城市生活垃圾焚燒處理工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析探討

劉彥輝

摘要：指出了國內(nèi)外垃圾焚燒處理各環(huán)節(jié)工藝系統(tǒng)較復(fù)雜，對(duì)目前使用較為廣泛且技術(shù)比較成熟的幾種工藝系統(tǒng)，結(jié)合一些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從焚燒爐、余熱鍋爐、煙氣凈化等幾個(gè)方面進(jìn)行了比較分析，為垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒處理；設(shè)計(jì)分析

中圖分類號(hào)： X705

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 16749944（2015）06025806

1 引言

當(dāng)前，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市人口不斷增加，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，生活垃圾產(chǎn)生量也日益增多，目前我國已有200多個(gè)城市陷入了垃圾圍城的窘境。通常所采取的垃圾填埋處理已不能滿足要求，同時(shí)還會(huì)造成環(huán)境污染。垃圾焚燒發(fā)電作為一種快速處理垃圾的途徑，既解決了填埋處理所帶來的占地、二次污染等問題，同時(shí)又產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，逐漸成為我國及世界各國倡導(dǎo)和推廣的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目。

然而，國內(nèi)外垃圾焚燒處理各環(huán)節(jié)工藝系統(tǒng)較復(fù)雜，本文對(duì)目前應(yīng)用較為廣泛且技術(shù)比較成熟的幾種工藝系統(tǒng)，結(jié)合一些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，以L市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，從焚燒爐、余熱鍋爐、煙氣凈化等幾個(gè)方面進(jìn)行比較分析，以便業(yè)內(nèi)同仁更好地了解和應(yīng)用焚燒處理工藝（圖1），為垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目的工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

圖1 垃圾處理工藝流程

2 焚燒爐

2.1 焚燒爐選型

國內(nèi)外應(yīng)用較多、技術(shù)比較成熟的生活垃圾焚燒爐爐型主要有機(jī)械爐排爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐四類。以下對(duì)這四類焚燒爐作簡(jiǎn)要介紹和對(duì)比。

2.1.1 機(jī)械爐排爐

機(jī)械爐排爐采用層狀燃燒技術(shù)，具有對(duì)垃圾的預(yù)處理要求不高、垃圾熱值適應(yīng)范圍廣和運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械爐排爐是目前世界上最常用、處理量最大、適用性最好的城市生活垃圾焚燒爐型，在歐美等發(fā)達(dá)國家得到廣泛使用，其單臺(tái)最大處理規(guī)?？蛇_(dá)1，200t/d，技術(shù)成熟可靠。生活垃圾在爐排長(zhǎng)度方向上燃燒，整個(gè)過程分為：預(yù)熱干燥段、燃燒段和燃燼段，幾個(gè)燃燒階段互相滲透，無明顯界限。垃圾在爐排上著火，熱量不僅來自爐膛的輻射和煙氣的對(duì)流，還來自垃圾層的內(nèi)部。爐排上已經(jīng)著火的垃圾通過爐排的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的翻轉(zhuǎn)和攪動(dòng)，引起底部的垃圾燃燒，連續(xù)的翻轉(zhuǎn)和攪動(dòng)也使垃圾層松動(dòng)、透氣性加強(qiáng)，有利于垃圾的干燥、著火、燃燒和燃燼。

2.1.2 流化床焚燒爐

流化床焚燒爐的焚燒原理與燃煤流化床相似，床料一般加熱至600℃左右再投入垃圾，保持床層溫度在850℃以上，利用床料的熱容量來保證垃圾的著火燃燼。雖然流化床焚燒爐燃燒十分徹底，但對(duì)垃圾有嚴(yán)格的破碎預(yù)處理要求，比較容易發(fā)生故障。

