新型急冷脫酸工藝在危廢焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用

石秋俊,季 煒,何友雄,牛小頓,趙 聰

(重慶創(chuàng)綠環(huán)境保護(hù)有限公司,重慶 400042)

近年來(lái),快速工業(yè)化導(dǎo)致中國(guó)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)量急劇增加,其中50%以上的危險(xiǎn)廢物來(lái)自化工、有色金屬冶金和采礦業(yè)三個(gè)行業(yè)[1-3]。焚燒技術(shù)具有減容減量明顯、無(wú)害化效果好等優(yōu)點(diǎn),通常用于危險(xiǎn)廢物處理處置中[4]。鑒于危險(xiǎn)廢物焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸性氣體(SOx、HCL和HF等)、重金屬、顆粒物、二噁英以及具有高遷移能力的呋喃等物質(zhì),會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成長(zhǎng)期的危害,國(guó)家對(duì)危廢焚燒設(shè)施出口煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求越發(fā)嚴(yán)格,焚燒煙氣凈化系統(tǒng)是危險(xiǎn)廢物焚燒處理系統(tǒng)的重要組成部分[5-10]。

危廢焚燒煙氣的凈化技術(shù)有干法煙氣凈化技術(shù)、半干法煙氣凈化技術(shù)和濕法煙氣凈化技術(shù)等[11]。其中干法煙氣凈化技術(shù)存在脫酸效率低、藥耗高等缺點(diǎn);半干法煙氣凈化技術(shù)由于噴槍霧化效果差,容易導(dǎo)致塔體結(jié)垢、堵塞和產(chǎn)生脫酸廢水;藥耗高、工藝流程長(zhǎng)和產(chǎn)生大量高含鹽脫酸廢水是濕法煙氣凈化技術(shù)的主要痛點(diǎn)問(wèn)題[12]。因此,發(fā)展脫酸效率高、不產(chǎn)生脫酸廢水、低碳低耗的處理技術(shù)顯得尤其重要。

為解決危廢焚燒煙氣凈化過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn)與困境,開(kāi)發(fā)了新型急冷脫酸煙氣凈化工藝,并成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中,可以為行業(yè)內(nèi)提供參考借鑒。下面就結(jié)合工程實(shí)例對(duì)新型急冷脫酸工藝進(jìn)行介紹。

1 工藝簡(jiǎn)介

新型急冷脫酸工藝由高效急冷脫酸塔、活性炭吸附裝置、布袋除塵器、單級(jí)濕法塔、煙囪等幾部分組成。

危險(xiǎn)廢物經(jīng)焚燒處理后會(huì)在二燃室產(chǎn)生含有SO2、HCl、HF等酸性氣體的高溫?zé)煔?溫度>1 100℃),高溫?zé)煔饨?jīng)過(guò)余熱鍋爐熱交換和脫硝后溫度在500～550℃之間,煙氣自余熱鍋爐出口進(jìn)入高效急冷脫酸塔,同步實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔饧崩浜兔撍峁δ堋?/p>

經(jīng)高效急冷脫酸塔處理后的煙氣溫度在180～200℃之間,煙氣與活性炭混合后進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)一步去除煙氣中的粉塵和顆粒物,處理達(dá)標(biāo)后的煙氣通過(guò)煙囪排出。該工藝配有一級(jí)濕法塔,是工藝系統(tǒng)的后端保障,作為工藝系統(tǒng)兜底應(yīng)急使用,產(chǎn)生的廢水進(jìn)入制漿系統(tǒng)中用于配置急冷脫酸堿液,整個(gè)急冷脫酸工藝系統(tǒng)不排出廢水。

高效急冷脫酸塔結(jié)構(gòu)由圖2所示。布風(fēng)器葉片呈45°,高速旋轉(zhuǎn)霧化器(轉(zhuǎn)速可達(dá)13 500 r/min)和布風(fēng)器使進(jìn)入塔內(nèi)的高溫?zé)煔馀c高速旋轉(zhuǎn)霧化后的微米級(jí)Na2CO3堿液霧滴(30～80 μm)在極短距離內(nèi)完全有效混合,達(dá)到瞬間急冷和脫酸的目的。塔內(nèi)增設(shè)的干粉脫酸系統(tǒng)彌補(bǔ)了塔內(nèi)霧化堿液空穴區(qū)域,增強(qiáng)了脫酸效率,保證高效急冷脫酸塔脫酸效率≥95%。該工藝可根據(jù)焚燒物料情況實(shí)時(shí)精確控制堿液噴入量,同時(shí)因?yàn)槲⒚准?jí)霧滴蒸發(fā)面積大、蒸發(fā)時(shí)間短,在塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了液相至氣相或固相的快速轉(zhuǎn)變,既充分滿足了環(huán)保要求,又避免了高鹽脫酸廢水的產(chǎn)生,達(dá)到脫酸效率和急冷降溫的平衡。

