垃圾焚燒電廠煙氣后置濕法脫酸工藝探討

唐杰鋒

摘要：通過對(duì)垃圾焚燒電廠煙氣旋轉(zhuǎn)噴霧半干法+干法+布袋除塵傳統(tǒng)處理工藝的運(yùn)行實(shí)踐，分析現(xiàn)階段垃圾焚燒電廠傳統(tǒng)處理工藝存在的弊端，并結(jié)合火電廠超潔凈及消白的排放要求，在原有傳統(tǒng)工藝上增加二段式濕法工藝，對(duì)新增的工藝進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒;煙氣脫酸;濕法;消白

垃圾焚燒是目前城市垃圾處理最有效的手段，焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣含有大量的酸性氣體，若不合理處理會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大危害。

1 傳統(tǒng)工藝分析及新工藝的來源

1.1傳統(tǒng)工藝分析

當(dāng)前，煙氣中的NOx、SOx、HCl、粉塵等污染物排放執(zhí)行《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2014），且未對(duì)消白做出要求，采用傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)噴霧半干法+干法+布袋除塵處理工藝即可滿足排放要求。隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，垃圾焚燒電廠煙氣排放指標(biāo)也會(huì)作出提標(biāo)要求，當(dāng)指標(biāo)提升至歐盟2000/76/EC標(biāo)準(zhǔn)，甚至超潔凈排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)白煙做出規(guī)范要求，傳統(tǒng)的處理工藝將無法滿足煙氣的排放要求[1]。

1.2新工藝的來源

濕法脫酸在燃煤火電廠廣泛使用，是脫酸工藝中最成熟可靠，處理效率最高的工藝。半干法相對(duì)于濕法而言最大弊端體現(xiàn)在脫酸效率相對(duì)較低，無法穩(wěn)定地將污染物排放控制在低標(biāo)準(zhǔn)以下。由于垃圾焚燒煙氣的成分不同于燃煤電廠，無法采用單一濕法脫酸工藝，因此在傳統(tǒng)工藝與燃煤電廠工藝上整合，既需要保留傳統(tǒng)的垃圾電廠煙氣處理工藝，也需要濕法作為補(bǔ)充，還需要考慮垃圾焚燒電廠煙氣高含水率的問題，形成一種新的處理工藝：旋轉(zhuǎn)噴霧半干法+干法+布袋除塵+二段式濕法[2]。二段式濕法不僅能進(jìn)一步降低酸性氣體的排放，還能去除煙氣夾帶的大部分水蒸氣，從而達(dá)到消白的目的。

2 二段式濕法系統(tǒng)的工藝流程

二段式濕法系統(tǒng)設(shè)置在布袋除塵后，從布袋除塵器出來約140℃的原煙氣進(jìn)入煙氣-煙氣GGH，與GGH中從濕式脫酸塔出來的低溫凈煙氣進(jìn)行換熱，原煙氣溫度降至約100℃從濕式脫酸塔下部進(jìn)入塔內(nèi)。煙氣自下而上先經(jīng)過濕式脫酸塔的冷卻吸收部，與冷卻部噴淋層噴下的含有堿性冷卻液進(jìn)行充分逆向接觸，煙氣溫度降至飽和溫度，同時(shí)吸收煙氣中SOx、HCl等酸性氣體。冷卻吸收部出口的飽和煙氣接著進(jìn)入減濕部，在該區(qū)域煙氣再次與減濕部噴淋層噴下的含有堿性減濕液充分接觸，再進(jìn)一步去除酸性氣體。煙氣通過減濕部后，飽和煙氣的溫度降低從而達(dá)到降低煙氣中的含水率。濕式脫酸塔減濕部出口的低溫凈煙氣經(jīng)GGH 加熱后溫度升至≥115℃后進(jìn)入下一系統(tǒng)。

