垃圾焚烧烟气净化处理工艺的研究

卢巨流，谢 建

（绿色动力环保集团股份有限公司，广东 深圳 518057）

垃圾焚烧烟气净化处理工艺的研究

卢巨流，谢 建

（绿色动力环保集团股份有限公司，广东 深圳 518057）

通过对生活垃圾焚烧烟气净化处理工艺的特点进行比较分析，综合考虑，选择最优的达到国际最严要求的烟气净化方式。

垃圾焚烧；烟气净化；脱酸系统；半干法工艺；干法工艺

前言

城市的生活垃圾问题已成为当今世界最严重的公害之一，及时清理和卫生处置生活垃圾是建设优美、整洁、文明的现代城市不可缺少的条件。与世界其他国家相比，由于饮食结构和生活方式决定了我国生活垃圾的成分更为复杂，焚烧后会产生大量含有重金属、二英、SOx、HCl、HF等有毒、有害尾气，如不进行彻底处理，将会对环境造成严重的危害。环保部在2000年颁布的《生活垃圾焚烧污染控制》标准中严格限定了垃圾焚烧中各种污染物的排放指标，该标准2014年再次修订，主要污染物的排放要求更加严格。由于垃圾焚烧尾气成分十分复杂，在选择处理工艺方面也缺乏技术数据的支撑，给治理带来了一定的困难。目前国内垃圾焚烧尾气净化的处理工艺主要选择半干法和干法等。

1 烟气净化处理工艺

1.1 半干法处理工艺

半干法烟气脱酸过程是利用旋转喷雾干燥的原理将石灰乳溶液喷入反应塔内，一方面利用烟气的热量将喷入的雾滴的水分蒸发，形成干燥的粉状固体颗粒收集下来；另一方面，烟气中的酸性气体与石灰浆液发生化学吸收反应，达到脱酸的目的。在塔内完成脱酸反应后形成的产物部分通过塔底部的锥体出口排出，另一部分随烟气进入袋式除尘器经净化处理后由烟囱排出（如图1）。旋转喷雾半干法烟气脱酸装置主要有：石灰浆制备系统、石灰浆喷入系统、活性炭喷入系统、脱酸系统、粉尘收集系统、废渣排出系统、控制系统。

图1 半干法脱酸除尘工艺

1.2 干法处理工艺

干法烟气脱酸过程是利用双流体喷枪将水高压雾化，喷入反应塔与烟气充分热交换，以达到雾化降温，使烟气达到最佳的温度以及湿度，再与管道喷入的消石灰和吸收剂进行化学反应，达到脱酸和去除二英的目的。在反应塔内，重颗粒粉尘由塔底部的船形锥体灰斗排出，另一部分随烟气进入袋式除尘器内进行充分反应后经净化吸收后由烟囱排放（如图2）。

图2 干法脱酸除尘工艺

干法尾气处理系统的配置主要有：喷水雾化降温系统、消石灰喷入系统、活性炭喷入系统、粉尘收集系统、废渣排出系统、控制系统。

2 半干法与干法处理工艺对比

2.1 烟气处理工艺流程对比

2.1.1 半干法工艺流程

半干法采用的是向反应塔喷入石灰浆作为烟气脱酸的中和处理剂，所以在烟气净化车间就必须配置合适浓度的石灰浆液体，通过浆泵输送至旋转雾化器，高速旋转的雾化器将石灰浆抛洒成细小的雾滴与烟气充分接触反应，酸性气体与消石灰快速反应，生成固态产物CaCl2和CaSO4等随塔底卸料装置排出，部分细小颗粒随气流进入袋式除尘器，经过滤袋过滤捕集，进入灰库储存；其烟气中的有机化合物和重金属通过在烟道喷射活性炭进行吸附后，随气流进入袋式除尘器被捕集（如图3）。

图3 半干法脱酸工艺流程图

在半干法工艺中，石灰浆的制备和旋转雾化器的稳定正常运行十分重要。由于石灰浆浓度需控制在13%左右，因此在制浆罐内要保持连续均匀搅拌，保证石灰和水的浆液充分混匀以避免沉淀硬化，在流入储浆罐后依然要保持均匀搅拌，当浆泵打入的浆液通过雾化器高速旋转抛洒雾化时，雾化器是否保持高速、稳定、平衡地运行，决定了雾化效果，同时石灰品质的高低，也影响脱酸效率并对雾化盘的寿命会造成直接影响。