1-焚燒裝置;2-余熱鍋爐;3-高效急冷脫酸塔;4-活性炭吸附裝置;5-布袋除塵器;6-旋風(fēng)除塵裝置;7-濕法脫酸塔;8-煙囪;9-堿液制備儲(chǔ)存裝置圖1 新型急冷脫酸工藝流程圖

1-布風(fēng)器;2-螺旋進(jìn)風(fēng)裝置;3-高速旋轉(zhuǎn)霧化器;4-塔主體上蓋裝置;5-塔主體直筒裝置;6-塔主體錐筒裝置圖2 高效急冷脫酸塔結(jié)構(gòu)圖

1.1 急冷脫酸塔的主要化學(xué)反應(yīng)

在高效急冷脫酸塔中完成的主要化學(xué)反應(yīng)為:

SO2與堿液反應(yīng)

SO2+H2O→H2SO3

H2SO3+ Na2CO3→Na2SO3+ H2O+CO2

Na2SO3+SO2+ H2O→2NaHSO3

與其他酸性物質(zhì)(如SO3、HF、HCl)的反應(yīng)

SO3+ Na2CO3→Na2SO4+ CO2

2HF+ Na2CO3→2NaF+ H2O + CO2

2HCl+ Na2CO3→2NaCl+ H2O + CO2

1.2 急冷脫酸塔控制邏輯

參與反應(yīng)的Na2CO3物料,由人工計(jì)量定量加入攪拌罐中,與水配制成20%濃度的濃液;攪拌罐中的濃液和清水罐中的清水分別用變頻泵根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要,按一定的比例泵入混合罐中配置成確定濃度的漿液;混合罐中的漿液用螺桿變頻泵輸送至霧化器使用。攪拌罐、混合罐均具備水溫測(cè)量并自動(dòng)連鎖蒸汽加熱功能。兩個(gè)攪拌罐可自動(dòng)切換,始終保證至少一個(gè)罐配置好的堿液備用,以保證系統(tǒng)需求。

高效急冷脫酸塔控制邏輯圖詳見(jiàn)圖3。

圖3 高效急冷脫酸塔控制邏輯圖

2 煙氣凈化工藝對(duì)比

下面從工藝流程、煙氣凈化效果、煙氣凈化成本和飛灰產(chǎn)生率四方面對(duì)兩級(jí)濕法脫酸組合工藝與新型急冷脫酸工藝進(jìn)行比較。

2.1 工藝流程對(duì)比

兩級(jí)濕法脫酸組合工藝和新型急冷脫酸工藝對(duì)比如圖4。

圖4 兩工藝流程對(duì)比圖

兩級(jí)濕法脫酸組合工藝是目前危廢焚燒煙氣凈化的主流工藝,包含急冷塔、干法反應(yīng)塔、活性炭吸附裝置、布袋除塵器、兩級(jí)濕法塔以及煙氣排放裝置[4],其脫酸效率可以達(dá)到99%以上[13-14]。兩級(jí)濕法組合工藝煙氣凈化流程為焚燒煙氣通過(guò)余熱鍋爐作用后進(jìn)入急冷塔急冷,使煙氣溫度控制在180～200℃,隨后煙氣進(jìn)入干法塔去除一部分煙氣中的酸性物質(zhì),經(jīng)活性炭吸附后,進(jìn)入布袋除塵器去除顆粒物和粉塵,再進(jìn)入兩級(jí)濕法塔與NaOH溶液充分反應(yīng),完成煙氣凈化,達(dá)標(biāo)排放。該工藝能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放,廣泛適用于危廢焚燒煙氣凈化系統(tǒng)提標(biāo)改造及新建項(xiàng)目中,但存在工藝流程長(zhǎng)、脫酸廢水產(chǎn)生量大、凈化成本高等缺點(diǎn)[11]。

新型急冷脫酸工藝作為煙氣主體凈化工藝應(yīng)用于危廢焚燒煙氣凈化過(guò)程中,尚屬行業(yè)首次。該工藝中高效急冷脫酸塔代替了兩級(jí)濕法組合工藝中的急冷塔、干法塔和兩級(jí)濕法塔功能,同步實(shí)現(xiàn)了急冷和脫酸功能,脫酸效率達(dá)到95%以上。該工藝工藝流程短,脫酸效率高,對(duì)煙氣工況適應(yīng)性強(qiáng),不產(chǎn)生脫酸廢水等優(yōu)勢(shì)。

綜上,新型急冷脫酸工藝在工藝流程長(zhǎng)短及脫酸廢水產(chǎn)生等方面占有優(yōu)勢(shì)。

2.2 煙氣凈化效果對(duì)比

對(duì)采用兩級(jí)濕法脫酸組合工藝和新型急冷脫酸工藝的兩條危廢焚燒生產(chǎn)線煙氣排放口處煙氣指標(biāo)日均值進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì),其與《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》比較結(jié)果如表1,兩煙氣凈化工藝入口污染物指標(biāo)控制值對(duì)比如表2。