3 工作及反應(yīng)機(jī)理

3.1 工作機(jī)理

二段式濕法系統(tǒng)采用單塔雙循環(huán)模式，即一座吸收塔內(nèi)完成了兩次脫酸，達(dá)到了雙塔串聯(lián)的效果。脫酸塔分為冷卻部和減濕部，通過集液盤隔開，形成兩個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，兩個(gè)循環(huán)系統(tǒng)分別完成對(duì)酸性氣體的吸收反應(yīng)。

冷卻部主要完成對(duì)酸性氣體的吸收。高溫?zé)煔庀冗M(jìn)入冷卻部，在冷卻塔與循環(huán)液在空塔內(nèi)充分接觸，煙氣溫度降至飽和溫度，并去除大量的酸性氣體，飽和煙氣進(jìn)入一級(jí)除霧器去除大液滴后進(jìn)入減濕部。

減濕部主要完成對(duì)酸性氣體的進(jìn)一步去除及除霧。與冷卻部不同的是，減濕部除了設(shè)置有噴淋層及除霧器以外，還設(shè)置了填料層，減濕部的氣液接觸在填料層內(nèi)完成。來自冷卻部的煙氣自下而上進(jìn)入填料層，與噴淋層噴下的減濕液大面積接觸反應(yīng)，不僅提高吸收效率，還除去煙氣中的水汽（煙氣中的水蒸氣以一定速度通過填料層時(shí)，會(huì)與填料層復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相撞，依附在其表面上，經(jīng)過擴(kuò)散及重力的作用下逐漸聚集，當(dāng)重量達(dá)到一定水平時(shí)，就會(huì)從填料層內(nèi)部結(jié)構(gòu)分離）。

3.2 反應(yīng)原理

二段式濕法系統(tǒng)采用鈉堿溶液作為脫酸劑。

稀釋后的鈉堿溶液通過堿液輸送泵送入冷卻液循環(huán)系統(tǒng)，在冷卻液循環(huán)泵的水力作用下與循環(huán)液充分混合，進(jìn)入噴淋層，經(jīng)噴嘴霧化后的霧滴向下噴出。稀釋后的鈉堿溶液同樣作為減濕液脫酸劑的補(bǔ)充，減濕液由減濕液循環(huán)泵輸送至減濕部上方噴嘴，向下噴入并均勻地經(jīng)過填料床與煙氣充分接觸，反應(yīng)后的減濕水由集液盤收集至塔外減濕水池。

主要的反應(yīng)如下：

2NaOH+SO2= Na2SO3+ H2O

Na2SO3+SO2+H2O= 2NaHSO3

NaOH+ NaHSO3= Na2SO3+ H2O

Na2SO3+O2= 2Na2SO4

NaOH+ HCl= NaCl+ H2O

過程中濕法系統(tǒng)中投加了鈉堿溶液，吸收液中的鈉鹽逐漸增加，鈉鹽的濃度增大不但會(huì)降低酸性氣體的吸收率，析出晶體還會(huì)加大對(duì)管道設(shè)備的磨損，需要對(duì)冷卻循環(huán)液進(jìn)行適量的排放，以降低溶液中的含鹽量，保證酸性氣體的吸收率，降低管道設(shè)備的損耗。減濕液含鹽率較低，減濕下來的水盡可能用于冷卻部循環(huán)水的補(bǔ)充，減少新鮮工藝水的用量。冷卻部循環(huán)液在排水與補(bǔ)水的過程中達(dá)到鹽濃度的平衡。

產(chǎn)生的廢水主要含有可溶解的NaCl、Na2SO3、Na2SO4等鹽類，經(jīng)廢水處理后達(dá)標(biāo)排放。

4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

濕法處理工藝在傳統(tǒng)火電廠煙氣處理中廣泛應(yīng)用，成熟可靠，對(duì)SO2及HC1等酸性氣體去除效率可達(dá)98%以上。

垃圾焚燒電廠的濕法脫酸技術(shù)不同于傳統(tǒng)火電廠的濕法脫酸技術(shù)，在傳統(tǒng)脫酸技術(shù)上結(jié)合垃圾電廠的煙氣情況延伸出二段式濕法脫酸，達(dá)到脫酸、消白雙重目的。二段式濕法的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）對(duì)酸性氣體的去除效率高;

