垃圾焚燒含濕法脫酸系統(tǒng)的脫白工藝比較

文_鄒貞 上海泰欣環(huán)境工程有限公司

隨著環(huán)保形勢的日趨嚴峻，煙氣排放指標越來越嚴格，目前國內(nèi)對SOx、HCl 污染物濃度排放要求比較高，垃圾焚燒電廠的煙氣在排放前都進行了濕法脫酸，溫度降至45 ～60℃，此時煙氣通常是飽和的濕煙氣，煙氣中含有大量的水蒸汽，水蒸汽中含有較多霧霾主要成分為溶解性鹽、SO3、凝膠粉塵、微塵等。如果煙氣由煙囪直接排出，進入溫度較低、飽和濕度較低的環(huán)境空氣中，在煙氣溫度降低過程中，煙氣中的水蒸汽會凝結(jié)形成濕煙羽，出現(xiàn)煙囪冒白煙的情況，在視覺上及實際環(huán)境都造成了實質(zhì)性的污染。并隨著煙氣脫白相關(guān)政策和規(guī)范的出臺，白煙的排放也列入了控制指標中。

1 白煙形成、去除的機理及常用處理工藝

1.1 白煙形成機理

白煙形成的機理如圖1 所示，曲線為飽和溫濕度曲線，A點是項目所在地的環(huán)境狀態(tài)點，假設(shè)B點是排放煙氣的初始狀態(tài)點，如果煙氣不經(jīng)過處理直接排入大氣，煙氣會沿直線AB，最終達到環(huán)境狀態(tài)點，直線AB 與過飽和區(qū)域有交集，在煙氣冷卻過程中攜帶的水分會析出，形成肉眼所看到的白煙；過點A 做飽和溫濕度曲線的切線，切點為D，煙氣沿這個切線自然冷卻，與過飽和區(qū)域不會產(chǎn)生交點，這條線就是出現(xiàn)白煙與否的臨界線，煙氣只要在這條線或在這條線的下面進行排放，就不會形成白煙。

圖1 飽和溫濕度曲線

加熱法：對B 點進行加熱至AD 延長點狀態(tài)C，AC 與飽和溫濕度線相切，則排放不產(chǎn)生白煙。

冷凝法：對B 點進行冷凝至狀態(tài)點D，AD 與飽和溫濕度線相切，則排放不產(chǎn)生白煙。

冷凝+加熱法：對B 點進行冷凝至狀態(tài)點E，對E 點進行加熱至AD 延長點狀態(tài)F，AF 與飽和溫濕度線相切，則排放不產(chǎn)生白煙。

1.2 白煙去除機理

從白煙形成機理可知，要消除白煙，需使得濕煙氣初始狀態(tài)點與環(huán)境狀態(tài)點的連線與飽和濕度曲線不相交，其臨界點便是濕煙氣初始狀態(tài)點與環(huán)境狀態(tài)點的連線與飽和濕度曲線相切。

1.3 常用處理白煙工藝

由于地域的不同，氣候條件相差較大，平均溫度、濕度、極端溫度相差都很大，采用的技術(shù)工藝也不盡相同。各垃圾焚燒電廠的工藝條件不同、投資要求不同及余熱資源不同，采取的脫白方法也不同，但根據(jù)白煙形成及去除的原理，目前常用的方法有煙氣加熱工藝、煙氣冷凝工藝（去除煙氣中的水蒸氣）及煙氣先冷凝再加熱工藝等。

