生活垃圾焚燒發(fā)電廠全工藝煙氣凈化處理系統(tǒng)

張耀根

（山西省安裝集團(tuán)股份有限公司，山西太原 030032）

1 垃圾焚燒發(fā)電廠技術(shù)構(gòu)成與煙氣成分概述

1.1 垃圾焚燒發(fā)電廠主要技術(shù)構(gòu)成

垃圾焚燒發(fā)電作為新型發(fā)電形態(tài)，較好地滿足了新發(fā)展理念對于電力行業(yè)的發(fā)展要求，實(shí)現(xiàn)了資源重復(fù)利用。隨著相關(guān)技術(shù)日益成熟，垃圾倉、爐排結(jié)構(gòu)、通風(fēng)系統(tǒng)、排灰系統(tǒng)以及煙氣處理系統(tǒng)有序使用，逐步形成一整套完善的垃圾焚燒發(fā)電工藝流程。即生活垃圾由專門車輛運(yùn)輸?shù)桨l(fā)電廠，經(jīng)過卸載、發(fā)酵后，注入焚燒設(shè)備，在850℃的高溫環(huán)境下快速分解，產(chǎn)生大量有害氣體，并且形成高溫?zé)煔?，利用其加熱爐水，產(chǎn)生過熱蒸汽，完成發(fā)電任務(wù)。垃圾焚燒發(fā)電廠技術(shù)流程的健全與完善，使得垃圾焚燒發(fā)電效能穩(wěn)步提升，很大程度上滿足了現(xiàn)階段電力資源需求[1]。

1.2 垃圾焚燒發(fā)電煙氣主體成分分析

垃圾焚燒發(fā)電煙氣組成較為復(fù)雜，包括粉塵、氯化氫、硫化物、氮氧化物、重金屬以及二噁英等。這些物質(zhì)如果不經(jīng)處理，直接進(jìn)入環(huán)境，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的大氣、土壤、水體污染，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境。二噁英很難在自然狀態(tài)下分解，并且表現(xiàn)出較強(qiáng)的有害性，被人體攝入后，極易誘發(fā)癌癥，硫化物、氮氧化物進(jìn)入大氣后，極易誘發(fā)酸雨。為規(guī)范垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)體系，最大程度地減少煙氣污染，防控污染物排放，相關(guān)部門出臺了一系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對垃圾焚燒污染標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)性明確，嘗試通過劃定硬性指標(biāo)，促進(jìn)煙氣污染控制技術(shù)體系與預(yù)防管理機(jī)制的健全完善。例如，2014年，相關(guān)部門出臺《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485—2014），對垃圾焚燒過程中主要污染物排放量進(jìn)行了明確規(guī)定，例如，24h內(nèi)煙塵等顆粒物排放濃度不得超過20mg/Nm3、氯化氫排放濃度不得超過50mg/Nm3、氮氧化物濃度不得超過250mg/Nm3、二噁英排放濃度不得超過0.1ngTEQ/Nm3[2]。

2 工作原理

來自鍋爐的190～220℃煙氣從空氣干燥反應(yīng)塔的頂端進(jìn)入塔。同時(shí)，通過高速霧化器將具有少量結(jié)構(gòu)的石灰漿注入反應(yīng)塔。石灰粉與熱煙氣流中的HCl、SOx、HF和其他酸性氣體反應(yīng)。噴出的石灰漿揮發(fā)并將煙氣冷卻至150～160℃，同時(shí)形成CaCl2、CaF2、CaSO3、CaSO4等干粉產(chǎn)品。整個(gè)制冷過程還將導(dǎo)致二噁英、咪唑和重金屬固化超過標(biāo)準(zhǔn)。部分反應(yīng)物從反應(yīng)塔底部的筒倉排出，通過刮板輸送機(jī)送至公共皮帶輸送機(jī)，再通過斗式提升機(jī)和灰倉螺旋輸送機(jī)進(jìn)入后灰倉。其他部分將與煙氣一起離開反應(yīng)塔。

煙氣進(jìn)入布袋除塵器前，將熟石灰粉和活性炭粉噴入煙氣中。熟石灰粉與HCl、SOx等有明顯的反應(yīng)效果，能有效去除煙氣中殘留的酸性氣體，而活性炭粉能消化吸收煙氣中的汞等金屬元素以及二噁英、咪唑等污染物。

