組試驗(yàn)時長不小于2h，試驗(yàn)期間利用便攜式煙氣分析儀對余熱鍋爐出口SO2濃度進(jìn)行測量。

1.3.2 NaOH半干法+消石灰干法組合脫酸試驗(yàn)

試驗(yàn)添加NaOH 采用在煙氣急冷塔減溫水中通入30%NaOH 溶液，并在管道上增加管道混合器保證溶液與減溫水混合均勻。為保證垃圾焚燒廠煙氣排放指標(biāo)達(dá)標(biāo)，采用設(shè)定不同的NaOH 溶液流量進(jìn)行試驗(yàn)，消石灰噴射自動控制。為保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，試驗(yàn)過程中保持減溫塔出口溫度155±2.5℃，鍋爐蒸發(fā)量50±0.5t，每組試驗(yàn)時長不小于2h，試驗(yàn)期間利用便攜式煙氣分析儀對余熱鍋爐出口SO2濃度進(jìn)行測量。

2 試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果

2.1 單噴消石灰干法脫酸試驗(yàn)

2.1.1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

為研究單噴消石灰干法脫酸性能，本次進(jìn)行了5 組單噴消石灰干法脫酸試驗(yàn)，試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)如表1 所示。

表1 半干法脫酸試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)表

2.1.2 煙囪污染物排放濃度與消石灰消耗量的關(guān)系

消石灰干法試驗(yàn)期間便攜式煙氣分析儀測量的余熱鍋爐出口SO2濃度數(shù)據(jù)以及DCS 系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)分析可以可以看出，隨著消石灰消耗量的增加，煙囪出口HCl 和SO2的濃度減小，但是當(dāng)HCl 和SO2的濃度降至20mg·Nm-3左右時，繼續(xù)增加消石灰，煙囪出口HCl 和SO2的濃度基本不變。

2.1.3 污染物脫除率與Ca/(S+2Cl)比的關(guān)系

根據(jù)數(shù)據(jù)可以計算出消石灰干法對煙氣中HCl 和SO2的脫出率和化學(xué)反應(yīng)Ca/(S+0.5Cl)當(dāng)量比，其計算方法如式（1）和式（2）所示。

式中，η為HCl 或SO2的脫出率，%；Cin為余熱鍋爐出口HCl 或SO2的濃度，mg·Nm-3；Cout為煙囪出口HCl 或SO2的濃度，mg·Nm-3；mlime為消石灰消耗量，kg·h-1；Cin-SO2為余熱鍋爐出口SO2濃度，mg·Nm-3；Cin-HCl為余熱鍋爐出口HCl濃度，mg·Nm-3；Q0為煙氣流量，Nm3·h-1。

2.2 根據(jù)公式（1）和公式（2）的計算結(jié)果如下

當(dāng)Ca/(S+0.5Cl)當(dāng)量比超過1.5 以后，HCl 和SO2的脫除率基本保持不變，此時HCl 的脫除效率在約98%左右，SO2的脫除效率在83%左右。當(dāng)Ca/(S+0.5Cl) 當(dāng)量比小于1.5 時，隨著Ca/(S+0.5Cl) 當(dāng)量比的增加，HCl 和SO2的脫除率逐漸升高。這是由于當(dāng)Ca/(S+0.5Cl) 當(dāng)量比超過1.5 以后，反應(yīng)的主要限制因素不再是藥劑量，而是消石灰與HCl 和SO2的反應(yīng)速度，這與HCl 與SO2的煙囪排放濃度變化分析結(jié)果一致。

2.3 NaOH半干法+消石灰干法組合脫酸試驗(yàn)

2.3.1 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

為研究NaOH 半干法+消石灰干法脫酸性能，本次NaOH半干法+消石灰干法組合脫酸試驗(yàn)進(jìn)行了9 組試驗(yàn)，試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)如表2 所示。