流化床技術(shù)在20世紀(jì)60年代用來焚燒工業(yè)污泥，70年代用來焚燒生活垃圾。我國流化床焚燒爐有一定程度的應(yīng)用，但該爐型多用于日處理垃圾500t以下規(guī)模的項(xiàng)目，且基本上需要加煤助燃才能保證正常運(yùn)行。隨著對(duì)環(huán)保指標(biāo)要求的不斷提高，煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)格，在90年代后期，流化床焚燒爐表現(xiàn)出燃燒工況不易控制、二噁英初始產(chǎn)量高等缺點(diǎn)，使其在生活垃圾焚燒上的應(yīng)用受到限制。

2.1.3 熱解焚燒爐

熱解焚燒爐是指在缺氧或非氧化性氣氛中，在一定溫度（500～600℃）下使垃圾中的有機(jī)物熱分解為氣體（可燃混合氣體），將熱解氣引入燃燒室內(nèi)燃燒，從而分解有機(jī)污染物，余熱用于發(fā)電、供熱。熱解技術(shù)使用范圍廣，可用來處理多種垃圾，但城市生活垃圾性質(zhì)的波動(dòng)較大，熱解產(chǎn)生的可燃混合氣性質(zhì)（熱值、成分等）不穩(wěn)定，燃燒不易控制、垃圾難以燃燼且環(huán)保不易達(dá)標(biāo)。這項(xiàng)技術(shù)在加拿大和美國的部分小城市得到一些應(yīng)用，大中型城市一般不予采用。另外，在歐洲和日本，熱解焚燒爐多采用回轉(zhuǎn)窯、流化床等型式，并在爐后加上燃燒熔融爐，將垃圾完全燃燼，熔融為玻璃質(zhì)灰渣。此項(xiàng)技術(shù)在發(fā)達(dá)國家得到部分應(yīng)用，但由于對(duì)垃圾熱值要求較高，工廠建設(shè)成本高，且運(yùn)行成本為機(jī)械爐排的兩倍以上等因素，一定程度上推廣受到限制。

2.1.4 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐與水泥工業(yè)的回轉(zhuǎn)窯相類似，主要由一個(gè)傾斜的鋼制圓筒組成，筒體內(nèi)壁采用耐火材料砌筑，也可采用管式水冷壁，用以保護(hù)滾筒。垃圾由進(jìn)料端進(jìn)入筒體，并隨筒體的旋轉(zhuǎn)在重力作用下翻轉(zhuǎn)同時(shí)向窯的另一端運(yùn)動(dòng)，垃圾的干燥、著火、燃燒、燃燼均在筒體內(nèi)完成，可以通過改變筒體的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)垃圾在窯內(nèi)的停留時(shí)間?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐常用于處理成分復(fù)雜、有毒有害的工業(yè)廢物和醫(yī)療垃圾，在當(dāng)前城市生活垃圾焚燒中應(yīng)用較少。

2.1.5 技術(shù)特點(diǎn)比較

技術(shù)特點(diǎn)比較見表1。

綜合比較，機(jī)械爐排爐作為我國目前比較推崇的一種生活垃圾焚燒處理工藝，相對(duì)于其它爐型有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）技術(shù)成熟、可靠，發(fā)達(dá)國家的大型生活垃圾焚燒廠大多采用該爐型，國內(nèi)已建或在建的大型焚燒廠也多采用機(jī)械爐排爐。

（2）具有獨(dú)立的預(yù)熱干燥區(qū)，爐膛內(nèi)垃圾焚燒產(chǎn)生的熱量可對(duì)新進(jìn)入的垃圾進(jìn)行預(yù)熱干燥，特別能適應(yīng)我國城市生活垃圾高水分、低熱值的特性。

（3）操作簡(jiǎn)單方便，對(duì)垃圾的適應(yīng)性強(qiáng)，不易造成二次污染。

（4）經(jīng)濟(jì)性好，垃圾不需進(jìn)行預(yù)處理直接進(jìn)入爐內(nèi)，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低。

（5）設(shè)備壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠，運(yùn)行維護(hù)方便，國內(nèi)已有部分配套的技術(shù)和設(shè)備。

（6）符合我國目前的政策規(guī)定：國家建設(shè)部、國家環(huán)?？偩?、科技部發(fā)布的《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》中指出：“垃圾焚燒目前宜采用以爐排爐為基礎(chǔ)的成熟技術(shù)，審慎采用其它爐型的焚燒爐”。

