化工危險(xiǎn)廢物焚燒的煙氣凈化工藝分析

文_魯郁馨 應(yīng)杰 杭州新固體廢物處置有限公司

目前，常用的處理處置危險(xiǎn)廢物的方法包括海洋處置、焚燒、化學(xué)與生化處理、固化處理等，旨在實(shí)現(xiàn)資源化、無(wú)害化和減量化。近年來(lái)，焚燒技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它是一種于焚燒爐放置危廢，使其可燃成分氧化分解的處理方法。而在焚燒技術(shù)中，因工作連續(xù)性好、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)顯示出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。但由于近幾年回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)發(fā)展過(guò)快，而相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)又發(fā)展滯后，因此帶來(lái)了煙氣排放不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。

1 煙氣中污染物的生成與控制

1.1 酸性氣體的生成與控制

酸性氣體污染物主要由氮氧化物、氯化物和硫氧化物組成，其在燃燒過(guò)程中，固體廢物中所含的Cl、S等化合物主要產(chǎn)生HCl、SOx。主要采用濕式、半干式及干式洗氣等方法對(duì)焚燒煙氣中HCl、SO2等酸性氣體加以控制。

NOx的生成機(jī)理主要來(lái)自助燃燃料燃燒生成NOx，在高溫下空氣中氮?dú)庋趸蒒O及在燃燒時(shí)廢物中含氮成分生成NOx這3個(gè)方面。目前控制NOx的方法主要有：

（1） 選擇性非催化還原法（SNCR）

向焚燒爐內(nèi)噴入氨水或尿素，通過(guò)還原反應(yīng)后最終形成CO2、水和氮?dú)猓瑹煔庵械趸锝档汀?/p>

（2） 選擇性催化還原法（SCR）

SCR系統(tǒng)脫硝效果很高。煙氣中的NOx與氨水等還原劑反應(yīng)，在催化劑的作用下，煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為水和氮?dú)狻?/p>

（3） 燃燒控制法

維持適合的爐膛溫度和穩(wěn)定，溫度型NOx生成的條件是溫度＞1400℃，因此要想控制其的生成，可通過(guò)合理的供風(fēng)（降低燃燒場(chǎng)的氧氣濃度），控制爐膛溫度（減少爐膛內(nèi)部局部高溫的產(chǎn)生）。

1.2 粉塵及重金屬污染物的生成與控制

諸如可凝結(jié)的氣體污染物、灰分等惰性無(wú)機(jī)物是焚燒煙氣中粉塵的主要成分。重金屬污染物包括砷、鉻、鉛等元素態(tài)氧化物及氯化物等。經(jīng)過(guò)高溫焚燒后，廢物中的重金屬物質(zhì)，部分揮發(fā)進(jìn)入煙氣，部分存留在灰渣中。

目前，焚燒尾氣處理系統(tǒng)去除重金屬均采用活性炭吸附的方法，最終通過(guò)布袋除塵器收集進(jìn)行安全填埋。在袋式除塵器后，揮發(fā)性強(qiáng)、沸點(diǎn)低的重金屬汞仍有少量以氣體狀態(tài)存在，但由于其溶于水的特性，最終在酸吸收塔內(nèi)被洗滌液去除。

1.3 二噁英的生成與控制

二噁英是多氯二苯并呋喃PCDFs和多氯二苯并對(duì)二噁英PCDDs這2類化合物的統(tǒng)稱。二噁英的生成機(jī)理主要有：①直接釋放機(jī)理；②高溫氣相反應(yīng)機(jī)理；③前驅(qū)物合成機(jī)理；④從頭合成反應(yīng)機(jī)理。

2 化工危廢焚燒過(guò)程中煙氣凈化工藝

2.1 工藝流程

傳統(tǒng)的煙氣凈化采用的技術(shù)和工藝是煙氣急冷+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸。

該項(xiàng)目采用的煙氣凈化技術(shù)和工藝是煙氣高溫脫硝+煙氣急冷+干法脫酸+活性炭粉噴射+布袋除塵+兩級(jí)濕法脫酸+靜電除霧器+活性炭吸附床。

