垃圾焚燒爐干法尾氣凈化處理系統(tǒng)的應(yīng)用研究
摘要:介紹了目前國內(nèi)垃圾處理情況和有關(guān)規(guī)定及垃圾焚燒爐干法尾氣凈化處理的原理、工藝流程及系統(tǒng)構(gòu)成，并從工藝流程、工藝原理、運行和控制、維護保養(yǎng)、運行成本等方面對垃圾焚燒爐干法尾氣凈化處理系統(tǒng)和半干法尾氣凈化處理系統(tǒng)進行了比較。
1 我國垃圾處理情況及有關(guān)規(guī)定
我國屬于發(fā)展中國家，經(jīng)濟發(fā)展迅速、城市化速度加快、居民生活水平不斷提高，導(dǎo)致了城市垃圾產(chǎn)生量不斷增加。目前國內(nèi)600多座城市的垃圾產(chǎn)生量以每年7%～8%的速度增長，而垃圾處理率不到1/3，真正達到無害化處理和能源利用的比例更低。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化水平的提高，在城市周邊已很難尋找到適宜的垃圾填埋場地，因此城市垃圾處理問題相當(dāng)嚴重。
目前國內(nèi)90%的城市生活垃圾采用填埋處理，但是如不是嚴格意義上的衛(wèi)生填埋，垃圾產(chǎn)生的高濃度滲濾液，會造成地下水以及地表水的嚴重污染，對水資源造成嚴重威脅；同時還會產(chǎn)生大量有害氣體，污染大氣環(huán)境，若處理不當(dāng)，其產(chǎn)生的危害會延續(xù)幾百年甚至上千年。
垃圾焚燒是實現(xiàn)垃圾無害化、減容化、資源化處理最為有效的方法。垃圾焚燒技術(shù)在發(fā)達國家已經(jīng)十分成熟，并已積累了超過20年的經(jīng)驗。但對于我國來說，卻是一個有待開發(fā)、學(xué)習(xí)的新領(lǐng)域。我國在垃圾焚燒方面目前雖然已經(jīng)取得不少進步，但仍處于摸索與研究階段。
我國垃圾焚燒爐尾氣排放的限值規(guī)定（《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2001））見下表。
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2 垃圾焚燒干法尾氣處理系統(tǒng)
2.1 干法處理原理
干法工藝，即“綜合反應(yīng)器+布袋除塵”煙氣治理工藝。此法是在垃圾焚燒鍋爐的出口設(shè)置急冷反應(yīng)塔，使尾氣溫度迅速降至170℃左右，抑制二惡英的再生成，然后將Ca(OH)2干粉和特殊反應(yīng)助劑經(jīng)定量供給裝置，由鼓風(fēng)機噴射進急冷反應(yīng)塔和布袋反應(yīng)器之間的煙道內(nèi)，Ca(OH)2粉體和特殊反應(yīng)助劑與尾氣中的酸性氣體發(fā)生如下中和反應(yīng)：
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
CaSO3+1/2O2→CaSO4
同時特殊反應(yīng)助劑與尾氣中的重金屬及二惡英發(fā)生吸附反應(yīng)，去除部分包括粉塵、酸性氣體、重金屬和二惡英在內(nèi)的有害物質(zhì)。
反應(yīng)生成物（CaCl2，CaSO4）、未完全反應(yīng)的消石灰及反應(yīng)助劑將進入并附著在布袋反應(yīng)器的濾布上，并在濾布上形成一層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膜（稱之為反應(yīng)膜），故布袋反應(yīng)器的系統(tǒng)阻力降低，大大增加了反應(yīng)的比表面和反應(yīng)時間。在煙道中未反應(yīng)的酸性氣體以及未完全被吸附的重金屬和二惡英，在通過此反應(yīng)膜時，最終將被中和或被吸附掉，從而達到高效率的去除效果。其反應(yīng)機理如圖1：