石灰浆制备包括石灰仓、水箱、定量给料螺旋、石灰浆熟化罐、石灰浆稀释罐、石灰浆循环泵、一套循环管路。由于从石灰到合格浆液的制作过程相当复杂（包括称重定量、阀门开关启停、电机搅拌、浆液管道、浆液储存等），每个环节都要保证设备的稳定性和气密性，以防石灰和浆液发生跑冒滴漏现象，对局部环境造成破坏；同时设备的稳定性也至关重要，石灰浆制备系统的整体设备投资较高，而在实际生产运行过程中，此处的工作环境也是最差的，由于操作人员直接面对的是石灰和石灰浆，对于人体有一定伤害，因而每个环节的维护和检修都非常困难。

高速旋转雾化器是高精密仪器，完全依赖进口，价格昂贵，设备的维护和配件的采购都相当困难。在旋转雾化器工作时，为配合其抛洒的石灰浆液滴和烟气充分接触，把反应塔的进风通道设计成螺旋结构，旋转方向和烟气方向保持相反，以得到最好的烟气接触效果；由于雾化的石灰液滴既要吸热降温同时与酸性气体发生中和反应，在烟气通过时必须保证充分的滞留时间约20s，为中和反应创造最合适的空间条件，所以反应塔的体积和高度都设计得很大，以避免石灰浆触壁和湿底，因而整体设备投资较高。

在半干法工艺中，由于喷入反应塔的是浆液，在启炉和烟温低时无法投入运行。启炉时的烟气温度本身就很低，如果进行降温处理，后续的下游设备必然会结露糊壁。为避免结露，同时满足滤袋的预喷涂处理以及烟气脱酸要求，在反应塔烟气出口和除尘器进口管道上布置干粉喷射，所以又需另设石灰仓或在制浆系统的石灰仓接口增设管线和喷射风机，因而系统非常复杂。

2.1.2 干法工艺流程

干法工艺并不是严格意义上的干法，只是喷射的反应剂是消石灰干粉，在反应塔内依然需喷水雾化降温，雾化水滴在反应塔内与烟气接触，在进行热交换过程中确保合适的湿度氛围和反应温度，在烟道上喷射消石灰与烟气中和反应，进入袋式除尘器后继续反应，在滤袋表面形成反应过滤层，最终产物CaCl2和CaSO4等被滤袋捕集，入灰库储存（如图4）。

图4 干法脱酸工艺流程图

干法工艺喷射的是消石灰干粉，省去了石灰浆制备工艺，也就避免了石灰浆制备车间的恶劣环境。在干法处理工艺中，反应塔内部的急冷效果和雾化环境起了非常关键的作用，220℃左右的烟温通过雾化热交换后，降至150℃左右。既要保证脱酸的最佳反应温度，还要确保酸露点不会造成结露腐蚀下游设备，烟气温度越接近露点温度，消石灰和HCl、SO2的反应效果越好，但烟气温度过低，石灰的流动性下降，也容易造成系统黏壁阻塞和结露，同时也不利于除尘器的清灰，所以精确控制进入反应塔的喷水量和雾化效果，使反应塔出口的烟气温度高于露点温度形成温差并保持稳定，既可保证脱酸效率，又可保证系统安全运行，并防止了下游设备被腐蚀。

由于Ca(OH)2和SO2为离子反应，因此维持反应的潮湿氛围，保持一定的相对湿度对提高脱硫效率有决定性意义。Ca(OH)2在低温下有很高的活性，Ca(OH)2的活性随相对湿度的增加而增加，维持反应的潮湿氛围，保持一定相对湿度对提高脱酸效率非常重要。雾化水蒸汽与SO2结合生成H2SO3，降低了反应势能，并且水蒸汽改变了在脱硫剂表面的吸附能力，增加了SO2的吸附量，提高了反应速率，因而与没有水分条件相比，大大提高了效率。

2.2 烟气处理工艺数据对比

2.2.1 半干法工艺烟气数据

消石灰：200目细度消石灰、Ca(OH)2含量≥90%；石灰浆浓度13%；雾化器旋转速度8000r/min；反应塔出口温度（图5中①）155℃；SO2（图5中②）15～75mg/m3；HCl（图5中③）10～40mg/m3。

图5 半干法工艺烟气数据

图5中的数据为江苏某厂2014年4月18日至19日1#炉半干法脱酸系统运行数据，其中HCl和SO2的排放浓度符合GB18485-2014国家标准，HCl日均值小于50mg/m3，SO2日均排放浓度值小于80mg/m3，系统可持续稳定运行，但HCl要稳定达到小于10mg/m3的欧盟2000标准就很难，当提高石灰浆浓度到15%以上、旋转雾化器转速提高到12,000r/min时，系统设备运行稳定性较差，主要表现在雾化盘的震动加大，这与国内的石灰品质有较大关系。因为我国目前还没有专用的烟气脱酸用石灰标准，基本都是建筑用或工业用石灰替代，所以颗粒物杂质较多，极易对雾化盘造成较大的震动和损伤。