2.2 焚燒線配置

L市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)日處理垃圾1500t/d，按照《生活垃圾焚燒處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，屬于Ⅰ類大型生活垃圾焚燒發(fā)電廠。根據(jù)國內(nèi)外同類大型垃圾焚燒廠經(jīng)驗(yàn)，依據(jù)L市項(xiàng)目處理規(guī)模，焚燒生產(chǎn)線宜采用2～4條。若采用2條生產(chǎn)線，單臺(tái)爐日處理能力750t/d，實(shí)際使用業(yè)績(jī)少，只有個(gè)別廠商有制造能力，能否適應(yīng)L市當(dāng)?shù)乩匦陨形纯芍?，因此不予考慮。本文只對(duì)3條和4條生產(chǎn)線兩個(gè)方案進(jìn)行比較，即單臺(tái)爐能力分別為500t/d和375t/d。

（1）從技術(shù)可行性考慮，單臺(tái)爐處理能力為500t/d和375t/d的焚燒系統(tǒng)屬于同一技術(shù)層次，不存在大的技術(shù)差別，在國內(nèi)都有成功運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)國內(nèi)垃圾的適應(yīng)程度基本一致，因此兩種方案在技術(shù)上都可行。

（2）從設(shè)備維修對(duì)焚燒廠處理能力和汽輪機(jī)組工作穩(wěn)定性的影響考慮，焚燒線數(shù)量越多，設(shè)備備用性越好，故障和檢修對(duì)焚燒廠的影響越小，同時(shí)也有助于汽輪機(jī)組工況的穩(wěn)定。

（3）從投資角度考慮，在全廠處理規(guī)模確定的前提下，采用焚燒線數(shù)量越少，單臺(tái)垃圾焚燒爐規(guī)模越大，焚燒廠引進(jìn)設(shè)備數(shù)量和金額也就越少，因此，采用大規(guī)模的焚燒爐能夠有效減少單位投資成本和一次性投資。從土建方面考慮，3條焚燒線配置還能夠有效減少占地面積和土建投資費(fèi)用。

（4）從運(yùn)行管理角度考慮，在垃圾處理規(guī)模一定的情況下，焚燒線數(shù)量越少，維修、操作、管理越為方便。由于設(shè)備相對(duì)較少，所需運(yùn)行人員比較少，全廠故障率也隨之降低。

通過以上綜合比較，L市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目選用單臺(tái)處理能力500t/d的焚燒爐，配置3條生產(chǎn)線較為適宜。盡管3×500t/d焚燒線配置備用性不及4×375t/d，但可以適當(dāng)加大垃圾池容量，使其具有一定的緩沖能力，當(dāng)1臺(tái)焚燒爐臨時(shí)檢修的情況下，其它2臺(tái)可以在110%負(fù)荷下運(yùn)行，合理安排檢修進(jìn)度。通過以上措施，在單臺(tái)焚燒爐短期檢修的情況下，不會(huì)對(duì)全廠的運(yùn)行產(chǎn)生明顯影響。

3 余熱鍋爐

3.1 主蒸汽參數(shù)的確定

余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)高低與發(fā)電效益關(guān)系緊密，理論上蒸汽參數(shù)越高，熱效率越高，發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益越明顯，然而，提高了蒸汽參數(shù)，鍋爐設(shè)備的材料必然需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在城市生活垃圾焚燒余熱回收過程中，焚燒所產(chǎn)生的煙氣含有大量的氯化氫等腐蝕性氣體和灰分，鍋爐選材需要應(yīng)對(duì)這些不利因素。因此，焚燒廠余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)的確定需要進(jìn)行綜合的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的最優(yōu)方案，既要關(guān)注短期內(nèi)焚燒廠的發(fā)電效益，也要考慮長(zhǎng)期運(yùn)營的穩(wěn)定性和安全性。

