浅谈垃圾焚烧厂烟气净化处置方案

(中国电建集团四川工程有限公司 四川 成都 610000)

一、前言

本文结合工程实际，对生活垃圾焚烧烟气处理工艺方案进行了简要描述和工程设计,并对其中关键设备参数进行介绍,以保证垃圾焚烧烟气能够满足环保要求达标排放。

垃圾焚烧处理方法是将垃圾在高温下燃烧，使可燃成分经氧化转变为稳定气体(烟气)，不可燃成分转变为无机物(灰渣)，焚烧处理过程中产生的热能可用于发电，进而达到无害化、减量化、资源化的目的，是目前处理城市垃圾最有前途的方法之一。随着垃圾焚烧处理越来越被国内大中城市所接受，焚烧烟气的处理问题也越来越受到广泛关注，因此必须对焚烧烟气进行净化处理确保达标排放。

二、烟气净化处理方案

某垃圾焚烧发电工程处理规模为1000t/d，配置2台500 t/d垃圾焚烧炉，与焚烧炉对应配置2套焚烧烟气净化系统。根据项目排放要求，结合本工程污染物排放浓度要求的特点，同时从技术成熟性、可靠性、稳定性及经济性等方面考虑，参考国内已建成的大中型现代化垃圾焚烧厂的实践，本工程采用 “选择性非催化还原法(SNCR)脱硝+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭吸附+袋式除尘器”相结合的烟气净化工艺。该系统为机械旋转喷雾半干式烟气处理系统，布置在锅炉烟气出口与引风机间，组成如下：SNCR 系统、脱酸反应系统、活性炭储存和输送系统、袋式除尘器系统、飞灰输送系统、仪表控制系统等。其中，半干法脱酸和干性脱酸药剂喷射系统用于脱除酸性气体(主要是 HCl、HF、SOX)，袋式除尘器用于捕集粉尘，烟气中的重金属及有机剧毒性污染物(二噁英等)在上述两步工艺中也可同时被捕集，辅以活性炭喷射系统可以进一步对重金属及二噁英进行去除，SNCR 系统用于去除 NOx。

(一)主要设计参数及排放指标

本工程烟气排放指标见下图。

(二)工艺流程简述

焚烧烟气经余热锅炉回收热量后(温度190 ～ 240℃)进入脱酸反应塔；熟石灰粉料经过制浆系统制备成一定浓度的合格浆液，通过脱酸反应塔顶部的高速旋转雾化器喷嘴喷入脱酸塔,形成雾状液滴、并与烟气中的二氧化硫、氯化氢等酸性气体在脱酸塔中充分接触及发生化学反应，脱除掉大部分的二氧化硫、氯化氢等酸性气体；然后烟气经脱酸塔的底部排出，经过袋式除尘器除去绝大部分颗粒物，同时在袋式除尘器入口的烟道喷入一定量的活性炭粉和熟石灰粉，均匀地弥散在烟气中，并在袋式除尘器的表面形成一层吸附层，活性炭对重金属和二噁英有很好的吸附作用，降低烟气中有害物质的排放，使排出烟气达到排放标准，处理后的干净烟气经过引风机排入烟囱。

三、烟气净化系统组成及主要设备

烟气净化系统主要组成如下：SNCR系统、旋转雾化器脱酸反应塔系统、熟石灰储存及石灰浆液制备系统、活性炭喷射系统、袋式除尘器、引风及排烟、飞灰输送及储存。其中，石灰浆制备、消石灰干粉喷射、活性炭喷射吸附、飞灰输送及储存为公用系统。

(一)SNCR系统

SNCR 系统包括尿素溶液混合罐，尿素溶液输送泵、尿素溶液储罐、尿素溶液供应泵、稀释水槽、稀释水泵等。袋装尿素由卡车运至储存房间，尿素通过斗式提升起吊设备加到尿素混合罐里，混合罐加装不锈钢滤网，防止包装袋碎屑进入混合罐。用除盐水将固体尿素溶解成 40%质量浓度的尿素溶液，通过尿素溶液输送泵输送到尿素溶液储罐；尿素溶液经由供给泵送至 SNCR 系统。尿素溶液在输送过程中被稀释水在混合计量分配单元内稀释至 3～10%左右的浓度(根据出口烟气中 NOx 浓度而自动调节)，最后经喷枪喷入余热锅炉。SNCR 在 950-1050℃区域进行炉内喷射尿素溶液，产生 SNCR 脱硝反应。

SNCR 系统将尿素水溶液喷射进锅炉第 1 烟道，具体位置为炉膛出口高度上方与二次风进口高度上方。同时投用除盐水喷射作为稀释介质，投用厂用气作为雾化介质。为了达到烟气流道的喷射足够的覆盖率，每台炉设计采用 12 支喷枪，在 950～1050℃区域分两层均匀布置。

(二)旋转雾化器脱酸反应塔系统

旋转喷雾脱酸反应塔由反应塔、雾化器及相关连接烟道和相关控制系统组成。旋转雾化器位于喷雾反应塔上部，从石灰浆配制系统来的石灰浆进入旋转雾化器，由于雾化器的高速转动，石灰浆被雾化成约 50μm 的微小液滴，该液滴与呈螺旋状向下运动的烟气形成逆流，并被巨大的烟气流裹带着向下运动，石灰浆以很高的传质速率在反应塔中，起到活化反应的作用，同时降低塔内温度，促进反应进行。