煙氣攜帶煙塵進(jìn)入袋式除塵器后，煙氣中的酸性氣體再次與熟石灰反應(yīng)，活性炭也再次吸收煙氣中的重金屬、二惡英等。煙氣中的煙塵、固化重金屬、反應(yīng)物和活性炭等顆粒粘附在除塵器袋表面，通過空氣壓縮反吹排入除塵設(shè)備倉，然后通過除塵設(shè)備皮帶輸送機(jī)送至公共皮帶輸送機(jī)，最后通過斗式提升機(jī)和灰倉螺旋輸送機(jī)進(jìn)入灰倉。

袋式除塵器出口溫度約為150℃的煙氣從1號集氣站下部原煙氣通道進(jìn)入，經(jīng)管側(cè)傳熱后降至約103.5℃，然后從換熱器下部原煙氣出口排出，進(jìn)入凈化塔下部的煙氣通道并在塔中向上運(yùn)行。凈化塔由下部制冷段和上部吸收除濕段組成。冷卻液循環(huán)泵將塔底制冷劑送至制冷段下方的噴嘴，并向下噴灑，使其完全接觸回流煙氣，將煙氣溫度從103.5℃降至65～67℃（除濕段）。20%的氫氧化鈉溶液通過氫氧化鈉攪拌泵輸送至制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的管道，制冷劑的pH保持在6左右。在此過程中，氫氧化鈉溶液與煙氣中的HCl、SO2等酸性氣體反應(yīng)，形成NaCl、NaF、Na2SO3、Na2O4等酸性鹽。此外，為了確保冷凍液中的鹽濃度保持在4%，在冷凍液循環(huán)系統(tǒng)的管道中設(shè)置允許含鹽量指示器報(bào)警，以便及時(shí)糾正濕試驗(yàn)凈化塔底部出口的制冷劑排放[3]。

煙氣經(jīng)凈化塔冷卻段冷卻、消化、吸收，進(jìn)入凈化塔上端的吸收除濕段。來自除濕液儲罐的除濕水由除濕水循環(huán)泵通過換熱器冷卻，然后輸送至消化吸收除濕部分的上噴嘴進(jìn)行噴淋。在通過填料床與煙氣完全接觸后，返回除濕水箱以完成循環(huán)系統(tǒng)。加入氫氧化鈉溶液可使除濕水的pH保持在7左右。在消化吸收除濕段，煙氣溫度進(jìn)一步降低，煙氣含水量降低。這樣，在減少煙囪“煙”的前提下，借助燒堿溶液在超低溫下的吸收特性，可以進(jìn)一步降低煙氣中的酸性氣體成分。凈化后，約63℃的煙氣通過塔上的除霧器進(jìn)入煙氣換熱器的殼程，加熱至約112℃。

3 生活垃圾焚燒發(fā)電廠全工藝煙氣凈化處理系統(tǒng)

3.1 全面構(gòu)建煙氣凈化體系

垃圾焚燒煙氣凈化體系構(gòu)建過程中，出于凈化成本、凈化效果等多方面因素的考量，可以采用煙氣冷卻、石灰中和、活性炭吸附、袋式除塵器等多種凈化技術(shù)，形成梯度型煙氣凈化機(jī)制。具體來看，煙氣冷卻作為垃圾焚燒煙氣污染物前期凈化環(huán)節(jié)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)快速降低煙氣溫度，實(shí)現(xiàn)煙氣快速冷卻，從而達(dá)到規(guī)避二噁英再合成溫度區(qū)的目的。石灰中和環(huán)節(jié)，通過在燃燒設(shè)備中加入氧化鈣等脫酸劑，引發(fā)煙氣污染物化學(xué)反應(yīng)，中和煙氣中含有的氯化氫、硫化物以及氮氧化物，減少酸性氣體排放。

活性炭在煙氣凈化過程中，主要針對于重金屬物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對煙氣內(nèi)重金屬的吸附，同時(shí)做好殘留二噁英二次處理，最大程度防范重金屬對環(huán)境生態(tài)的影響。袋式除塵器作為垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化處理后置模塊，持續(xù)捕獲煙氣污染物中一般顆粒物、揮發(fā)性重金屬、氯化物等形成的氣溶膠，實(shí)現(xiàn)對小分子污染物精準(zhǔn)化處理與動態(tài)監(jiān)控，確保垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生的煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，形成煙氣污染物凈化閉環(huán)模式[4]。