在國際上，城市生活垃圾焚燒廠主蒸汽參數(shù)有兩種，即中溫中壓：溫度400℃，壓力4.0MPa；中溫、次高壓：溫度450℃，壓力6.5MPa。

德國在20世紀(jì)80年代以前多采用中溫次高壓參數(shù)，而在80年代以后建成的垃圾焚燒廠則基本上都采用了中溫中壓的參數(shù)。美國在90年代之前多數(shù)采用中溫中壓的余熱鍋爐系統(tǒng)，此后則偏重于采用中溫次高壓的主蒸汽參數(shù)。但值得注意的是，歐洲和美國的生活垃圾相對(duì)我國的生活垃圾干燥得多，而且垃圾分類收集工作做得較好，焚燒產(chǎn)生的腐蝕性氣體及灰分較少，對(duì)過熱器的腐蝕相對(duì)小一些。日本的垃圾焚燒廠目前基本上都采用中溫中壓參數(shù)，正在嘗試采用中溫次高壓的參數(shù)。東南亞國家則基本都采用中溫中壓參數(shù)。從以上統(tǒng)計(jì)資料可以看出，中溫中壓和中溫次高壓參數(shù)余熱鍋爐技術(shù)均已十分成熟，不存在制造和運(yùn)營維護(hù)上的問題。

下面將對(duì)中溫中壓與中溫次高壓兩種參數(shù)進(jìn)行較為全面的研究和分析，為同類工程余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)的選擇提供參考。

3.1.1 技術(shù)比較

兩種參數(shù)的余熱鍋爐在國內(nèi)設(shè)計(jì)和制造不存在問題，主要區(qū)別在于過熱器的材質(zhì)的選擇。按照鍋爐相關(guān)規(guī)范要求，溫度430℃是鍋爐過熱器材質(zhì)選用的分界線，430℃以下可采用碳鋼，430～540℃宜選用合金鋼（表2）。

事實(shí)上，《蒸汽鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)于材質(zhì)的要求，主要是針對(duì)普通場(chǎng)合下使用的蒸汽鍋爐而言，如燃煤電廠中使用的蒸汽鍋爐。在垃圾焚燒發(fā)電廠，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中含有大量的HCl氣體和灰分，對(duì)過熱器的腐蝕相對(duì)于普通發(fā)電廠中的鍋爐要大得多，當(dāng)鍋爐煙氣側(cè)受熱面溫度增加，其材料需要承受更強(qiáng)烈的腐蝕，對(duì)過熱器的使用壽命有一定影響。圖2是垃圾焚燒廠中過熱器管壁最大腐蝕速度與管壁溫度的關(guān)系曲線（圖中HCl濃度指煙氣中HCl的濃度，其值為1200mg/Nm3）。

圖2 15CrMo鋼過熱器管壁腐蝕曲線

從圖2中看出，在管壁溫度達(dá)到200℃后，煙氣中有HCl存在的情況下，腐蝕速度隨著溫度的增加而迅速增加，即使煙氣中沒有HCl，管壁溫度超過450℃后，腐蝕速度也迅速增加。根據(jù)腐蝕學(xué)，腐蝕速率與溫度呈指數(shù)關(guān)系，隨著溫度的升提高腐蝕不斷加劇。由于垃圾燃料的特殊性，為了避免余熱鍋爐過熱器的高溫腐蝕，采用15CrMo材質(zhì)的過熱器時(shí)，主蒸汽參數(shù)宜小于400℃。

有關(guān)垃圾焚燒廠的余熱鍋爐過熱器腐蝕方面，眾多余熱鍋爐廠家參與的日本東京都共同試驗(yàn)和NEDO（新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)）共同試驗(yàn)積累了大量的數(shù)據(jù)，對(duì)于垃圾焚燒廠的余熱鍋爐過熱器高溫腐蝕問題，得到如下的經(jīng)驗(yàn)公式：

