垃圾焚烧含湿法脱酸系统的脱白工艺比较

文_邹贞 上海泰欣环境工程有限公司

随着环保形势的日趋严峻，烟气排放指标越来越严格，目前国内对SOx、HCl 污染物浓度排放要求比较高，垃圾焚烧电厂的烟气在排放前都进行了湿法脱酸，温度降至45 ～60℃，此时烟气通常是饱和的湿烟气，烟气中含有大量的水蒸汽，水蒸汽中含有较多雾霾主要成分为溶解性盐、SO3、凝胶粉尘、微尘等。如果烟气由烟囱直接排出，进入温度较低、饱和湿度较低的环境空气中，在烟气温度降低过程中，烟气中的水蒸汽会凝结形成湿烟羽，出现烟囱冒白烟的情况，在视觉上及实际环境都造成了实质性的污染。并随着烟气脱白相关政策和规范的出台，白烟的排放也列入了控制指标中。

1 白烟形成、去除的机理及常用处理工艺

1.1 白烟形成机理

白烟形成的机理如图1 所示，曲线为饱和温湿度曲线，A点是项目所在地的环境状态点，假设B点是排放烟气的初始状态点，如果烟气不经过处理直接排入大气，烟气会沿直线AB，最终达到环境状态点，直线AB 与过饱和区域有交集，在烟气冷却过程中携带的水分会析出，形成肉眼所看到的白烟；过点A 做饱和温湿度曲线的切线，切点为D，烟气沿这个切线自然冷却，与过饱和区域不会产生交点，这条线就是出现白烟与否的临界线，烟气只要在这条线或在这条线的下面进行排放，就不会形成白烟。

图1 饱和温湿度曲线

加热法：对B 点进行加热至AD 延长点状态C，AC 与饱和温湿度线相切，则排放不产生白烟。

冷凝法：对B 点进行冷凝至状态点D，AD 与饱和温湿度线相切，则排放不产生白烟。

冷凝+加热法：对B 点进行冷凝至状态点E，对E 点进行加热至AD 延长点状态F，AF 与饱和温湿度线相切，则排放不产生白烟。

1.2 白烟去除机理

从白烟形成机理可知，要消除白烟，需使得湿烟气初始状态点与环境状态点的连线与饱和湿度曲线不相交，其临界点便是湿烟气初始状态点与环境状态点的连线与饱和湿度曲线相切。

1.3 常用处理白烟工艺

由于地域的不同，气候条件相差较大，平均温度、湿度、极端温度相差都很大，采用的技术工艺也不尽相同。各垃圾焚烧电厂的工艺条件不同、投资要求不同及余热资源不同，采取的脱白方法也不同，但根据白烟形成及去除的原理，目前常用的方法有烟气加热工艺、烟气冷凝工艺（去除烟气中的水蒸气）及烟气先冷凝再加热工艺等。

2 案例分析

2.1 项目介绍

国内某垃圾焚烧电厂，垃圾处理规模单台炉为750t/d，烟气排放量约为173000Nm3/h(湿基)，含水量约为20%～21%（取20.5%进行分析），氧含量约5.5%，SOx浓度为800mg/Nm3，HCl 浓度为1200mg/Nm3；环保要求SOx排放浓度小于5mg/Nm3，HCl 排放浓度＜5mg/Nm3；根据白烟常用处理工艺，本项目烟气净化工艺采用半干法+干法+活性炭+布袋除尘器+GGH1（烟气-烟气换热器）+湿法脱酸（具有脱白功能）+SGH（蒸汽加热）， 烟气净化工艺流程见图2；项目所在地冬季平均温度为2℃，夏季平均温度为31.8℃；冬季平均大气相对湿度为70%，夏季平均大气相对湿度为80%；当地对“白烟”环保要求为一年四季烟囱出口无白烟产生；根据现有配置要求污染物SOx排放浓度小于5mg/Nm3，HCl排放浓度小于5mg/Nm3，并同时满足无“白烟”要求；垃圾焚烧烟气中不但包括SOx，还含大量的HCl，但由于HCl对烟气露点温度提高的作用小于SO2的影响，本项目可根据Müller 曲线可查SOx含量对应烟气露点温度约115℃。为了保证设备不出现黏结机会现象，而导致严重的金属腐蚀的现象，则本项目需保证高于烟气露点温度前提下，进行脱白运行工艺比较。

图2 烟气净化流程图

根据本项目入口各种工况及本项目所处地水资源匮乏的情况考虑，湿法脱酸系统最理想运行状态是系统达到自身的水平衡，不需额外进行补充水，湿法系统运行为最理想状态，出口温度控制在约60℃，无需额外补充水，根据夏季环境温度及相对湿度计算，如排烟温度按GGH1 换热后净烟气出口温度115℃进行排放，湿法系统出口温度控制在73.5℃，目前湿法系统夏季最理想排烟温度是60℃＜73.5℃，夏季无白烟产生，并且排放温度≥115℃，可保证无烟气露点腐蚀。因此本项目只需分析冬季下脱白情况。根据现有配置分析不同脱白方法最为有利于本项目进行脱白烟。

