垃圾焚烧厂烟气中酸性气体干法净化实验研究

黄翩翩

(上海环境卫生工程设计院，上海 200232)

垃圾焚烧厂烟气中酸性气体干法净化实验研究

黄翩翩

(上海环境卫生工程设计院，上海 200232)

本文通过实验研究了不同酸性气体初始浓度下，碳酸氢钠、氢氧化钙消耗量与烟气中酸性气体排放浓度的关系，以确定干法脱酸中药剂的最合理的使用方式和投放量，同时验证了布袋除尘器在干法脱酸工艺中的重要作用。

垃圾焚烧厂；烟气；布袋除尘器；排放浓度

1 垃圾焚烧烟气净化技术现状

焚烧厂的烟气净化工艺有干法、半干法和湿法工艺，无论采用哪种方法，目前在焚烧炉上均使用了袋式除尘器。日本三菱重工的科技人员最早提出滤袋上粘附的石灰可以再次吸收HCl[1]，美国戈尔公司则进一步在布袋滤料上下功夫，将分解二噁英的催化剂结合在滤料中，形成了专利滤料Remedia以满足烟气中二噁英排放的要求[2-3]。

我国在21世纪初期引进半干法工艺，而后几乎所有的新建焚烧厂全部采用半干法工艺，近几年才有大型焚烧厂尝试使用湿法工艺。随着焚烧厂烟气排放要求日益提升，单独的半干法已不能满足最新行业标准(《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB 18485-2014)的要求，必须同时增加干法工艺。经过几年的快速发展，半干法+干法工艺已成为国内垃圾焚烧厂烟气净化系统普遍采用的净化工艺。

2 实验研究内容

在酸性气体不同的初始浓度下，分析碳酸氢钠、氢氧化钙消耗量与烟气中酸性气体排放浓度的关系(通过测试HCl和SO2来核算)，以检验干法脱酸中药剂的最合理的使用方式和投放量。

2.1 反应机理

NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2

2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+H2O+2CO2

Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2→CaSO4+H2O

2.2 实验台说明

实验所用的实验台如下：

1.燃烧器；2.酸性气体流量计；3.燃烧炉；4.取样分析口；5.加料器；6.热电偶；7.笛形管(测速度)；8.旋风除尘器；9.混风箱；10.调风阀；11.引风机；12布袋除尘器图1 烟气净化系统流程图(a，b，c是三个药剂喷入点)

2.3 碳酸氢钠和Ca(OH)2

用于干法的碳酸氢钠是商品化学纯的药剂，呈粉末状；Ca(OH)2的颗粒度约在200目以下。需要注意的是，碳酸氢钠和Ca(OH)2均具有易粘附壁面的特性，在使用中要振打，防止堵塞和架桥。

2.4 HCl和SO2的测量方法

SO2的测量比较简单，采用德图欧龙强、或者凯恩的烟气分析仪、借助SO2的化学检测器，即能在线读出SO2的变化。

HCl的测量比较复杂，需通过反应间接计算出HCl含量，主要方法有：硝酸银容量法、硫氰酸汞比色法、离子活度计法、化学检测器法。

2.5 袋式除尘系统

从混风器出来的烟气温度为130～160℃，进入引风机后再进入袋式除尘器。进入布袋除尘器的烟气由滤袋外部进入，从隔仓顶部排出。附着于滤袋外表面的飞灰经压缩空气反吹后落入除尘器灰斗。

2.6 实验条件

关键反应段温度为130～180℃，由浸渍盐酸的生物质燃料燃烧产生的热量，外加天然气燃烧器稳定温度。当生物质块燃烧生产的HCl不够高时，采用微型雾化器将浓盐酸HCl用氮气雾化后直接送入。水蒸气分压控制在18%～20%，烟气在管道中的流速11m/s左右。

3 实验内容及结果分析

3.1 烟道反应效果

为了检测烟道内的反应效果，在图1中的(a)处喷入石灰和碳酸氢钠，在旋风除尘器前面进行检测，实验结果见表1。

注意：表1的SO2是由天然气和生物质中含S物质燃燃烧后的基础浓度，在计算中没有考虑它对吸收剂的消耗。由上表可以看到随着碳酸氢钠当量比的增加，HCl的净化效率在下降，这是因为虽然碳酸氢钠当量比在上升，但是HCl在烟气中的浓度也在下降，这样HCl和碳酸氢钠的接触机率下降，所以HCl的净化效率下降。

表1 管道中HCl和SO2的净化效果

从表观数据看，碳酸氢钠的净化效率不如石灰，例如当量比为2.7时，碳酸氢钠对应的HCl净化效率是45%；而当量比为2.8时，石灰对应的HCl净化效率为49.5%。其实不然，因为SO2的存在，同样的药剂当量比条件下，石灰的总量是增加了，在烟气中的浓度也增加了，导致与酸性气体接触的机会增多，所以净化效率较高。

