生活垃圾焚烧发电厂全工艺烟气净化处理系统

2023-03-13张耀根

建材与装饰 2023年7期

张耀根

（山西省安装集团股份有限公司，山西太原 030032）

1 垃圾焚烧发电厂技术构成与烟气成分概述

1.1 垃圾焚烧发电厂主要技术构成

垃圾焚烧发电作为新型发电形态，较好地满足了新发展理念对于电力行业的发展要求，实现了资源重复利用。随着相关技术日益成熟，垃圾仓、炉排结构、通风系统、排灰系统以及烟气处理系统有序使用，逐步形成一整套完善的垃圾焚烧发电工艺流程。即生活垃圾由专门车辆运输到发电厂，经过卸载、发酵后，注入焚烧设备，在850℃的高温环境下快速分解，产生大量有害气体，并且形成高温烟气，利用其加热炉水，产生过热蒸汽，完成发电任务。垃圾焚烧发电厂技术流程的健全与完善，使得垃圾焚烧发电效能稳步提升，很大程度上满足了现阶段电力资源需求[1]。

1.2 垃圾焚烧发电烟气主体成分分析

垃圾焚烧发电烟气组成较为复杂，包括粉尘、氯化氢、硫化物、氮氧化物、重金属以及二噁英等。这些物质如果不经处理，直接进入环境，将会产生严重的大气、土壤、水体污染，严重威胁生态环境。二噁英很难在自然状态下分解，并且表现出较强的有害性，被人体摄入后，极易诱发癌症，硫化物、氮氧化物进入大气后，极易诱发酸雨。为规范垃圾焚烧发电技术体系，最大程度地减少烟气污染，防控污染物排放，相关部门出台了一系列技术标准，对垃圾焚烧污染标准进行了系统性明确，尝试通过划定硬性指标，促进烟气污染控制技术体系与预防管理机制的健全完善。例如，2014年，相关部门出台《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485—2014），对垃圾焚烧过程中主要污染物排放量进行了明确规定，例如，24h内烟尘等颗粒物排放浓度不得超过20mg/Nm3、氯化氢排放浓度不得超过50mg/Nm3、氮氧化物浓度不得超过250mg/Nm3、二噁英排放浓度不得超过0.1ngTEQ/Nm3[2]。

2 工作原理

来自锅炉的190～220℃烟气从空气干燥反应塔的顶端进入塔。同时，通过高速雾化器将具有少量结构的石灰浆注入反应塔。石灰粉与热烟气流中的HCl、SOx、HF和其他酸性气体反应。喷出的石灰浆挥发并将烟气冷却至150～160℃，同时形成CaCl2、CaF2、CaSO3、CaSO4等干粉产品。整个制冷过程还将导致二噁英、咪唑和重金属固化超过标准。部分反应物从反应塔底部的筒仓排出，通过刮板输送机送至公共皮带输送机，再通过斗式提升机和灰仓螺旋输送机进入后灰仓。其他部分将与烟气一起离开反应塔。

烟气进入布袋除尘器前，将熟石灰粉和活性炭粉喷入烟气中。熟石灰粉与HCl、SOx等有明显的反应效果，能有效去除烟气中残留的酸性气体，而活性炭粉能消化吸收烟气中的汞等金属元素以及二噁英、咪唑等污染物。

烟气携带烟尘进入袋式除尘器后，烟气中的酸性气体再次与熟石灰反应，活性炭也再次吸收烟气中的重金属、二恶英等。烟气中的烟尘、固化重金属、反应物和活性炭等颗粒粘附在除尘器袋表面，通过空气压缩反吹排入除尘设备仓，然后通过除尘设备皮带输送机送至公共皮带输送机，最后通过斗式提升机和灰仓螺旋输送机进入灰仓。