表1 危險(xiǎn)廢物焚燒設(shè)施煙氣污染物排放濃度限值與實(shí)際工程煙氣出口實(shí)測(cè)日均值對(duì)比表

表2 兩煙氣凈化工藝入口污染物指標(biāo)控制值對(duì)比表

由表1可知,兩種煙氣凈化工藝的煙氣污染物排放指標(biāo)均滿足最新《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB 18484-2020》[10]標(biāo)準(zhǔn)污染物濃度限值要求。同時(shí)由表2可知,濕式為主體的組合工藝,其煙氣污染物去除能力整體大于新型急冷脫酸工藝,同時(shí)整體凈化效率高,凈化效果好,但該工藝會(huì)產(chǎn)生大量難處理脫酸廢水,同時(shí)工藝流程加長(zhǎng)使設(shè)備故障率提升。

2.3 煙氣凈化成本對(duì)比

從藥耗、水耗、電耗三個(gè)方面對(duì)兩煙氣凈化工藝煙氣凈化成本進(jìn)行對(duì)比,如表3所示。新型急冷脫酸工藝,單噸危廢煙氣凈化成本為152.65元/t;兩級(jí)濕法脫酸組合工藝,單噸危廢煙氣凈化成本為270.7元/t。據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)計(jì),每焚燒1 t危廢會(huì)產(chǎn)生0.3～0.5 t脫酸廢水,脫酸廢水的含鹽量約5%～7%,委外剛性填埋處置廢鹽的成本約4 000元/t,僅計(jì)算處理脫酸廢水中析出的廢鹽成本,危廢焚燒噸成本會(huì)增加約96元。綜上,新型急冷脫酸工藝煙氣凈化成本占優(yōu)。

表3 兩煙氣凈化工藝煙氣凈化成本對(duì)比表

相同處置規(guī)模,新型急冷脫酸工藝的建設(shè)投資成本在1 500～1 700萬(wàn)之間,兩級(jí)濕法工藝由于工藝流程長(zhǎng),工藝設(shè)備增加,建設(shè)投資成本約2 000萬(wàn),從投資角度考慮新型急冷脫酸工藝占優(yōu)。

2.4 飛灰產(chǎn)生率對(duì)比

將采用兩級(jí)濕法脫酸組合工藝與采用新型急冷脫酸工藝的兩條危廢焚燒生產(chǎn)線飛灰月平均產(chǎn)生率進(jìn)行對(duì)比,如圖5所示。

圖5 兩煙氣凈化工藝飛灰產(chǎn)率對(duì)比

從圖所知,兩級(jí)濕法脫酸組合工藝的產(chǎn)灰率整體高于新型急冷脫酸工藝。因?yàn)閮杉?jí)濕法脫酸組合工藝中干法脫酸塔會(huì)噴入過(guò)量的Ca(OH)2粉末進(jìn)行脫酸反應(yīng),導(dǎo)致飛灰產(chǎn)生量增加;新型急冷脫酸工藝能根據(jù)焚燒物料的實(shí)時(shí)情況調(diào)整漿液噴入量和漿液濃度,滿足煙氣達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)減少飛灰產(chǎn)生量。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,因?yàn)轱w灰的鹽含量在50%～75%之間,不滿足《危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB 18598-2019》[15]中柔性填埋處置標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致飛灰實(shí)際處置成本較高[8]。飛灰產(chǎn)生量的減少,可以減少危廢焚燒處置的運(yùn)行成本。

通過(guò)以上分析,將兩種煙氣凈化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行匯總,如表4所示。

表4 兩煙氣凈化工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

在煙氣處理達(dá)標(biāo)排放方面,兩工藝都能很好滿足污染物排放要求,但新型急冷脫酸煙氣凈化工藝在工藝流程長(zhǎng)短、生產(chǎn)運(yùn)行成本、建設(shè)投資、占地面積及副產(chǎn)物產(chǎn)生等方面均比兩級(jí)濕法脫酸組合工藝更具有優(yōu)勢(shì),為危廢焚燒煙氣凈化工藝提供了新的選擇。

4 結(jié)論

(1)新型急冷脫酸工藝,改變了危廢焚燒煙氣以濕法工藝為主體的處理模式,可以縮短工藝流程,改善生產(chǎn)環(huán)境,無(wú)脫酸廢水產(chǎn)生,減少生產(chǎn)運(yùn)行成本,煙氣污染物的排放濃度符合GB 18484-2020排放要求。

(2)核心裝備高效急冷脫酸塔能同步實(shí)現(xiàn)高效率的急冷、脫酸效果,酸性氣體去除率高達(dá)95%以上。

(3)通過(guò)探討新型急冷脫酸工藝在危廢焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用,對(duì)其他危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣凈化項(xiàng)目具有一定的指導(dǎo)意義。