2.2 烟气加热工艺

采用蒸汽或者电加热方法将烟气温度提高至所需温度，电加热器功率太大，大幅度地提高了厂用电率，垃圾焚烧发电主要是采用蒸汽发电，直接采用电加热进行脱白，运行费用更大，因此本项目烟气净化配置是按蒸汽加热配置，按蒸汽加热进行分析，通过抬高烟气排放温度，将烟气温度加热至与饱和温湿度线相切。如考虑湿法脱酸系统按照最理想工况进行运行时，出口温度约60℃（无需额外补水），根据冬季环境温度及相对湿度，计算出排烟温度需要达到217℃才不产生白烟， 湿法出口温度、相对湿度与排烟温度曲线见图3；也就是需要通过蒸汽加热器将115℃烟气加热至217℃，这将需要消耗约15.0t/h 蒸汽（4.0MPa 饱和蒸汽），对于垃圾焚烧发电厂来说蒸汽是用来发电的，非常宝贵；排烟温度较高对引风机的造价也影响非常大。

图3 湿法出口温度、相对湿度与排烟温度曲线

2.3 烟气冷凝工艺

通过冷却水将烟气温度降低从而将烟气中的水蒸汽冷凝下来，本项目湿法塔分两部分，利用上面的减湿部及湿法塔外的板式换热器，通过外界冷却水经板式换热器，将烟气中的热量带出，使得烟气中水冷凝下来，一部分进入到湿法塔冷却部作为冷却部的补充水，达到水冷凝的回收；根据GGH1（烟气-烟气换热器）净烟气出口温度115℃进行烟囱的直接排放，通过图3 湿法出口温度、相对湿度与排烟温度曲线查到湿法脱酸系统出口温度需控制在47.3℃才不产生白烟。经查图4 烟气饱和含水与湿法出口温度曲线，湿法出口温度为47.3℃时对应湿法出口烟气含水量约为10.48%，湿法减湿部将原始烟气中含水量降至10.48%，根据原始含水量及烟气量，计算出烟气冷凝下来的水量约为14.3t/h。本项目半干法制浆所需用水量约为6.4t/h，飞灰稳定化用水约为0.5t/h，冷凝出来的水可以用于半干法制浆及飞灰稳定化用水，如单独采用冷凝工艺，冬季需考虑湿法系统冷凝下来冷凝水的处理，约7.4t/h。

图4 烟气饱和含水与湿法出口温度曲线

2.4 烟气先冷凝再加热工艺

先通过冷凝工艺将烟气中的水含量降低，再通过抬高烟气温度来达到无白烟产生；根据本项目半干法系统制浆、飞灰稳定化所需水量约为6.9t/h，考虑到烟气净化自身需要达到水平衡，并且不考虑额外补充及外排水量，根据湿法脱酸系统水自平衡计算，需满足冷却部分自身需要补水量及满足半干法系统制浆、飞灰稳定化用水水量，则需将湿法脱酸系统减湿部冷凝产生水量控制在8.0t/h 左右，反算需将湿法脱酸塔出口温度控制在约55℃，对应的烟气含水量为15.55%，通过图3 湿法出口温度、相对湿度与排烟温度曲线查到排烟温度需控制在171℃才不产生白烟。GGH1(烟气-烟气换热器)净烟气出口温度为115℃，需通过蒸汽加热器SGH将GGH1 净烟气出口烟气加热到171℃，需要消耗约8.0t/h 蒸汽（4.0MPa 饱和蒸汽）。

2.5 3种脱白工艺对应的排放

根据上述对3 种脱白工艺的计算分析，可得出本案例湿法脱酸塔出口含水量、温度情况，及计算出SGH（蒸汽-烟气加热器）所需加热量，蒸汽耗量，具体见表1。

表1 3种脱白工艺出口所需蒸汽耗量比较

3 运行费用分析

以上3 种脱白工艺运行费用计算，运行费用见表2。

表2 三种脱白工艺运行费用比较

从3 种脱白工艺运行费用比较来看，采用冷凝法最为经济，建议按冷凝法来进行运行；直接或者间接抬高烟气温度，所消耗能耗大，经济性差，不建议采用。

4 结语

本文阐述了形成白烟的原理，通过案例计算并分析加热脱白、冷凝脱白及先冷凝再加热脱白的工艺，根据3 种脱白工艺及计算分析，运行费用的比较，得出在垃圾焚烧发电烟气净化项目（含湿法脱酸系统）直接采用冷凝法将烟气中水含量降低的方法最为经济，采用直接或者间接抬高烟气温度，所消耗能耗大，经济性差，因此建议垃圾焚烧发电项目烟气净化系统采用含湿法脱酸系统进行脱酸工艺时，湿法脱酸系统需带“脱白”功能（降低烟气中水含量），最为有利于目前烟气排放指标。