3.2 SNCR系統(tǒng)

SNCR系統(tǒng)主要包括氨水溶液儲存系統(tǒng)、氨水溶液稀釋系統(tǒng)和噴射系統(tǒng)，其中氨水溶液儲存系統(tǒng)用于氨水儲存，根據(jù)鍋爐運(yùn)行情況和NOx排放情況，由輸送泵及在線稀釋系統(tǒng)稀釋成所需的濃度后送入噴射系統(tǒng)，由噴射系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各噴射單元的氨水溶液分配、霧化和計(jì)量。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別關(guān)注以下幾個(gè)方面。

（1）為了提高脫NOx的效率并實(shí)現(xiàn)NH3泄漏最小化，應(yīng)滿足以下3個(gè)條件。①氨水溶液噴入的位置無火焰。②反應(yīng)區(qū)域維持合適的溫度（850～1000℃）。③反應(yīng)區(qū)域達(dá)到50%（可調(diào)）脫硝效果的停留時(shí)間（0.8s，900℃）。

（2）SNCR系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)NOx和氨逃逸的設(shè)定值全自動調(diào)節(jié)噴量來滿足排放要求。氨逃逸值小于8mg/m3（11%O2含量，干煙氣）。

（3）氨水溶液噴嘴應(yīng)選擇耐腐蝕、耐高溫、霧化性能優(yōu)異的產(chǎn)品，具有根據(jù)氨水溶液噴霧運(yùn)行/停止或爐內(nèi)溫度連鎖而實(shí)現(xiàn)插拔的功能。

3.3 石灰漿制備系統(tǒng)

石灰漿制備系統(tǒng)包括石灰儲倉、石灰定量給料機(jī)、石灰漿制備槽、石灰漿儲漿罐、石灰漿泵及連接各設(shè)備的管道、閥門和清洗設(shè)施等。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別關(guān)注以下3個(gè)方面。

（1）制漿罐入口水管設(shè)流量指示及控制；儲漿罐設(shè)液位指示和低位報(bào)警；石灰漿泵出口管路設(shè)壓力指示；噴霧反應(yīng)器入口管路設(shè)流量指示和調(diào)節(jié)，流量根據(jù)煙氣分析儀中HCl、SO2含量自動調(diào)節(jié)。

（2）石灰漿溶液管道接頭應(yīng)采用法蘭或其他機(jī)械連接，設(shè)清掃口或反沖洗接口；管道設(shè)置必要的控制閥門和測量儀表。

（3）考慮石灰漿管路堵塞時(shí)的影響，應(yīng)設(shè)置過負(fù)荷電流保護(hù)裝置以及防止石灰漿管路發(fā)生堵塞和固著的設(shè)施。

3.4 垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣污染防控的管理方法

為了不斷提高垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣環(huán)境污染防治水平，監(jiān)督煙氣環(huán)境污染防控的總體成本，減少煙氣環(huán)境污染疫情防控的壓力，發(fā)電企業(yè)應(yīng)充分發(fā)揮自身的主動性，從組織建設(shè)、人員配備等方面提高煙氣環(huán)境污染防治的管理效率，并根據(jù)管理要素參與降低煙氣污染水平。具體而言，電站管理人員和領(lǐng)導(dǎo)必須遵循煙氣環(huán)境污染防治的管理模式，消化吸收過去有益的工作經(jīng)驗(yàn)，開展垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)，并對焚燒垃圾的分類和選擇進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化管理，以確保焚燒垃圾的底熱合格，阻斷煙氣污染物的產(chǎn)生途徑。同時(shí)，根據(jù)垃圾焚燒發(fā)電用油煙凈化器的組成，制定了維護(hù)計(jì)劃。派遣人員根據(jù)維護(hù)計(jì)劃及時(shí)檢查凈化處理的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)工作狀態(tài)做好煙氣凈化處理設(shè)備的維護(hù)工作，確保煙氣空氣凈化裝置始終處于良好狀態(tài)，提高煙氣凈化處理的效率[5]。