W=1043×Tgas10×Tme4×HCl0.6×Cl0.4×Cr-0.4×t

上式中：

W：腐蝕量（mm）；

Tgas：煙氣溫度（℃），這項(xiàng)參數(shù)影響最大，必須把過熱器入口煙氣溫度控制在650℃以下；

Tme：管壁溫度（℃），這項(xiàng)參數(shù)影響也較大，管壁溫度為470℃（蒸汽溫度450℃）時(shí)，腐蝕速度比管壁溫度為420℃（蒸汽溫度為400℃）時(shí)增加約60%；

HCl：氯化氫濃度（×10-6）；

Cl：附著灰塵中的氯濃度（重量%），一般濃度為5%，當(dāng)垃圾中水產(chǎn)廢棄物含量高時(shí)，附著灰塵含鹽分也較多；

Cr：導(dǎo)熱管材組成中的Cr、Ni、Mo的含量總值（%），合金成分的增加對(duì)于管材耐腐蝕性能的提高效果并不顯著，且高質(zhì)量合金造價(jià)提高余熱鍋爐的制造成本；

t：運(yùn)行時(shí)間（h），過熱器的腐蝕基于直線定律。

從上式可以看出，管壁溫度以及煙氣本身的溫度是換熱部件管材腐蝕速度大小最主要的決定因素，在實(shí)際的焚燒廠設(shè)計(jì)中，既要盡量提高鍋爐主蒸汽參數(shù)以增加發(fā)電量，也要綜合考慮管材的腐蝕問題從而保障焚燒廠連續(xù)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

因此如果采用中溫次高壓參數(shù)余熱鍋爐，受熱面面積有所增加，本體尺寸變化較小。由于提高了主蒸汽參數(shù)，使熱機(jī)設(shè)備的承壓部件（主要有鍋爐、汽輪機(jī)、給水泵等）、管道及其附件等的制造成本增加，從而增加了鍋爐設(shè)備的初期投資。

3.1.2 初期投資分析

主蒸汽參數(shù)不同，鍋爐制造對(duì)相關(guān)部件材質(zhì)要求有所區(qū)別。造價(jià)方面，中溫次高壓鍋爐要高于中溫中壓鍋爐，主要在于高溫過熱器的材質(zhì)差異較大；其次，水冷壁、省煤器材質(zhì)同樣也會(huì)隨參數(shù)變化。綜合考慮，余熱鍋爐采用中溫次高壓參數(shù)比采用中溫中壓參數(shù)的造價(jià)大約高36%。

3.1.3 運(yùn)營與維護(hù)

在煙氣具有強(qiáng)腐蝕性的條件下，提高余熱鍋爐主蒸汽參數(shù)，會(huì)降低系統(tǒng)的安全性，對(duì)系統(tǒng)維護(hù)、檢修等帶來較大風(fēng)險(xiǎn)，降低了整個(gè)焚燒廠運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.1.4 綜合分析

垃圾焚燒廠以無害化處理生活垃圾為主要目的，余熱發(fā)電可以回收能源、降低焚燒廠運(yùn)行費(fèi)用、減少垃圾收費(fèi)補(bǔ)貼。因此，首要任務(wù)應(yīng)確保焚燒廠穩(wěn)定、安全、環(huán)保地運(yùn)行。

對(duì)于同一種過熱器材質(zhì)，采用中溫中壓參數(shù)（400℃，4MPa）的鍋爐過熱器使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)且成本較低，國內(nèi)加工能力也相對(duì)較強(qiáng)。中溫次高壓參數(shù)（450℃，6.5MPa）的鍋爐過熱器需采用耐腐蝕的合金鋼才能達(dá)到合理的使用壽命和性能，合金鋼價(jià)格昂貴，勢(shì)必造成鍋爐成本的大幅增加。綜合分析，選用中溫中壓（400℃，4.0MPa）余熱鍋爐，應(yīng)用于我國城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠更為穩(wěn)定、可靠。

3.2 余熱鍋爐選型

垃圾焚燒廠余熱鍋爐一般由3～4通道組成的單鍋筒自然循環(huán)水管式鍋爐，按其對(duì)流受熱面的布置形式通?？煞譃榱⑹藉仩t和臥式鍋爐。對(duì)流受熱面布置形式主要決定因素是造價(jià)、耗鋼材量、使用性能、安裝檢修維護(hù)的方便性等。

