密相干塔技術(shù)在危險(xiǎn)廢物側(cè)吹爐焚燒煙氣處理中的應(yīng)用

袁勝利

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

危險(xiǎn)廢物焚燒處置作為危險(xiǎn)廢物處置的主要形式，在其推進(jìn)危險(xiǎn)廢物減量化和無害化方面發(fā)揮著重要的作用，在危險(xiǎn)廢物焚燒處置過程中，也出現(xiàn)了不少新的焚燒工藝，中國恩菲工程技術(shù)有限公司推出側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)(SCC)處理危險(xiǎn)廢物。目前SSC技術(shù)已發(fā)展成為先進(jìn)成熟的熔池熔煉技術(shù)，正在向危廢焚燒行業(yè)大面積推廣運(yùn)用。但側(cè)出爐處理危廢煙氣條件更為復(fù)雜，同時(shí)近年來《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各種污染物排放的限值也降低了，排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格。所以，對(duì)新建采用側(cè)吹爐處理危廢項(xiàng)目的煙氣處理工藝流程有必要進(jìn)一步改進(jìn)提升，應(yīng)能適應(yīng)焚燒工藝，并能達(dá)到最新的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還應(yīng)做到流程短、能耗低、可靠性高、投資省的要求。

1 側(cè)吹爐焚燒危廢工藝及焚燒煙氣特性

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

表1 典型的側(cè)吹爐出口煙氣條件

從表1中可以看出，側(cè)吹爐處理危險(xiǎn)廢物的煙氣特性。

(1)煙氣含水高。含水高的原因是側(cè)吹爐適應(yīng)性強(qiáng)，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(gè)原因是，側(cè)吹爐噴入的是富氧空氣，進(jìn)入爐內(nèi)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(cè)吹爐補(bǔ)充的燃料為天然氣時(shí)，更會(huì)增加煙氣中的水含量。煙氣再經(jīng)過噴水驟冷降溫后水含量超過50%。這么高的水含量對(duì)后續(xù)布袋正常運(yùn)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(chǎn)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(shí)間有可能SO2含量會(huì)更高。

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

(4)F、Cl含量高，這主要與處理危廢的種類有關(guān)，事實(shí)上，進(jìn)入側(cè)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(duì)設(shè)備腐蝕影響很大；其次，Cl的含量是煙氣中產(chǎn)生二噁英的主要原因，導(dǎo)致煙氣中二噁英含量超標(biāo)；再次，如果采用濕法凈化時(shí)，有F、Cl進(jìn)入廢水中，而且無處理含Cl-的合理方法，只能采用結(jié)晶法，設(shè)備及能耗均較高，一般企業(yè)難以接受。

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

2 煙氣處理流程選擇

常規(guī)危廢焚燒采用回轉(zhuǎn)窯處理工藝，其煙氣處理技術(shù)也基本成熟?；玖鞒虨椋夯剞D(zhuǎn)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(jù)所述的危險(xiǎn)廢物側(cè)吹爐焚燒的煙氣特點(diǎn)，相比于回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢，煙氣特點(diǎn)主要區(qū)別是含水高、酸性氣體的含量高，煙氣易結(jié)露，因此干法脫酸工藝的選擇就很關(guān)鍵。干法/半干法脫酸技術(shù)的選擇時(shí)首先確保袋式收塵器能正常運(yùn)行，不板結(jié)；其次，要求干法/半干法脫硫有較高的脫酸效率，應(yīng)盡量減少濕法脫硫產(chǎn)生的廢水，并將產(chǎn)生的廢水全部加入到急冷塔內(nèi)蒸發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放。針對(duì)這兩點(diǎn)要求，結(jié)合現(xiàn)有的干法半干法脫硫技術(shù)，設(shè)計(jì)選擇了脫酸效率較高的密相干塔脫硫技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

3 密相干塔技術(shù)特點(diǎn)

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

此工藝具有以下主要特點(diǎn)：(1)系統(tǒng)采用脫硫劑循環(huán)利用的方法，使除塵器脫下的循環(huán)灰與新灰均勻混合，經(jīng)加濕機(jī)加濕活化后布入塔內(nèi)與煙氣反應(yīng)。脫硫劑循環(huán)系統(tǒng)解決了鈣基干法脫硫技術(shù)中鈣利用率低的問題，且使副產(chǎn)物的處理量大幅度減少。(2)脫硫塔內(nèi)安裝了重要的內(nèi)構(gòu)件——攪拌軸，它能加強(qiáng)煙氣與脫硫劑的混合和系統(tǒng)湍流烈度，強(qiáng)化傳質(zhì)、傳熱，提高反應(yīng)速率；而且能延長脫硫劑的反應(yīng)停留時(shí)間。攪拌設(shè)備會(huì)使脫硫劑顆粒之間劇烈碰撞、摩擦，剝?nèi)ケ砻娴姆磻?yīng)產(chǎn)物，不斷地暴露出新的表面，使內(nèi)部的CaO充分反應(yīng)，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(dòng)性，系統(tǒng)不易發(fā)生板結(jié)、堵塞和腐蝕等濕法和部分半干法常出現(xiàn)的問題。