2 案例分析

2.1 項目介紹

國內(nèi)某垃圾焚燒電廠，垃圾處理規(guī)模單臺爐為750t/d，煙氣排放量約為173000Nm3/h(濕基)，含水量約為20%～21%（取20.5%進行分析），氧含量約5.5%，SOx濃度為800mg/Nm3，HCl 濃度為1200mg/Nm3；環(huán)保要求SOx排放濃度小于5mg/Nm3，HCl 排放濃度＜5mg/Nm3；根據(jù)白煙常用處理工藝，本項目煙氣凈化工藝采用半干法+干法+活性炭+布袋除塵器+GGH1（煙氣-煙氣換熱器）+濕法脫酸（具有脫白功能）+SGH（蒸汽加熱）， 煙氣凈化工藝流程見圖2；項目所在地冬季平均溫度為2℃，夏季平均溫度為31.8℃；冬季平均大氣相對濕度為70%，夏季平均大氣相對濕度為80%；當?shù)貙Α鞍谉煛杯h(huán)保要求為一年四季煙囪出口無白煙產(chǎn)生；根據(jù)現(xiàn)有配置要求污染物SOx排放濃度小于5mg/Nm3，HCl排放濃度小于5mg/Nm3，并同時滿足無“白煙”要求；垃圾焚燒煙氣中不但包括SOx，還含大量的HCl，但由于HCl對煙氣露點溫度提高的作用小于SO2的影響，本項目可根據(jù)Müller 曲線可查SOx含量對應煙氣露點溫度約115℃。為了保證設(shè)備不出現(xiàn)黏結(jié)機會現(xiàn)象，而導致嚴重的金屬腐蝕的現(xiàn)象，則本項目需保證高于煙氣露點溫度前提下，進行脫白運行工藝比較。

圖2 煙氣凈化流程圖

根據(jù)本項目入口各種工況及本項目所處地水資源匱乏的情況考慮，濕法脫酸系統(tǒng)最理想運行狀態(tài)是系統(tǒng)達到自身的水平衡，不需額外進行補充水，濕法系統(tǒng)運行為最理想狀態(tài)，出口溫度控制在約60℃，無需額外補充水，根據(jù)夏季環(huán)境溫度及相對濕度計算，如排煙溫度按GGH1 換熱后凈煙氣出口溫度115℃進行排放，濕法系統(tǒng)出口溫度控制在73.5℃，目前濕法系統(tǒng)夏季最理想排煙溫度是60℃＜73.5℃，夏季無白煙產(chǎn)生，并且排放溫度≥115℃，可保證無煙氣露點腐蝕。因此本項目只需分析冬季下脫白情況。根據(jù)現(xiàn)有配置分析不同脫白方法最為有利于本項目進行脫白煙。

2.2 煙氣加熱工藝

采用蒸汽或者電加熱方法將煙氣溫度提高至所需溫度，電加熱器功率太大，大幅度地提高了廠用電率，垃圾焚燒發(fā)電主要是采用蒸汽發(fā)電，直接采用電加熱進行脫白，運行費用更大，因此本項目煙氣凈化配置是按蒸汽加熱配置，按蒸汽加熱進行分析，通過抬高煙氣排放溫度，將煙氣溫度加熱至與飽和溫濕度線相切。如考慮濕法脫酸系統(tǒng)按照最理想工況進行運行時，出口溫度約60℃（無需額外補水），根據(jù)冬季環(huán)境溫度及相對濕度，計算出排煙溫度需要達到217℃才不產(chǎn)生白煙， 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線見圖3；也就是需要通過蒸汽加熱器將115℃煙氣加熱至217℃，這將需要消耗約15.0t/h 蒸汽（4.0MPa 飽和蒸汽），對于垃圾焚燒發(fā)電廠來說蒸汽是用來發(fā)電的，非常寶貴；排煙溫度較高對引風機的造價也影響非常大。