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氣中的有害物質(zhì)去除，以干燥狀態(tài)回收反應(yīng)生成物，由于特殊反應(yīng)助劑的存在、系統(tǒng)阻力降低、延緩氯化鈣等的潮解速度，布袋反應(yīng)器的壽命可大大延長。同時，干法系統(tǒng)和自動控溫技術(shù)的采用，消除了“糊袋現(xiàn)象”，也可延長濾袋壽命，降低設(shè)備使用成本。
干法系統(tǒng)所收集的飛灰容易處理，解決了濕法、半干法飛灰二次處理的難題。干法系統(tǒng)采用石灰粉和化學(xué)助劑來去除有害氣體，不再采用價格昂貴的活性炭，再加上減少了制漿所需電耗和水，從而可大大降低運行成本。布袋反應(yīng)器在事先設(shè)定好的壓力損失數(shù)值或時間條件下，通過高壓空氣使濾布膨脹變形，從而清除掉濾布上的粉塵及反應(yīng)生成物，進行脈沖洗；被清除下來的粉塵及反應(yīng)生成物被送到粉塵處理裝置進行處理。
2.2 干法尾氣凈化系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)采用“急冷反應(yīng)器+干式消石灰加反應(yīng)助劑噴射裝置+高效率布袋除塵器”煙氣凈化處理工藝。系統(tǒng)由噴霧急冷反應(yīng)塔、干式消石灰加反應(yīng)助劑噴射裝置、內(nèi)置在線/離線式布袋除塵裝置、卸料（石灰粉）站、灰接收裝置及系統(tǒng)設(shè)備的電氣、儀表及自控裝置（含煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)）等部分組成。
3 干法尾氣處理系統(tǒng)與半干法處理系統(tǒng)的比較
干法處理工藝是采用噴石灰粉替代石灰漿霧化。由于國內(nèi)垃圾焚燒廠煙氣處理系統(tǒng)中對酸性氣體的中和工藝各不相同，因此垃圾焚燒爐尾氣凈化處理工藝多為半干法，少有干法。
半干法處理工藝為：來自鍋爐的煙氣大部分由反應(yīng)塔下部通過布風(fēng)裝置進入反應(yīng)塔。霧化水由反應(yīng)塔喉部的雙流體霧化噴嘴噴入反應(yīng)塔，以很高的傳質(zhì)速率在反應(yīng)塔中與煙氣混合，煙氣中小液滴與氫氧化鈣顆粒以很高的傳質(zhì)速率與煙氣中的SO2等酸性物質(zhì)進行混合反應(yīng)，生成CaSO4、CaSO3和CaCl2等反應(yīng)產(chǎn)物。這些干態(tài)產(chǎn)物小部分從反應(yīng)塔塔底排灰口排出，大部分隨煙氣經(jīng)煙道進入和布袋除塵器除塵。
在實際運行中，這種工藝因反應(yīng)、降溫都在反應(yīng)塔內(nèi)進行，中和反應(yīng)塔底部較潮濕，反應(yīng)物容易板結(jié)，易造成塔內(nèi)結(jié)垢、難以清理等問題，甚至布袋表面也都難以避免結(jié)垢而造成運行、檢修等困難。
3.1 工藝流程的比較
（1）干法工藝（消石灰粉直接噴入）流程（見圖2）
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（2）半干法工藝（石灰漿霧化噴入）流程（見圖3）
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3.2 工藝原理的比較
（1）干法工藝原理
布袋除塵器的上游設(shè)置有急冷塔，塔頂上方裝有空氣-冷卻水雙流噴嘴，通過調(diào)節(jié)噴入的水量可控制煙氣的溫度，使之保持在一個設(shè)定的溫度內(nèi)。在急冷塔與布袋除塵器之間的煙道上設(shè)置有消石灰干粉噴嘴。
石灰倉下部的可控配粉機將消石灰粉按需要連續(xù)輸送到石灰管線中，通過配粉機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)可以控制石灰的加入量。石灰管線中的消石灰粉被噴吹風(fēng)機吹送至煙道中，在煙道和布袋除塵器中與煙氣里所含的有害物質(zhì)進行中和反應(yīng)。反應(yīng)生成物最后被布袋除塵器濾除。
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
(氣相) (固相) (反應(yīng)生成物)