3.2 烟道+滤袋的反应效果(滤袋前不喷药剂)

在图1中的(b)处喷入石灰和碳酸氢钠，布袋除尘器前面和后面进行检测，此时没有在(c)处喷入新的药剂，结果见表2。

表2 部分管段+滤袋对HCl的净化效果

由于碳酸氢钠和石灰的粉末喷在混风箱内沉降管道甚至风机叶片上沉积，见下图。只有很少量被带入布袋，所以除尘器滤袋的效果没有充分发挥，出口浓度也远高于排放标准值。

3.3 烟道+滤袋的反应效果(滤袋前重新喷药剂)

在图1中的(b)处喷入石灰和碳酸氢钠，布袋除尘器前面和后面进行检测，此时在(c)处喷入新的药剂，结果见表3。

表3可看出，HCl和SO2的出口浓度都大幅度降低，由此可以看出滤袋起到非常明显的净化效果。对比工况(1)和(3)，HCl的入口浓度都是450ppm左右，且工况(3)中还加入了SO2，但HCl的净化效率却提高、排放浓度降低。这里主要原因不是SO2促进HCl的净化，而是当加入SO2后，同样的当量比条件下，石灰和碳酸氢钠均增多，烟气中吸收剂浓度大，滤袋上吸收剂层加厚，所以HCl的净化效率提高了。

表3 烟道+滤袋对HCl和SO2的净化效果

4 结 论

垃圾焚烧厂的烟气净化工艺有干法、半干法和湿法工艺，无论采用哪种方法，目前在焚烧炉上均使用了袋式除尘器。我国在21世纪初期引进半干法工艺，而后几乎所有的新建垃圾焚烧厂全部采用半干法工艺，近几年才有大型焚烧厂尝试使用湿法工艺。随着焚烧厂烟气排放要求日益提升，单独的半干法已不能满足最新行业标准(《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB 18485-2014)的要求，必须同时增加干法工艺。经过几年的快速发展，半干法+干法工艺已成为国内垃圾焚烧厂烟气净化系统普遍采用的净化工艺。本文通过实验研究了不同酸性气体初始浓度下，碳酸氢钠、氢氧化钙消耗量与烟气中酸性气体排放浓度的关系，以确定干法脱酸中药剂的最合理的使用方式和投放量，同时验证了布袋除尘器在干法脱酸工艺中的重要作用。

从以上实验结果可以看出：

(1)滤袋的净化效果明显，在设计中要充分重视滤袋的净化作用；要选择在有充分紊流和扰动的地方加入吸收剂，促进在管道内的反应程度。

(2)一方面碳酸氢钠比石灰的活性要高，另一方面碳酸氢钠与HCl反应的当量质量比Ca(OH)2高，所以在布袋前喷射同样当量比的碳酸氢钠反应效果更好。

(3)只要HCl达标，SO2就比较容易达标。相反，当SO2达标时，HCl不一定达标，设计时以HCl达标为主要任务，但是反应药剂的用量必须充分考虑SO2存在所需要的用量。

(4)即使用碳酸氢钠作为吸收剂，当量比也需要在3.4以上(对布袋前HCl的浓度而言，不是相对初始浓度而言)才能满足排放标准。

[1](土反)野博一，鱼屋和夫，等.Recent Improvement on Flue gas TreatmentTechnology for Municipal Refuse Incinerator，三菱重工技报，Vol.24，No.6，1987，11：573-577.

[2]W.L.，Gore & Assoicates，Inc. Remedia Catalogue，2004.

[3]Keith J. Fritsky，Gore John H Kumm.，Combined PCDD/F Destruction and Particulate Control in the Baghouse.EA Engineering Science & Technology，2002.

Experimental Research of Dry Purification of Acidic Gases in Flue Gas in MSW Incineration Power Plant

HUANG Pianpian

(Shanghai environmental and sanitation engineering design institute，Shanghai 200232)

Through experiment，this paper studied the relationship between the consumption of NaHCO3& Ca(OH)2and acid gas emission concentration under different acid gas initial concentration，and found out the most reasonable spray method and amount of NaHCO3& Ca(OH)2，and at the same time validated the important effect of the bag-type dust collector in the process of dry deacidification.

MSW Incineration Power Plant；flue gas；bag-type dust collector；Emission concentration

黄翩翩，学士，助理工程师，研究方向为城市生活垃圾焚烧技术

X21

A

1673-288X(2017)03-0078-03

引用文献格式：黄翩翩.垃圾焚烧厂烟气中酸性气体干法净化实验研究[J].环境与可持续发展，2017，42(3)：78-80.