袋式除尘器出口温度约为150℃的烟气从1号集气站下部原烟气通道进入，经管侧传热后降至约103.5℃，然后从换热器下部原烟气出口排出，进入净化塔下部的烟气通道并在塔中向上运行。净化塔由下部制冷段和上部吸收除湿段组成。冷却液循环泵将塔底制冷剂送至制冷段下方的喷嘴，并向下喷洒，使其完全接触回流烟气，将烟气温度从103.5℃降至65～67℃（除湿段）。20%的氢氧化钠溶液通过氢氧化钠搅拌泵输送至制冷剂循环系统的管道，制冷剂的pH保持在6左右。在此过程中，氢氧化钠溶液与烟气中的HCl、SO2等酸性气体反应，形成NaCl、NaF、Na2SO3、Na2O4等酸性盐。此外，为了确保冷冻液中的盐浓度保持在4%，在冷冻液循环系统的管道中设置允许含盐量指示器报警，以便及时纠正湿试验净化塔底部出口的制冷剂排放[3]。

烟气经净化塔冷却段冷却、消化、吸收，进入净化塔上端的吸收除湿段。来自除湿液储罐的除湿水由除湿水循环泵通过换热器冷却，然后输送至消化吸收除湿部分的上喷嘴进行喷淋。在通过填料床与烟气完全接触后，返回除湿水箱以完成循环系统。加入氢氧化钠溶液可使除湿水的pH保持在7左右。在消化吸收除湿段，烟气温度进一步降低，烟气含水量降低。这样，在减少烟囱“烟”的前提下，借助烧碱溶液在超低温下的吸收特性，可以进一步降低烟气中的酸性气体成分。净化后，约63℃的烟气通过塔上的除雾器进入烟气换热器的壳程，加热至约112℃。

3 生活垃圾焚烧发电厂全工艺烟气净化处理系统

3.1 全面构建烟气净化体系

垃圾焚烧烟气净化体系构建过程中，出于净化成本、净化效果等多方面因素的考量，可以采用烟气冷却、石灰中和、活性炭吸附、袋式除尘器等多种净化技术，形成梯度型烟气净化机制。具体来看，烟气冷却作为垃圾焚烧烟气污染物前期净化环节，能够在较短时间内快速降低烟气温度，实现烟气快速冷却，从而达到规避二噁英再合成温度区的目的。石灰中和环节，通过在燃烧设备中加入氧化钙等脱酸剂，引发烟气污染物化学反应，中和烟气中含有的氯化氢、硫化物以及氮氧化物，减少酸性气体排放。

活性炭在烟气净化过程中，主要针对于重金属物质，实现对烟气内重金属的吸附，同时做好残留二噁英二次处理，最大程度防范重金属对环境生态的影响。袋式除尘器作为垃圾焚烧发电烟气净化处理后置模块，持续捕获烟气污染物中一般颗粒物、挥发性重金属、氯化物等形成的气溶胶，实现对小分子污染物精准化处理与动态监控，确保垃圾焚烧发电产生的烟气达到排放标准，形成烟气污染物净化闭环模式[4]。

3.2 SNCR系统

SNCR系统主要包括氨水溶液储存系统、氨水溶液稀释系统和喷射系统，其中氨水溶液储存系统用于氨水储存，根据锅炉运行情况和NOx排放情况，由输送泵及在线稀释系统稀释成所需的浓度后送入喷射系统，由喷射系统实现各喷射单元的氨水溶液分配、雾化和计量。该系统设计时应特别关注以下几个方面。

（1）为了提高脱NOx的效率并实现NH3泄漏最小化，应满足以下3个条件。①氨水溶液喷入的位置无火焰。②反应区域维持合适的温度（850～1000℃）。③反应区域达到50%（可调）脱硝效果的停留时间（0.8s，900℃）。

