生活垃圾焚燒廠煙氣凈化工藝設(shè)計

黎小保

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038）

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機物（灰渣），焚燒處理過程中產(chǎn)生的熱能可用于發(fā)電，進而達到無害化、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，因此必須對焚燒煙氣進行凈化處理確保達標排放。

1 煙氣凈化處理方案

某垃圾焚燒發(fā)電工程處理規(guī)模為1 000 t/d，配置2臺500 t/d垃圾焚燒爐，與焚燒爐對應(yīng)配置2套焚燒煙氣凈化系統(tǒng)。根據(jù)項目排放要求，結(jié)合本工程污染物排放濃度要求的特點，同時從技術(shù)成熟性、可靠性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟性等方面考慮，參考國內(nèi)已建成的大中型現(xiàn)代化垃圾焚燒廠的實踐，本工程采用的“半干法+輔助干法”煙氣凈化工藝，即“旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫酸+輔助消石灰粉煙道噴射干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器”進行處理，吸收劑采用石灰漿。另外，本工程采用SNCR脫NOx工藝，由于該脫氮工藝為焚燒爐內(nèi)脫氮，因此煙氣凈化工藝設(shè)計暫不考慮脫氮系統(tǒng)的設(shè)計。

1.1 主要設(shè)計參數(shù)及排放指標

每臺余熱鍋爐出口煙氣主要參數(shù)如表1所示。

本工程煙氣排放指標要求如表2所示。

1.2 工藝方案簡述

焚燒煙氣經(jīng)余熱鍋爐回收熱量后（溫度190～240℃）進入脫酸反應(yīng)塔，煙氣中的酸性物質(zhì)（HCl、SO2等）與霧化的石灰漿液滴充分反應(yīng)，調(diào)溫水隨石灰漿液霧化并蒸發(fā)，從而調(diào)節(jié)煙氣溫度。在反應(yīng)塔出口煙道噴入Ca（OH）2和活性炭粉末，煙氣中未去除完的酸性污染物與Ca（OH）2繼續(xù)反應(yīng)去除，二噁英和汞等重金屬則被活性炭吸附。煙塵進入袋式除塵器后被濾袋分離出來，收集下來的粉塵經(jīng)刮板輸送機輸送至灰倉。布袋除塵器凈化后的潔凈煙氣通過引風(fēng)機送入鋼制煙囪外排。

2 煙氣凈化系統(tǒng)組成及設(shè)計

煙氣凈化系統(tǒng)主要組成如下：石灰漿制備、旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸反應(yīng)塔、消石灰干粉噴射、活性炭噴射吸附、袋式除塵器、引風(fēng)及排煙、飛灰輸送及儲存。其中，石灰漿制備、消石灰干粉噴射、活性炭噴射吸附、飛灰輸送及儲存為公用系統(tǒng)。

2.1 石灰漿制備

石灰漿制備主要內(nèi)容是消石灰粉儲存，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。其主要設(shè)備消石灰粉倉、定量給料裝置、制漿罐、儲漿罐、石灰漿泵、通風(fēng)除塵設(shè)施等。石灰粉由定量螺旋輸送機送入制漿罐，在制漿罐中加水攪拌制成濃度10%～15%的石灰漿液，批次運行，石灰漿液自流入儲漿罐，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100 m3，1臺，可保證全廠約5 d石灰粉用量；石灰定量螺旋輸送機（變頻控制）1 500 kg/h，2臺；石灰消化罐有效容積6 m3，2臺；石灰漿儲存罐有效容積12 m3，1臺；石灰漿泵流量15 m3/h，2臺（1用1備）。

2.2 旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸反應(yīng)塔

旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸反應(yīng)塔由旋轉(zhuǎn)噴霧盤、旋轉(zhuǎn)霧化器高速電機（8 000～12 000 r/min）、脫酸反應(yīng)塔本體和相關(guān)控制系統(tǒng)組成。旋轉(zhuǎn)霧化器高速電機帶動耐磨合金旋轉(zhuǎn)噴霧盤高速均勻地旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，將漿液霧化成微小的霧滴；噴漿量及噴水量通過煙氣在線監(jiān)測儀的數(shù)據(jù)反饋自動控制；煙溫降低的同時，煙氣中的部分有毒有機物和重金屬也被凝聚或被干燥的粉塵吸附而除去。

旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸反應(yīng)塔的主要設(shè)備參數(shù)：塔內(nèi)煙氣流速約0.59 m/s，停留時間20 s，設(shè)備阻力800 Pa，反應(yīng)塔尺寸（直段）φ9.5 m×11.8 m，圓錐部分角度60°，正常工況下每臺反應(yīng)塔需循環(huán)冷卻水量1.5 kg/h，全廠共兩套旋轉(zhuǎn)噴霧脫酸反應(yīng)塔。

2.3 消石灰干粉噴射

消石灰粉干粉噴射主要設(shè)備有消石灰倉（干法）、定量給料裝置、消石灰噴射器以及羅茨風(fēng)機等。在半干法脫酸效果未達到預(yù)期效果時啟動，以保證煙氣中污染物的達標排放。Ca（OH）2干粉從干粉倉通過定量出料機輸出，用噴射羅茨風(fēng)機噴入半干式反應(yīng)塔和袋式除塵器之間的煙道中，與煙氣充分混合后一起進入袋式除塵器。同時，該系統(tǒng)還可以作為啟爐前袋式除塵器的預(yù)噴涂系統(tǒng)。