4 煙氣處理流程

4.1 煙氣處理流程簡述

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

圖1 危廢側(cè)吹爐焚燒煙氣處理流程

危廢側(cè)吹爐產(chǎn)出的高溫?zé)煔庠诙稳紵? 100 ℃以上停留時(shí)間大于2 s后，在進(jìn)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(jìn)入噴水急冷降溫至200 ℃，驟冷脫酸塔出口設(shè)密相干法脫硫塔，投加消石灰進(jìn)行脫酸及脫硫反應(yīng)，在布袋收塵器入口加活性炭吸附二噁英，再經(jīng)袋式收塵器去除全部固體顆粒物，實(shí)現(xiàn)多污染物的協(xié)同治理?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)中原料成分的波動(dòng)會(huì)造成SO2和NOx濃度波動(dòng)，為了保證SO2和NOx達(dá)標(biāo)排放，布袋出口煙氣設(shè)置了濕法脫酸以及升溫SCR脫硝設(shè)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(shè)脫硝反應(yīng)系統(tǒng)，配備好的尿素溶液或氨水通過管路流入儲(chǔ)罐，最后通過輸送泵、噴槍，進(jìn)入余熱鍋爐上升煙道內(nèi)，在煙氣溫度約900 ℃的條件下與煙氣中NOx發(fā)生NOx的還原反應(yīng)，達(dá)到初步脫氮目的。在濕法脫硫后，煙氣經(jīng)煙氣在加熱至220 ℃，進(jìn)行低溫SCR脫硝。

(2)煙氣急冷

高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐溫度降至500 ℃，經(jīng)煙道從上方進(jìn)入急冷塔，急冷塔上設(shè)置氣助式噴頭，經(jīng)噴槍及噴嘴霧化后的冷卻水滴接觸，冷卻水滴在高溫?zé)煔庵醒杆倨?，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(jìn)的控制系統(tǒng)控制噴水量，穩(wěn)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(jìn)行酸性氣體的脫除，詳見上文描述。

(4)脫除二噁英

側(cè)吹爐產(chǎn)出的高溫?zé)煔庠诙稳紵? 100 ℃以上停留時(shí)間大于2 s后，在進(jìn)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(yīng)產(chǎn)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(dǎo)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(jīng)過布袋濾塵處理后導(dǎo)入到濕法脫酸塔。在濕法脫酸塔中將處理過的煙氣進(jìn)行多級(jí)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(jìn)行更深度地脫酸處理，使各種污染物均滿足達(dá)標(biāo)排放的要求。

5 實(shí)際運(yùn)行效果

5.1 煙囪排放情況

項(xiàng)目建成投入運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行情況良好。經(jīng)檢測，外排凈煙氣中各種污染物全部達(dá)到《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18484—2020)限值要求的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

表2 煙氣排放檢測結(jié)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(tǒng)進(jìn)、出口的SO2、HF、HCl的檢測結(jié)果分別如表3、表4、表5所示。根據(jù)檢測結(jié)果，可以看出密相干塔在穩(wěn)定加運(yùn)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(shè)計(jì)值4 000 mg/Nm3，當(dāng)實(shí)際SO2濃度波動(dòng)較大時(shí)，SO2脫酸效果仍到達(dá)預(yù)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(tǒng)煙氣二氧化硫檢測數(shù)據(jù)

表4 密相干塔脫硫系統(tǒng)煙氣HF檢測數(shù)據(jù)

表5 密相干塔脫硫系統(tǒng)煙氣HCl檢測數(shù)據(jù)

5.3 布袋除塵器運(yùn)行情況

實(shí)際運(yùn)行中，布袋收塵器內(nèi)煙灰流動(dòng)較好，布袋運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用效果良好，在沒有預(yù)收塵的情況下，高含水煙氣進(jìn)入煙氣系統(tǒng)，布袋出口小于10 mg/Nm3；脫硫劑保護(hù)布袋不粘結(jié)糊死，阻隔大部分未完分解的有機(jī)原料、結(jié)焦抑制劑和阻鹽劑進(jìn)入后續(xù)濕法脫硫系統(tǒng)，在高含水率(40%～60%)條件下脫硫劑亦具有較好的流動(dòng)性，系統(tǒng)不易發(fā)生板結(jié)、堵塞和腐蝕等濕法和部分半干法常出現(xiàn)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(huì)被脫除，脫除的F/Cl可以隨脫硫產(chǎn)物干式開路，會(huì)極大減少濕法脫硫廢水的產(chǎn)生量。濕法脫硫產(chǎn)生的少量廢水加入急冷塔汽化，廢水中的雜質(zhì)隨半干法脫硫的產(chǎn)物開路，實(shí)際運(yùn)行中達(dá)到了平衡，不外排廢水。

6 現(xiàn)場問題及解決

由于煙氣未預(yù)除塵，有一定的含塵量，密相塔再運(yùn)行時(shí)，灰量會(huì)逐漸加大，由于設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮含塵的影響，灰斗容積能力不足，在未及時(shí)排灰的情況，發(fā)生了幾次塔體堵塞的情況?，F(xiàn)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(shí)，加強(qiáng)操作管理，及時(shí)排灰，最終解決了此問題。

7 結(jié)論

通過密相干塔技術(shù)在危險(xiǎn)廢物側(cè)吹爐焚燒煙氣處理中首次應(yīng)用的生產(chǎn)實(shí)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(yùn)行，布袋壽命也較高，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)的整改系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的要求，為同類項(xiàng)目設(shè)計(jì)提供了參考。相比現(xiàn)有的干法脫酸技術(shù)，本工程采用密相干塔技術(shù)投資和運(yùn)行成本較高，應(yīng)該在設(shè)備選型、操作參數(shù)的優(yōu)化方面進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，在保障系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的前提下降低投資和運(yùn)行成本。