旋转喷雾脱酸反应塔的主要设备参数：反应塔尺寸(直段)φ10 m×11.5m，停留时间24 s，设备阻力900Pa，全厂共两套旋转雾化器脱酸反应塔。

(三)熟石灰储存及石灰浆液制备系统

石灰浆制备系统包括石灰仓、石灰浆制备罐、石灰浆储存罐、石灰浆泵以及连接各个设备的输送机、管道、阀门、清洗措施等。全厂共用一套。石灰浆制备主要内容是消石灰粉储存，用消石灰粉制备石灰浆，将石灰浆送入旋转喷雾干燥脱酸反应塔。石灰粉由定量螺旋输送机送入制浆罐，在制浆罐中加水搅拌制成浓度10%～15%的石灰浆液，批次运行，石灰浆液自流入储浆罐，再由石灰浆泵送往脱酸反应塔。

石灰浆制备主要设备参数：石灰仓有效容积150m3，1台，可保证全厂约5d石灰粉用量；石灰定量螺旋输送机(变频控制)1 500 kg/h，2台；石灰消化罐有效容积6m3，2台；石灰浆储存罐有效容积15m3，1台；石灰浆泵流量20m3/h，2台(1用1备)。

(四)活性炭喷射系统

对于生活垃圾焚烧过程产生的二噁英，一是通过控制焚烧参数来抑制其生成，二是进一步削减烟气中已生成的二噁英。因此，为确保烟气中二噁英等有害物质浓度达到要求的排放指标，烟气净化系统需增加活性炭喷射吸附的辅助净化措施。

活性炭添加为连续作业，独立供料，由星型给料机控制活性炭添加量，经喷射器喷入除尘器前入口烟道。活性炭在管道中与烟气强烈混合，吸附一定的污染物，但并未达到饱和，随后与烟气一起进入后续的袋式除尘器中，停留在滤袋上，与缓慢通过滤袋的烟气充分接触，最终达到对烟气中二噁英等污染物的吸附净化。

活性炭喷射吸附主要设备参数：料仓25m3，1台；星型给料机1.5m3/h，2台。

(五)袋式除尘器

袋式除尘器为低压长袋脉冲结构。除尘器的上箱体、中间箱体、进出口烟道，灰斗、压缩空气反吹系统、滤袋和袋笼等部分组成。袋式除尘器箱体钢板采用平板，盖板采用双层结构中间保温；袋式除尘器箱体与钢架及平台扶梯支架之间增加 PTFE 隔热板，防止箱体冷凝；除尘器顶部全部采用保温；飞灰溜管加装振打装置，便于卸灰顺畅。除尘器使用寿命 30 年，设备利用率>95%。能够适应额定烟气量 60～120%。滤料材质的选择及加工方法充分考虑本工程锅炉的运行状况及其烟气特性的要求，可以保证滤袋在寿命期内安全可靠的运行。滤料选用纯 PTFE+PTFE 覆膜滤袋产品，滤袋使用寿命达不小于 4 年。

袋式除尘器的主要设备参数：过滤面积4053m2，过滤风速0.8m/min，滤袋材质为PTFE 滤料；滤袋尺寸为φ160mm×6030mm；滤袋数量为12×112个，清灰方式为脉冲清灰(在线、压差控制)；系统压差<1500Pa。

(六)引风及排烟系统

每条焚烧线设置 1 台引风机，设置在袋式除尘器出口以后，烟气从引风机出来以后接至烟囱，根据焚烧炉烟气量及焚烧炉、余热锅炉、烟气净化系统各部分阻力计算，并考虑部分余量，引风机参数如下：风量：Q=210000m 3 /h，风压：P=5600Pa，功率：N=560kW(10kV)。

全厂设一座 80m 高烟囱。500t/d 焚烧炉单台最大烟气量为 120000Nm 3 /h，每台焚烧炉设置一根钢烟囱，2 根钢烟囱外设置一混凝土烟囱外筒，钢烟囱直径选用 2.0m。在烟囱上设置烟气在线连续监测装置，按规范要求，测试项目：烟尘、SO2、HCl、NOx、NH3、O2、CO、CO2，同时装设取样孔和取样平台。

(七)飞灰输送及储存系统

飞灰输送系统采用机械输送方式，由反应塔下刮板输送机、除尘器下刮板输送机、公用刮板输送机、斗式提升机、螺旋输送机和灰仓及相应阀门、驱动装置、辅助设施以及其他有关设施等设备组成。公用刮板输送机、斗式提升机、螺旋输送机为双线，1用1备，烟气净化系统收集的灰尘均由公用刮板输送机并经斗式提升机送入灰仓储存。为了防止飞灰在输送和储存过程中因温度低而黏结附着在设备上，飞灰输送及储存系统采取保温和电加热措施，并且加热电功率可调。灰仓顶部设有专用的袋式除尘器，灰仓底部设置1个下灰口。为防止灰仓仓底卸灰不畅，其底部设有液化装置。

烟气净化系统收集的飞灰属于危险固体废物，因此储存于灰仓内的飞灰需在厂内进行稳定化处理。飞灰输送及存储系统主要设备技术参数：本工程2条垃圾处理线共产生飞灰量24.82t/d，设置1台150m3的灰仓，灰仓容积可储存约3d的飞灰量。

(八)主要性能指标

烟气净化脱硫效率≥98%；烟气净化脱氯效率≥95%；袋式除尘器的除尘效率≥99.9%；经处理后的烟气达到国家标准《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)和欧盟 2010 标准(2010/75/EC)的要求。

四、结论

本工程采用了半干法+ 干法组合脱酸工艺，其中半干法工艺净化效率较高，无需对反应产物进行二次处理，特别是在提高酸性气体反应效率和启炉时烟气净化效果方面表现出色。在此基础上，本工程增加了干法工艺，可进一步提高酸性气体的脱除效率，其系统投资低、占地面积小、建设周期短、运行维护量小。因此，采用这种组合工艺后，整个工艺系统运行可靠，性能良好，可全面提高烟气净化系统的净化性能及脱除效率，从而实现烟气达标排放。