表1 每臺余熱鍋爐出口煙氣主要參數(shù)

表2 本工程煙氣排放指標要求

消石灰干粉噴射系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)：消石灰干粉倉40 m3，1臺，可滿足全廠使用需求。

2.4 活性炭噴射吸附

對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)濃度達到要求的排放指標，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)，獨立供料，由緩沖料斗及定量螺旋給料機控制活性炭添加量，經(jīng)文丘里噴射器噴入除塵器前入口煙道。活性炭在管道中與煙氣強烈混合，吸附一定的污染物，但并未達到飽和，隨后與煙氣一起進入后續(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，最終達到對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15 m3，1臺；緩沖料斗容積0.06 m3，2臺；定量螺旋給料機3～15 kg/h，2臺。

2.5 袋式除塵器

煙塵采用低壓噴吹脈沖袋式除塵器進行收集。濾袋材質(zhì)為純PTFE覆膜的防酸濾料，對高溫和化學(xué)作用的聯(lián)合影響具有極強的適應(yīng)能力，抗氧化能力強，不會水解，力學(xué)性能好，使用壽命3年以上，龍骨采用20#鋼鍍有機硅制作。

為避免煙氣結(jié)露而影響袋式除塵器的正常工作，除塵器設(shè)有完善的整體保溫措施。同時還設(shè)置一套循環(huán)加熱風(fēng)系統(tǒng)防止濾袋內(nèi)結(jié)露，在袋式除塵器啟動時或事故停機時開啟加熱系統(tǒng)使得袋式除塵器溫度保持在140℃左右。

袋式除塵器的主要設(shè)備參數(shù)：過濾面積3 090 m2，過濾風(fēng)速0.8～1.0 m/min，濾袋材質(zhì)為PTFE濾料；濾袋尺寸為φ150 mm×6 100 mm；濾袋數(shù)量為6×180個，清灰方式為脈沖清灰（在線、壓差控制）；系統(tǒng)壓差＜1 500 Pa。

2.6 引風(fēng)及排煙系統(tǒng)

引風(fēng)機布置在整個垃圾焚燒及煙氣凈化線的末端，以保持系統(tǒng)負壓，風(fēng)機采用變頻控制。引風(fēng)機風(fēng)量為最大計算風(fēng)量的120%，壓頭為最大計算壓力損失的120%設(shè)計。本工程采用雙吸風(fēng)口、雙支撐風(fēng)機，此設(shè)備運行工況穩(wěn)定，事故較少。

引風(fēng)機主要技術(shù)參數(shù)：煙氣流量Q=120 957 Nm3/h；全壓P=6 000 Pa；電動機功率N=500 kW，電壓10.5 kV。

煙囪為雙管組合套筒式煙囪。每根煙囪高度90 m，上部出口內(nèi)徑1.9 m，最大出口流速（考慮最大運行負荷）20.6 m/s。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，測試項目：煙塵、SO2、HCl、NOx、NH3、O2、CO、CO2，同時裝設(shè)取樣孔和取樣平臺。

2.7 飛灰輸送及儲存系統(tǒng)

飛灰輸送系統(tǒng)采用機械輸送方式，由反應(yīng)塔下刮板輸送機、除塵器下刮板輸送機、公用刮板輸送機、斗式提升機、螺旋輸送機和灰倉及相應(yīng)閥門、驅(qū)動裝置、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、斗式提升機、螺旋輸送機為雙線，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并經(jīng)斗式提升機送入灰倉儲存。為了防止飛灰在輸送和儲存過程中因溫度低而黏結(jié)附著在設(shè)備上，飛灰輸送及儲存系統(tǒng)采取保溫和電加熱措施，并且加熱電功率可調(diào)。灰倉頂部設(shè)有專用的袋式除塵器，灰倉底部設(shè)置1個下灰口。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固體廢物，因此儲存于灰倉內(nèi)的飛灰需在廠內(nèi)進行穩(wěn)定化處理。

飛灰輸送及存儲系統(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24.82 t/d，設(shè)置1臺150 m3的灰倉，灰倉容積可儲存約3 d的飛灰量。

2.8 主要性能指標

煙氣凈化脫硫效率≥87%；煙氣凈化脫氯效率≥97%；袋式除塵器的除塵效率≥99.9%；煙氣凈化系統(tǒng)總漏風(fēng)率≤6%；煙氣凈化系統(tǒng)總阻力（不包括鍋爐）≤3 200 Pa。

3 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，無需對反應(yīng)產(chǎn)物進行二次處理，特別是在提高酸性氣體反應(yīng)效率和啟爐時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、運行維護量小。因此，采用這種組合工藝后，整個工藝系統(tǒng)運行可靠，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，保證煙氣達標排放。

垃圾焚燒技術(shù)必須高效安全才能推廣應(yīng)用，隨著社會的不斷發(fā)展，污染物排放限值越來越低，因此需要進一步開發(fā)高效可靠的煙氣處理技術(shù)，在降低成本的同時，滿足日益嚴格的環(huán)保標準要求。