垃圾焚燒發(fā)電作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，涉及區(qū)域民生項(xiàng)目。在煙氣環(huán)境污染防治方面，工作人員必須加強(qiáng)與相關(guān)政府機(jī)構(gòu)的合作，采用“興化”的內(nèi)部控制、管理和外部監(jiān)督方法，減少垃圾焚燒發(fā)電造成的煙氣環(huán)境污染管理中的漏洞，確保發(fā)電企業(yè)能夠迅速應(yīng)對突發(fā)事件并有序解決。充分考慮到廢點(diǎn)火電站煙氣污染物防治的必要性，電站必須配備專職管理人員，并采取判斷和塑造、及時(shí)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)、考核和激勵(lì)等措施，建設(shè)一支專業(yè)的煙氣環(huán)境污染防治管理團(tuán)隊(duì)。在專業(yè)管理人員的充分參與下，可以最大限度地發(fā)揮管理優(yōu)勢，確保垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化處理既定目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.5 脫酸反應(yīng)器系統(tǒng)軟件

脫酸反應(yīng)塔系統(tǒng)軟件為半干式試驗(yàn)反應(yīng)器。旋轉(zhuǎn)霧化器位于噴霧反應(yīng)器的上端。系統(tǒng)軟件中的石灰粉進(jìn)入旋轉(zhuǎn)霧化器，霧化至平均值約為50μm的細(xì)液體，細(xì)液體與移動的煙霧一起呈螺旋狀流動，并被非常大的煙流包裹。在這個(gè)過程中，石灰粉完全接觸煙霧中的HCl、HF、SO2和其他酸性氣體，并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)特別注意以下方面。

（1）在設(shè)計(jì)反應(yīng)塔時(shí)，考慮煙氣在反應(yīng)塔中有足夠的停留時(shí)間，以確保出口煙氣中的固體顆粒自然干燥，不會粘在壁上。

（2）筒倉出口設(shè)有破碎機(jī)和星形排灰閥，與刮板輸送機(jī)連接，確?；业恼Ｅ懦?；筒倉應(yīng)有足夠的傾角（≥60°）以獲得更好的流動性，并應(yīng)配備入口孔、液位指示器控制和堵塞清除設(shè)備。為避免灰和鹽結(jié)塊，筒倉應(yīng)配備電伴熱系統(tǒng)，電伴熱設(shè)備應(yīng)確保錐溫不低于110℃。

3.6 健全垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣除塵技術(shù)方案

結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，垃圾燃燒發(fā)電廠在運(yùn)行過程中，煙氣中會形成大量的固體顆粒，為應(yīng)對這種局面，實(shí)現(xiàn)煙氣內(nèi)固體顆粒物有效防治，減少顆粒物產(chǎn)生的環(huán)境危害。在固體顆粒處置環(huán)節(jié)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)有序做好煙氣除塵技術(shù)應(yīng)用，為確保除塵技術(shù)效果，應(yīng)當(dāng)綜合考量垃圾焚燒特點(diǎn)，綜合顆粒特性，在厘清環(huán)保政策要求、燃煤性質(zhì)、飛灰性質(zhì)、現(xiàn)場條件等各類條件，定向完成垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣除塵技術(shù)選擇，強(qiáng)化除塵工作效能。以現(xiàn)階段較為成熟的電除塵技術(shù)為例，電除塵借助高壓電廠，將煙塵內(nèi)懸浮的粉塵以及顆粒在電荷作用下，形成電極運(yùn)動，被吸附到電極之上，達(dá)到除塵凈化的目的。在實(shí)際技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，電除塵技術(shù)應(yīng)當(dāng)將電極電阻控制在1×104Ω·cm～5×1011Ω·cm，這種特定參數(shù)極大地提升了煙氣除塵技術(shù)對溫度與壓力等外部環(huán)境適應(yīng)能力，擴(kuò)大煙塵濃度處理范圍，確保電除塵技術(shù)應(yīng)用效果。濕式電除塵技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，技術(shù)人員需要靈活運(yùn)用各類技術(shù)設(shè)備，綜合分析粒徑分布、氣流分布等相關(guān)因素，確保設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)高效性，實(shí)現(xiàn)對顆粒精準(zhǔn)化處置。表1為煙氣排放值與標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 煙氣排放值與標(biāo)準(zhǔn)值 單位：mg/m3

4 結(jié)語

垃圾焚燒發(fā)電廠運(yùn)行過程中產(chǎn)生的煙氣含有大量有害物質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，為實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的清潔化與生態(tài)化，最大程度地減少垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)生的污染問題，文章從技術(shù)、管理等多個(gè)維度出發(fā)，通過系列防控舉措，構(gòu)建更為高效的煙氣防治模式。