2.2 煙氣凈化工藝的優(yōu)化

2.2.1 控制NOx的技術(shù)優(yōu)化

（1）回轉(zhuǎn)窯溫度的控制

經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在1000℃下NOx的生成量為1300℃下的1/10。首先要維持適合的爐膛溫度和爐膛燃燒穩(wěn)定，才能控制NOx的生成。在回轉(zhuǎn)窯，該項(xiàng)目設(shè)置紅外測(cè)溫儀，自動(dòng)控制爐膛溫度通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)目還采用了組合燃燒器，以維持爐膛的穩(wěn)定燃燒，并對(duì)回轉(zhuǎn)窯頭罩供風(fēng)口的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，有效減少氮氧化物等污染物的排放。

（2）優(yōu)化布置二次風(fēng)

采用2次燃燒，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)將氧氣含量控制在6%～10%，使在弱還原氣氛下物料進(jìn)行一次燃燒，促進(jìn)氮化合物轉(zhuǎn)化為N2，充分焚燒在二燃室進(jìn)行，使有害物質(zhì)徹底燃盡。

為有效減少NO的生成，需對(duì)二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)合理布置。該項(xiàng)目是在二燃室縮口直段布置二次風(fēng)分布器，煙氣擾動(dòng)的增加應(yīng)用文丘里效應(yīng)，同時(shí)在同一截面上均勻分布風(fēng)噴嘴，切向進(jìn)入二燃室后，一個(gè)假想圓會(huì)在中心形成。

在二次風(fēng)的擾動(dòng)下，焚燒煙氣螺旋上升，增加煙氣流動(dòng)的行程，在二燃室內(nèi)煙氣的停留時(shí)間延長(zhǎng)，煙氣滯留時(shí)間大于2.0s，煙氣中的有害物質(zhì)完全分解。

（3）脫氮系統(tǒng)優(yōu)化

將脫硝反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)在余熱鍋爐第一回程。脫硝采用SNCR法（非催化法）控制NOx，而SNCR技術(shù)的關(guān)鍵是溫度窗口的選擇。在噴射口附近，該項(xiàng)目設(shè)置熱電偶，窗口溫度930℃效果最佳，設(shè)為900～1000℃。同時(shí)將NOx分析系統(tǒng)設(shè)置在鍋爐出口，對(duì)NOx濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，向PLC傳送采集到的NOx濃度信號(hào)，根據(jù)濃度數(shù)值，PLC對(duì)尿素溶液噴射量值進(jìn)行調(diào)整，輸出噴射流量控制信號(hào)，最終將定量的尿素溶液通過(guò)噴射系統(tǒng)噴入焚燒爐內(nèi)，在鍋爐內(nèi)尿素溶液熱分解出氮，并在適溫下與鍋爐內(nèi)的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，還原成水和氮?dú)?，最終煙氣中氮氧化物被脫除。

本項(xiàng)目還原劑為尿素溶液。該系統(tǒng)采用人工上料配制還原劑，由現(xiàn)場(chǎng)的軟水管道將配置所需軟水送至尿素溶液配制罐，配制成40%尿素溶液，其后通過(guò)離心泵組，將溶液輸送至儲(chǔ)存罐，通過(guò)在線稀釋計(jì)量分配模塊，40%的尿素溶液被稀釋成5%的尿素溶液后，通過(guò)分配計(jì)量裝置分配至噴射系統(tǒng)噴射霧化。本項(xiàng)目?jī)?chǔ)存罐設(shè)置電加熱裝置，輸送管道蒸汽伴熱，以避免尿素溶液再結(jié)晶。同時(shí)為防止噴嘴超溫與堵塞，噴槍設(shè)置壓縮空氣保護(hù)風(fēng)，還采用分層對(duì)稱布置，預(yù)留接口12個(gè)，為保證脫硝效果，可按照工況，對(duì)噴槍噴射位置進(jìn)行調(diào)整。在模塊化設(shè)計(jì)理念下，本項(xiàng)目SNCR系統(tǒng)幾乎所有的設(shè)備均安裝在預(yù)先經(jīng)過(guò)工廠測(cè)試的模塊上，采用的流量控制系統(tǒng)先進(jìn)，分析現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)后，輸出流量控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全程控制。