圖3 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線

2.3 煙氣冷凝工藝

通過冷卻水將煙氣溫度降低從而將煙氣中的水蒸汽冷凝下來，本項目濕法塔分兩部分，利用上面的減濕部及濕法塔外的板式換熱器，通過外界冷卻水經(jīng)板式換熱器，將煙氣中的熱量帶出，使得煙氣中水冷凝下來，一部分進入到濕法塔冷卻部作為冷卻部的補充水，達到水冷凝的回收；根據(jù)GGH1（煙氣-煙氣換熱器）凈煙氣出口溫度115℃進行煙囪的直接排放，通過圖3 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線查到濕法脫酸系統(tǒng)出口溫度需控制在47.3℃才不產(chǎn)生白煙。經(jīng)查圖4 煙氣飽和含水與濕法出口溫度曲線，濕法出口溫度為47.3℃時對應濕法出口煙氣含水量約為10.48%，濕法減濕部將原始煙氣中含水量降至10.48%，根據(jù)原始含水量及煙氣量，計算出煙氣冷凝下來的水量約為14.3t/h。本項目半干法制漿所需用水量約為6.4t/h，飛灰穩(wěn)定化用水約為0.5t/h，冷凝出來的水可以用于半干法制漿及飛灰穩(wěn)定化用水，如單獨采用冷凝工藝，冬季需考慮濕法系統(tǒng)冷凝下來冷凝水的處理，約7.4t/h。

圖4 煙氣飽和含水與濕法出口溫度曲線

2.4 煙氣先冷凝再加熱工藝

先通過冷凝工藝將煙氣中的水含量降低，再通過抬高煙氣溫度來達到無白煙產(chǎn)生；根據(jù)本項目半干法系統(tǒng)制漿、飛灰穩(wěn)定化所需水量約為6.9t/h，考慮到煙氣凈化自身需要達到水平衡，并且不考慮額外補充及外排水量，根據(jù)濕法脫酸系統(tǒng)水自平衡計算，需滿足冷卻部分自身需要補水量及滿足半干法系統(tǒng)制漿、飛灰穩(wěn)定化用水水量，則需將濕法脫酸系統(tǒng)減濕部冷凝產(chǎn)生水量控制在8.0t/h 左右，反算需將濕法脫酸塔出口溫度控制在約55℃，對應的煙氣含水量為15.55%，通過圖3 濕法出口溫度、相對濕度與排煙溫度曲線查到排煙溫度需控制在171℃才不產(chǎn)生白煙。GGH1(煙氣-煙氣換熱器)凈煙氣出口溫度為115℃，需通過蒸汽加熱器SGH將GGH1 凈煙氣出口煙氣加熱到171℃，需要消耗約8.0t/h 蒸汽（4.0MPa 飽和蒸汽）。

2.5 3種脫白工藝對應的排放

根據(jù)上述對3 種脫白工藝的計算分析，可得出本案例濕法脫酸塔出口含水量、溫度情況，及計算出SGH（蒸汽-煙氣加熱器）所需加熱量，蒸汽耗量，具體見表1。

表1 3種脫白工藝出口所需蒸汽耗量比較

3 運行費用分析

以上3 種脫白工藝運行費用計算，運行費用見表2。

表2 三種脫白工藝運行費用比較

從3 種脫白工藝運行費用比較來看，采用冷凝法最為經(jīng)濟，建議按冷凝法來進行運行；直接或者間接抬高煙氣溫度，所消耗能耗大，經(jīng)濟性差，不建議采用。

4 結(jié)語

本文闡述了形成白煙的原理，通過案例計算并分析加熱脫白、冷凝脫白及先冷凝再加熱脫白的工藝，根據(jù)3 種脫白工藝及計算分析，運行費用的比較，得出在垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化項目（含濕法脫酸系統(tǒng)）直接采用冷凝法將煙氣中水含量降低的方法最為經(jīng)濟，采用直接或者間接抬高煙氣溫度，所消耗能耗大，經(jīng)濟性差，因此建議垃圾焚燒發(fā)電項目煙氣凈化系統(tǒng)采用含濕法脫酸系統(tǒng)進行脫酸工藝時，濕法脫酸系統(tǒng)需帶“脫白”功能（降低煙氣中水含量），最為有利于目前煙氣排放指標。