2.2.2 干法工艺烟气数据

消石灰：细度200目、Ca(OH)2含量≥90%；反应塔进口温度（图6中①）213℃；反应塔出口温度（图6中②）155℃；消石灰（图6中③）121kg/h；雾化喷水量（图6中④）1.75～3.25t/h；SO2（图6中⑤）20～70mg/m3；HCl（图6中⑥）10～40mg/m3。

图6 干法工艺烟气数据

图6中的数据为江苏某厂2014年4月15日1#炉干法脱酸系统的运行数据，其中HCl和SO2的排放指标符合GB18485-2014国家标准，HCl日均值小于50mg/m3，SO2日均值小于80mg/m3，系统可持续运行，稳定在此范围内，HCl的指标基本上满足小于10mg/m3的欧盟2000标准，干法脱酸工艺系统对温度的敏感特别强，锅炉的排烟温度波动大其对应的雾化喷水量波动也大，容易造成烟气数据的剧烈波动，所以控制好烟温有利于脱酸效率；干法工艺是直接喷射干粉和酸性气体中和反应，所以对石灰品质的适应性较半干法好，不会对设备造成损害，且设备维护简单。

2.2.3 半干法+干法组合工艺烟气数据

消石灰：200目细度消石灰、Ca(OH)2含量≥90%；石灰浆配比浓度8%；雾化器旋转速度8000r/min；反应塔进口温度（图7中①）215℃；反应塔出口温度（图7中②）155℃；消石灰干粉喷射（图7中③）90kg/h；雾化水喷射量（图7中④）0.69～1.9t/h；SO2（图7中⑤）30mg/m3；HCl（图7中⑥）10mg/m3。

图7中的数据为江苏某厂2014年4月21～23日1#炉脱酸系统半干法和干法组合工艺的运行数据。当烟气脱酸只采用半干法时，各排放指标只能满足现行国家标准，离欧盟标准相差较大，当融合了干法工艺叠加组合之后，烟气指标有了质的变化，完全达到并低于欧盟2000的烟气排放限值，且可稳定持续运行，其中HCl日均值小于10mg/m3，SO2日均值小于30mg/m3，完全能达到并优于欧盟标准。

采用组合工艺时，可适当降低石灰浆的浓度，维持在6%左右就可很好地保证旋转雾化器连续稳定正常运行，酸性烟气在反应塔内被迅速中和，未被去除的酸性烟气通过干法工艺在滤袋表面进行二次反应，烟气经过二次反应后可完全满足欧盟的排放要求。

图7 半干法 + 干法组合工艺烟气数据

2.3 烟气处理工艺能耗对比

以2×500t/d设备为例，主要设备功率对比见表1，主要物料消耗量对比见表2。

表1 主要设备功率对比

从表1、表2的对比数据可以看出，半干法脱酸系统的配置较多，运行功率高，电费为119.3元/h，干法系统的电费较低，为18.3元/h；干法脱酸时需要的压缩空气用量较大，耗气量832m3/h，费用83.2元/h，半干法耗气量70m3/h，费用7元/h；干法消石灰耗量187kg/h，费用108.5元/h，半干法消石灰耗量156kg/h，费用90.5元/h（注：电费以0.65元/度、压缩气以0.1元/m3、消石灰以0.58元/kg计）。

运行消耗成本：半干法/干法

表2 主要物料消耗量对比

半干法和干法的运行消耗成本接近，但半干法的维护和设备折旧费会多很多，主要表现在旋转雾化器设备购置以及运行维护，干法工艺设备简单维护量小。

3 结语

通过对两种工艺的运行对比研究，生活垃圾焚烧烟气处理系统采用半干法或干法工艺都是可以满足现行的国家环保标准要求的，对于控制严格的地区，采用组合工艺是完全可行的。我国的生活垃圾焚烧烟气净化技术还在探索中，只有在运行中发现问题、研究问题、解决问题，逐步开发出适合国情的烟气净化技术，才能为长期的发展提供选择依据，在保证环境效益的同时，提高垃圾焚烧发电厂的社会效益、环境效益和经济效益。

Study on Flue Gas Purifying Treatment Technology of Refuse Incineration

LU Ju-liu, XIE Jian
(DYNAGREEN Environmental Protection Group Co., Ltd, Guangdong Shenzhen 518057, China)

Based on the comparison and analysis on the characteristic of the treatment technology of flue gas purification of domestic refuse incineration and comprehensive considerations, the paper selects the most optimizing flue gas purifying mode which meets the most severe demand in the world.

refuse incineration; flue gas purification; de-acid system; semi-dry process technology; dry process technology

X701

A

1006-5377（2015）03-0013-05