（2）技術(shù)成熟可靠;

（3）脫酸產(chǎn)物除產(chǎn)生鈉鹽不產(chǎn)生其他副產(chǎn)物;

（4）適用于各種鍋爐負(fù)荷運(yùn)行的情況;

（5）當(dāng)半干法出現(xiàn)異常時(shí)，可獨(dú)立運(yùn)行脫酸;

5 影響因素

（1）PH值

運(yùn)行表明，吸收液PH在5.8～6.8時(shí)脫酸效率最高。當(dāng)PH>6時(shí)，脫酸效果隨PH增大而增加，但Na2SO3的溶解度隨PH升高反而下降，當(dāng)PH值超過一定值時(shí)，抑制正反應(yīng)速度，并有吸收劑中析出，造成結(jié)垢。

（2）液氣比（L/G）

液氣比是指氣液接觸設(shè)備中液體與氣體的流量之比。氣液比的增加，代表氣液接觸幾率增加，脫酸率增大，但酸性氣體與吸收液達(dá)到氣液達(dá)到平衡后繼續(xù)增加液氣比脫酸率也不再增加。過高的液氣比反而會(huì)造成電耗的增加，提高運(yùn)行成本。因此，需要結(jié)合煙氣成分選取合適的液氣比。

（3）煙氣溫度

運(yùn)行表明，低溫一定程度上有利于酸性氣體與堿性吸收液的反應(yīng)。根據(jù)SO2+H2O→H++HSO3-→2H++SO32-，煙氣溫度越低，SO2越容易溶于水。煙氣溫度過高，冷卻部內(nèi)的飽和溫度越高，冷卻液大量進(jìn)行減濕部，增加減濕部的處理壓力;運(yùn)行中往往將脫酸塔進(jìn)口煙氣溫度控制在120℃以下。

（4）接觸面積與停留時(shí)間

煙氣與噴淋循環(huán)液的接觸面積由噴淋層及噴嘴布置決定，單層噴淋的的覆蓋率達(dá)200%以上;停留時(shí)間則主要由煙氣流速及塔高決定，考慮空塔流速在2.3-2.8m/s以內(nèi)，停留時(shí)間不低于3s，在保證吸收率的同時(shí)，盡量考慮減少塔的鋼材耗量，節(jié)約成本。

結(jié)論

隨著國家環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理工藝無法滿足更高的排放指標(biāo)。煙氣脫酸工藝方案應(yīng)以立足國情、方便操作、技術(shù)成熟以及達(dá)到目前國際水平為指導(dǎo)思想，采用組合工藝，以滿足排放要求[3]。

旋轉(zhuǎn)噴霧半干法+干法+布袋除塵+二段式濕法脫酸煙氣凈化處理工藝在國內(nèi)外已有大量的應(yīng)用實(shí)例，在國內(nèi)還處于初步階段。該工藝可確保煙氣凈化系統(tǒng)提供最高效的脫酸效果，該工藝對(duì)于日益嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)來說，是一種趨勢(shì)，適用于環(huán)保要求很高的城市或新建生活垃圾焚燒電廠。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫向軍，龍吉生，岳優(yōu)敏，等.滿足EU2000/76/EC標(biāo)準(zhǔn)的垃圾焚燒廠煙氣處理工藝探討[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2007，15（5）：1-3.

[2]陳善平，劉開成，馬梅芳.濕法脫酸工藝應(yīng)用于垃圾焚燒的適應(yīng)性與經(jīng)濟(jì)性研究[J].環(huán)境工程，2010（s1）：226-229.

[3]劉金海，明小名.垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣脫酸工藝分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2017（06）：47-48.