3.2.1 臥式余熱鍋爐

優(yōu)點(diǎn)：①持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，更能夠保證年8000h以上的運(yùn)行；②爐內(nèi)管束為垂直懸吊結(jié)構(gòu)，積灰程度輕；③可采用機(jī)械振打清灰裝置，對(duì)受熱面損傷小，且清灰效果好；④漏風(fēng)量?。虎菔軣崦婀苁子诮M裝、檢修、維護(hù)。

缺點(diǎn)：占地面積大。

3.2.2 立式余熱鍋爐

優(yōu)點(diǎn)：①對(duì)流管束為常規(guī)彎管，焊接少，成本低；②整體耗鋼材料少，設(shè)備投資??；③鍋爐占地小；④灰斗數(shù)量少，輸灰系統(tǒng)簡(jiǎn)單；⑤對(duì)流段水平布置，便于疏水；⑥爐內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

缺點(diǎn)：①受熱面管束為水平布置，易于造成飛灰靠重力沉積在管束上；②清灰較難，采用一般清灰裝置易造成清灰不徹底且損傷管束；③受熱面檢修維護(hù)吊裝不方便；④保證年8000h運(yùn)行的可靠性遜于臥式鍋爐。

根據(jù)以上分析，從運(yùn)行可靠性和檢修維護(hù)方便性方面考慮，采用臥式余熱鍋爐。

4 煙氣凈化

煙氣凈化工藝是根據(jù)煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煙氣中的飛灰，包括HCL、HF、SOx等酸性污染物，重金屬及殘余有機(jī)物等污染物進(jìn)行控制。

4.1 煙氣排放指標(biāo)

按照L市生活垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料，額定工況每臺(tái)鍋爐出口煙氣流量估算為87500m3/h，煙氣性質(zhì)如表3。

在可靠、穩(wěn)定地處理生活垃圾的同時(shí)，必須嚴(yán)格遵守環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，降低污染物排放濃度。L市項(xiàng)目擬定的煙氣污染物排放指標(biāo)見表4。

4.2 煙氣凈化工藝方案

4.2.1 脫酸

煙氣中酸性氣體的脫除有三種處理工藝：干法、半干法與濕法。

（1）干法。向進(jìn)入除塵器前的煙道內(nèi)噴入干性藥劑（大多采用消石灰），在煙道及除塵器內(nèi)藥劑微粒表面直接和酸性氣體接觸，發(fā)生化學(xué)中和反應(yīng)，生成無害的中性鹽顆粒。在除塵器內(nèi)，反應(yīng)產(chǎn)物連同煙氣中的粉塵和未反應(yīng)的藥劑均被捕集下來，達(dá)到凈化酸性氣體的目的。此中和反應(yīng)的發(fā)生，需要在合適的溫度（155℃左右）條件下進(jìn)行，而從余熱鍋爐出來的煙氣往往高于這個(gè)溫度，因此通過噴淋冷卻水降低煙氣溫度。

此方法的特點(diǎn)是：工藝簡(jiǎn)單，不需配置復(fù)雜的石灰漿制備系統(tǒng)，設(shè)備故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)便，節(jié)省占地；藥劑使用量大，運(yùn)行費(fèi)用略高；除酸效率可達(dá)90%，相對(duì)其他兩種方法較低；系統(tǒng)壓力損失比較小，降低了設(shè)備能耗；整套工藝系統(tǒng)無廢水產(chǎn)生。