表2 NaOH半干法+消石灰干法組合脫酸試驗(yàn)運(yùn)行參數(shù)表

2.3.2 組合脫酸試驗(yàn)煙囪HCl和SO2排放濃度

消石灰干法試驗(yàn)期間便攜式煙氣分析儀測量的余熱鍋爐出口SO2濃度數(shù)據(jù)以及DCS 系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)如下分析。由于NaOH采用隔膜泵，其流量會小幅度的波動，因此實(shí)際流量與設(shè)定流量存在一定偏差，數(shù)據(jù)分析時采用DCS 實(shí)際流量進(jìn)行分析。

如NaOH 半干法+消石灰干法組合脫酸試驗(yàn)，當(dāng)NaOH 溶液流量為26.93L·h-1，消石灰消耗為180.5kg·h-1，約為單噴消石灰干法脫酸試驗(yàn)的一半。根據(jù)單噴消石灰的分析結(jié)論，消石灰與HCl 和SO2的反應(yīng)活性低，即使噴入過量的消石灰也不能將HCl 和SO2的排放濃度降低至10mg·Nm-3以下，而少量NaOH 的加入?yún)s使HCl 和SO2的排放濃度降低至10mg·Nm-3以下，而NaOH 的加入是在消石灰噴射前，NaOH 與HCl 和SO2先反應(yīng)，因此不是NaOH 與HCl 和SO2反應(yīng)而導(dǎo)致HCl 和SO2的排放濃度低于10mg·Nm-3，而是NaOH 或者NaOH 與HCl 和SO2的反應(yīng)產(chǎn)物（NaCl，Na2SO3，Na2SO4等）促進(jìn)了消石灰與HCl 和SO2的反應(yīng)。

2.3.3 消石灰消耗量與NaOH流量的關(guān)系

由以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，隨著NaOH 流量的增加，消石灰消耗先急劇減少后趨于緩慢。

2.3.4 運(yùn)行藥劑成本分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以計算出NaOH 對余熱鍋爐出口煙氣中HCl 和SO2的Na/(2S+Cl)當(dāng)量比，其計算方法如式（3）所示。

式中，Q1為30%NaOH 溶液流量，L·h-1；為30%NaOH溶液密度，kg·L-1；Cin-SO2為余熱鍋爐出口SO2濃度，mg·Nm-3；Cin-HCl為余熱鍋爐出口HCl 濃度，mg·Nm-3；Q0為煙氣流量，Nm3·h-1。

該生活垃圾焚燒廠30%NaOH 溶液和消石灰粉采購價格分別為1260 元/t 和828 元/t，根據(jù)此價格可計算垃圾焚燒廠運(yùn)行藥劑成本。

可以發(fā)現(xiàn)，組合脫酸運(yùn)行藥劑成本隨著Na/(2S+Cl)當(dāng)量比的增加，呈現(xiàn)先增加后減少的曲線，藥劑成本最低點(diǎn)在Na/(2S+Cl)當(dāng)量比約為0.3 左右，此時運(yùn)行藥劑成本約為190 元·h-1（約9 元/t 垃圾）。

3 結(jié)論

單獨(dú)消石灰干法脫酸，煙囪污染物排放值可以滿足GB18585-2014 的要求，不能滿足歐盟2010 排放要求。

隨著消石灰噴射量的增加，煙囪HCl 和SO2排放濃度降低，但降低至20·Nm-3左右后，繼續(xù)增加消石灰噴射量，煙囪HCl 和SO2排放濃度基本保持不變。

噴射NaOH 溶液半干法+消石灰干法組合脫酸工藝能保證煙囪出口HCl 和SO2排放濃度穩(wěn)定維持在歐盟2010 排放要求以下。

噴射NaOH 溶液后，干法消石灰的消耗量急劇減少。

NaOH 溶液半干法+消石灰干法在降低煙囪的排放指標(biāo)的同時，也降低了運(yùn)行藥劑成本，運(yùn)行藥劑成本最低點(diǎn)大約在Na/(2S+Cl)當(dāng)量比為0.3 時。