2.2.2 脫除酸性氣體工藝優(yōu)化

為提高脫酸效果，本項(xiàng)目的煙氣凈化工藝為傳統(tǒng)的干法+濕法脫酸工藝升級(jí)為干法+雙濕法洗滌脫酸。

（1）干法脫酸

為實(shí)現(xiàn)脫酸，將凈化吸收劑Ca(OH)2粉加入脫酸塔內(nèi)。煙氣中的HF、HCl、S03和S02等和脫酸塔內(nèi)Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaF2、CaCl2、CaS04、CaS03等。同時(shí)煙氣中存在C02，Ca(OH)2消耗一些生成CaC03，焚燒產(chǎn)生的飛灰和這些形成的顆粒物一同進(jìn)入布袋除塵器，由布袋除塵器中的濾袋濾除。

（2）兩級(jí)濕法脫酸

采用雙濕法洗滌處理煙氣，有預(yù)冷器（預(yù)冷水池給水來(lái)自洗滌水池，將洗滌水通過(guò)洗滌排水泵定期送入預(yù)冷水池。部分回用使用后預(yù)冷器，其余排入污水站，既減少了高濃度鹽水量，又降低了洗滌塔堿耗量。有自動(dòng)切換系統(tǒng)設(shè)置在預(yù)冷水給水管路上，可通過(guò)氣動(dòng)球閥自動(dòng)接換到備用預(yù)冷水管路，并自動(dòng)啟動(dòng)預(yù)冷水泵，以保證預(yù)冷水穩(wěn)定工作）增設(shè)在洗滌塔前，使煙氣溫度降至約70℃，再進(jìn)入洗滌塔，洗滌塔選擇篩板塔，塔內(nèi)煙氣中的酸性氣體（HF、HCl、SO2）采用NaOH中和吸收。利用洗滌循環(huán)泵維持在一定pH值范圍內(nèi)的堿液。波紋板除霧器有設(shè)在洗滌塔出口，對(duì)塔中氣體夾帶的液滴通過(guò)除霧器分離，3～5μm的霧滴可有效去除。除霧器帶有可間歇地噴入高壓清潔水的沖洗噴頭，以清洗除霧器，旨在將其上可能沉淀的鹽類物質(zhì)去除。

2.2.3 二噁英控制技術(shù)優(yōu)化

（1）靜電除霧工藝優(yōu)化

經(jīng)濕法洗滌后，煙氣中含水率較高，若直接通過(guò)煙囪排放，會(huì)有白色煙羽產(chǎn)生，因此，以往項(xiàng)目將煙氣加熱器設(shè)置在洗滌塔后，把煙氣溫度加熱至大于110℃后排放。該項(xiàng)目更改為靜電除霧器，將煙氣中的氣溶膠、液滴及水霧利用其分離和去除。使上述問(wèn)題得到解決，同時(shí)進(jìn)一步去除了煙氣中的超細(xì)顆粒物（吸附于飛灰表面的二噁英類物質(zhì)），解決了氣溶膠中二噁英超標(biāo)問(wèn)題。

（2）活性炭吸附工藝的優(yōu)化

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，二噁英存在的主要形態(tài)是顆粒物，所以需對(duì)粉塵的排放量嚴(yán)格控制，最有效去除二噁英的方法是活性炭噴射吸附+布袋除塵，還能使重金屬汞的排放濃度降低。

考慮到物料成分具較大的波動(dòng)性，本項(xiàng)目將活性炭吸附床（采用分倉(cāng)設(shè)計(jì)，共有3個(gè)均能滿足使用要求的分倉(cāng)組成。吸附層設(shè)置壓力及溫度測(cè)點(diǎn)，根據(jù)活性炭使用情況、倉(cāng)內(nèi)阻力更換使用。同時(shí)旁通有設(shè)置，吸附裝置的調(diào)整依據(jù)使用需要）增設(shè)在靜電除塵器后端，再次凈化煙氣中的二噁英及重金屬等污染物，保障煙氣達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)語(yǔ)

回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)現(xiàn)有的煙氣凈化工藝存在許多亟待改進(jìn)的地方，如洗滌水中氣溶膠狀態(tài)的二噁英類物質(zhì)增加、活性炭吸附造成二次污染、SNCR系統(tǒng)NH3逃逸等，通過(guò)該系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的控制，結(jié)合項(xiàng)目投資等各種因素，針對(duì)不同的物料及項(xiàng)目情況加以應(yīng)用，修正工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容，隨著此工藝會(huì)日益完善，實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化的化工危廢物處置。