（2）半干法工藝原理
消石灰與石灰漿貯槽中的水混合，形成一定濃度的石灰漿。通過石灰漿泵將石灰漿輸送到安裝在反應(yīng)塔頂部的霧化器。在反應(yīng)塔內(nèi)石灰漿被霧化，霧化后的石灰漿在反應(yīng)塔及煙道和布袋除塵器中與煙氣里所含的有害物質(zhì)進行中和反應(yīng)。
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
（氣相）（液相）
石灰漿及反應(yīng)生成物在反應(yīng)器里與煙氣接觸，水分受熱蒸發(fā)而成為干粉，小部分落到反應(yīng)器底部被排出，大部分隨煙氣流入布袋除塵器最終被濾除。石灰漿的加入量由調(diào)節(jié)閥進行控制，多余的石灰漿經(jīng)旁路回到石灰漿貯槽，形成連續(xù)的循環(huán)流動，以避免石灰漿在管線內(nèi)停留而造成堵塞？刂撇即龎m器入口溫度的冷卻水與石灰漿同時噴入霧化。
3.3 運行和控制的比較
（1）干法工藝的運行和控制
布袋除塵器入口煙氣溫度和煙囪出口HCl濃度是兩個獨立的控制線路，互不影響；消石灰粉較易處理；消石灰為干粉狀，沒有堵塞等問題；不用將石灰加水制漿，石灰系統(tǒng)簡單，只需一個貯存石灰的石灰倉。
（2）半干法工藝的運行和控制
雖然煙氣溫度的控制是一個單獨的噴水調(diào)節(jié)回路，但石灰漿的加入量是根據(jù)煙囪出口的HCl濃度進行調(diào)節(jié)的，石灰漿所含的水分將會對煙氣溫度造成較大的影響，特別是當(dāng)HCl濃度過高時，煙氣溫度可能會低于最佳設(shè)定值；石灰漿濃度對工藝影響較大，因此對石灰漿的調(diào)制有一定的要求；石灰漿在管線內(nèi)的停留時間過長就會硬化而導(dǎo)致管道堵塞；從石灰進庫到調(diào)制石灰漿，并要達到一定濃度要求，要有一套復(fù)雜的制漿系統(tǒng)；霧化噴頭因石灰漿的高速噴出被磨損，需定期更換，更換過程約需30分鐘，這段時間會影響煙氣處理系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。
3.4 維修和保養(yǎng)的比較
（1）干法工藝的維修和保養(yǎng)
輔助設(shè)備少，如石灰噴吹風(fēng)機、可控配粉設(shè)備，維護容易。
（2）半干法工藝的維修和保養(yǎng)
石灰漿制備和輸送系統(tǒng)設(shè)備較多，故障率高，維護工作量大，主要設(shè)備有：石灰漿泵、冷卻水泵、霧化器（包括潤滑系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機等）、石灰漿調(diào)節(jié)閥、石灰漿攪拌機等；石灰漿泄漏造成設(shè)備和工作場所污染的問題也較難解決；霧化頭容易被堵塞需定期清洗；如果停爐時間較長，必須將石灰漿排放干凈，并對石灰漿管線進行清洗；由于石灰漿堿度較高，因此也必須進行處理。
3.5 運行成本的比較
（1）干法工藝的運行成本
對HCl 的去除效率與半干法工藝相同，但試劑消耗費用較低；冷卻水采用噴嘴霧化，較半干法工藝采用霧化頭節(jié)省電能；急冷塔需要消耗一定量的壓縮空氣。
（2）半干法工藝的運行成本
對HCl的去除效率與干法相同，但試劑消耗費用較高；由于霧化頭、冷卻風(fēng)機、石灰漿泵、冷卻水泵等都要消耗電能，所以耗電較干法工藝多。
4 結(jié)論
（1）完全霧化急冷反應(yīng)塔+吸收劑和助劑噴射+涂層袋式反應(yīng)器的干法尾氣處理系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，故障率低；
（2）采用系列溫控、特殊藥劑等技術(shù)，能夠有效提高去除有害氣體的效率，消除了半干法系統(tǒng)使用中的“糊袋現(xiàn)象”，可延長濾袋壽命、降低設(shè)備使用成本；
（3）采用消石灰和反應(yīng)助劑代替價格昂貴的活性炭，可減少制漿水電消耗，降低運行成本。
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