（2）半干法。一般用氫氧化鈣（Ca（OH）2）或氧化鈣（CaO）為原料，制備成氫氧化鈣（Ca（OH）2）溶液，由噴嘴或旋轉(zhuǎn)噴霧器將溶液噴入反應(yīng)器，形成微米級(jí)粒徑的霧狀液體，溶液中水分蒸發(fā)使煙氣溫度降低同時(shí)濕度提高，酸性氣體與石灰漿反應(yīng)成為鹽類，掉落至底部的灰斗。煙氣和石灰漿采用順流或逆流設(shè)計(jì)，維持煙氣與石灰漿液滴接觸時(shí)間，使二者充分反應(yīng)，以獲得較高的除酸效率。未反應(yīng)完全的石灰漿，可隨煙氣進(jìn)入除塵器，部分將附著于濾袋上，與通過的酸性氣體再次反應(yīng)，使脫酸效果更好，也提高了石灰漿的利用率。

此方法的特點(diǎn)是：除酸效率較高，對(duì)HCl的脫除可達(dá)96%以上，對(duì)一般有機(jī)污染物及重金屬也有一定的去除效果，國外大多采用半干法除酸，達(dá)到歐盟2000排放標(biāo)準(zhǔn)；不產(chǎn)生廢水排放，耗水量相對(duì)濕式較少；工藝流程較簡(jiǎn)單；石灰漿制備系統(tǒng)較復(fù)雜。

（3）濕法。濕法脫酸采用洗滌塔形式，洗滌塔分為吸收部和減濕部。在吸收部噴入NaOH溶液，煙氣進(jìn)入吸收部后與NaOH溶液充分接觸達(dá)到很好的脫酸效果，并且可以噴入少量的螯合劑去除煙氣中的Hg。經(jīng)吸收部處理后的煙氣進(jìn)入減濕部，通過噴入大量自來水使煙氣急驟冷卻達(dá)到飽和溫度以下，降低煙氣中水分。濕法洗滌塔產(chǎn)生的廢水經(jīng)處理后，產(chǎn)生的污泥經(jīng)濃縮脫水，以干態(tài)形式排出。

此方法的特點(diǎn)是：凈化效率很高，國外多年的應(yīng)用業(yè)績(jī)均可證實(shí)其對(duì)HCl的脫除效率可達(dá)99%以上，對(duì)SO2亦可達(dá)95%以上；產(chǎn)生含高濃度無機(jī)氯鹽及重金屬的廢水，根據(jù)項(xiàng)目所在地環(huán)保排放要求，需采用相應(yīng)處理工藝，達(dá)標(biāo)后排入城市污水管網(wǎng)；處理后的煙氣因溫度降至露點(diǎn)溫度以下，需要配置再加熱裝置，以避免煙囪出口形成白煙現(xiàn)象；設(shè)備投資高，運(yùn)行費(fèi)用也較高。

通過對(duì)比，濕法凈化工藝的酸性氣體脫除效率最高，可滿足L市項(xiàng)目酸性氣體脫除需要，但工藝流程過于復(fù)雜，并有后續(xù)的廢水處理問題。

實(shí)踐證明，采用干法與半干法組合工藝的研究成果是目前較好的選擇。考慮L市當(dāng)?shù)乩匦?，采用“半干法（Ca（OH）2）+干法（NaHCO3）”的組合工藝脫酸。從余熱鍋爐出來的煙氣進(jìn)入半干式反應(yīng)塔，塔的頂部設(shè)有Ca（OH）2漿液噴射裝置，控制塔中減溫水的噴射量以保持出口煙氣溫度穩(wěn)定在155℃左右，煙氣經(jīng)半干式反應(yīng)塔后進(jìn)入布袋除塵器，在反應(yīng)塔與布袋除塵器之間的煙道噴射NaHCO3粉末進(jìn)一步中和煙氣中的酸性氣體。此系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單、可靠性高，同時(shí)確保煙氣中的酸性氣體排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

4.2.2 除塵

袋式除塵器目前已廣泛應(yīng)用于城市垃圾焚燒廠，可除去粒狀污染物及重金屬。煙氣進(jìn)入布袋除塵器，其中的粉塵會(huì)吸附在濾袋表層，形成粉塵層。粉塵層中含有部分未反應(yīng)的碳酸氫鈉，可以與煙氣中的有害酸性氣體繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)，提高去除率。凈化后的煙氣離開布袋后由引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排至大氣。

除塵器采用壓縮空氣脈沖清灰，壓縮空氣由空壓站提供。壓縮空氣在極短的時(shí)間內(nèi)，順序通過各脈沖閥，由噴嘴向?yàn)V袋內(nèi)噴射。附著在濾袋外表面上的粉塵在濾袋膨脹產(chǎn)生振動(dòng)和反向氣流的作用下，脫離濾袋落入灰斗。

垃圾焚燒煙氣中水分比較高，再經(jīng)過半干法反應(yīng)塔內(nèi)增濕降溫，到除塵器時(shí)，煙氣中水分含量在23%～25%之間，甚至于高達(dá)30%。因此，L市項(xiàng)目選用電伴熱裝置及灰斗外保溫措施，保證除塵器壁溫在110℃以上，高溫高濕煙氣與除塵器接觸時(shí)不會(huì)發(fā)生冷凝。

4.2.3 NOx脫除

生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中，含有一定量的NOx，這主要是由于垃圾中的含氮無機(jī)物及有機(jī)物在焚燒過程中形成的。

L市項(xiàng)目采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，將尾部煙氣抽出一部分代替二次風(fēng)供入爐內(nèi)相應(yīng)部位，降低該區(qū)域的氧氣濃度從而有效抑制了NOx的生成。在MCR工況下，不需要采取專門的脫氮處理工藝，NOx排放量也能滿足L市項(xiàng)目排放要求。

同時(shí)，考慮到煙氣再循環(huán)系統(tǒng)故障以及短期內(nèi)超負(fù)荷的情況，L市項(xiàng)目還設(shè)置SNCR（選擇性非催化還原法）技術(shù)作為備用，NOx排放達(dá)到200mg/Nm3要求。

4.2.4 重金屬及二噁英去除

首先，通過控制焚燒技術(shù)避免二噁英的產(chǎn)生，工藝中采取以下措施：

（1）在焚燒過程中對(duì)垃圾進(jìn)行充分的翻動(dòng)和混合，確保燃燒均勻與完全；

（2）控制爐膛內(nèi)煙氣在850℃以上的條件下滯留時(shí)間大于2s，保證二噁英的充分分解；

（3）盡量縮短煙氣在300～500℃溫度區(qū)的停留時(shí)間，減少二噁英類物質(zhì)的重新生成。

其次，煙氣中的重金屬及有機(jī)物等污染物在上述幾步處理工藝中部分已經(jīng)被捕集，為控制重金屬及二噁英類等殘余有機(jī)污染物，采取在除塵器前煙道內(nèi)噴入活性炭的措施。通過活性炭貯倉底部的定量出料裝置，排出的活性炭由風(fēng)機(jī)噴入布袋除塵器之前的煙道中，吸附雜質(zhì)后的活性炭在布袋除塵器中收集。

國外一些公司對(duì)半干法的煙氣凈化工藝研究表明，當(dāng)進(jìn)入除塵器的煙氣溫度為140～160℃時(shí)，對(duì)二噁英類的去除率達(dá)到99%以上。

5 結(jié)論

上文對(duì)生活垃圾焚燒處理各環(huán)節(jié)工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)及流程作了簡(jiǎn)要的說明，供參考使用?，F(xiàn)階段城市生活垃圾焚燒處理工藝系統(tǒng)已經(jīng)逐步趨于系統(tǒng)化和模塊化，焚燒廠規(guī)模相對(duì)穩(wěn)定，采用的各種技術(shù)方案相對(duì)成熟，但在工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、運(yùn)行管理等方面仍會(huì)遇到一些新的課題，積累并對(duì)每一個(gè)工程曾經(jīng)出現(xiàn)的問題并進(jìn)行分析顯得尤為重要。筆者盼望能與廣大設(shè)計(jì)者共同合作，在我國垃圾焚燒處理領(lǐng)域共同研究，使工藝系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔流暢，設(shè)計(jì)方案既能夠適應(yīng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)能力，同時(shí)運(yùn)行安全、技術(shù)先進(jìn)且綠色環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

[1]白良成.生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

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