（2）SNCR系统应根据NOx和氨逃逸的设定值全自动调节喷量来满足排放要求。氨逃逸值小于8mg/m3（11%O2含量，干烟气）。

（3）氨水溶液喷嘴应选择耐腐蚀、耐高温、雾化性能优异的产品，具有根据氨水溶液喷雾运行/停止或炉内温度连锁而实现插拔的功能。

3.3 石灰浆制备系统

石灰浆制备系统包括石灰储仓、石灰定量给料机、石灰浆制备槽、石灰浆储浆罐、石灰浆泵及连接各设备的管道、阀门和清洗设施等。该系统设计时应特别关注以下3个方面。

（1）制浆罐入口水管设流量指示及控制；储浆罐设液位指示和低位报警；石灰浆泵出口管路设压力指示；喷雾反应器入口管路设流量指示和调节，流量根据烟气分析仪中HCl、SO2含量自动调节。

（2）石灰浆溶液管道接头应采用法兰或其他机械连接，设清扫口或反冲洗接口；管道设置必要的控制阀门和测量仪表。

（3）考虑石灰浆管路堵塞时的影响，应设置过负荷电流保护装置以及防止石灰浆管路发生堵塞和固着的设施。

3.4 垃圾焚烧发电厂烟气污染防控的管理方法

为了不断提高垃圾焚烧发电厂烟气环境污染防治水平，监督烟气环境污染防控的总体成本，减少烟气环境污染疫情防控的压力，发电企业应充分发挥自身的主动性，从组织建设、人员配备等方面提高烟气环境污染防治的管理效率，并根据管理要素参与降低烟气污染水平。具体而言，电站管理人员和领导必须遵循烟气环境污染防治的管理模式，消化吸收过去有益的工作经验，开展垃圾焚烧发电系统建设，并对焚烧垃圾的分类和选择进行标准化管理，以确保焚烧垃圾的底热合格，阻断烟气污染物的产生途径。同时，根据垃圾焚烧发电用油烟净化器的组成，制定了维护计划。派遣人员根据维护计划及时检查净化处理的运行状态，并根据工作状态做好烟气净化处理设备的维护工作，确保烟气空气净化装置始终处于良好状态，提高烟气净化处理的效率[5]。

垃圾焚烧发电作为一项重要的基础设施建设，涉及区域民生项目。在烟气环境污染防治方面，工作人员必须加强与相关政府机构的合作，采用“兴化”的内部控制、管理和外部监督方法，减少垃圾焚烧发电造成的烟气环境污染管理中的漏洞，确保发电企业能够迅速应对突发事件并有序解决。充分考虑到废点火电站烟气污染物防治的必要性，电站必须配备专职管理人员，并采取判断和塑造、及时学习和培训、考核和激励等措施，建设一支专业的烟气环境污染防治管理团队。在专业管理人员的充分参与下，可以最大限度地发挥管理优势，确保垃圾焚烧发电烟气净化处理既定目标的实现。

3.5 脱酸反应器系统软件

脱酸反应塔系统软件为半干式试验反应器。旋转雾化器位于喷雾反应器的上端。系统软件中的石灰粉进入旋转雾化器，雾化至平均值约为50μm的细液体，细液体与移动的烟雾一起呈螺旋状流动，并被非常大的烟流包裹。在这个过程中，石灰粉完全接触烟雾中的HCl、HF、SO2和其他酸性气体，并产生化学反应。在设计控制系统时，应特别注意以下方面。

（1）在设计反应塔时，考虑烟气在反应塔中有足够的停留时间，以确保出口烟气中的固体颗粒自然干燥，不会粘在壁上。

（2）筒仓出口设有破碎机和星形排灰阀，与刮板输送机连接，确保灰的正常排出；筒仓应有足够的倾角（≥60°）以获得更好的流动性，并应配备入口孔、液位指示器控制和堵塞清除设备。为避免灰和盐结块，筒仓应配备电伴热系统，电伴热设备应确保锥温不低于110℃。

3.6 健全垃圾焚烧发电厂烟气除尘技术方案

结合以往经验，垃圾燃烧发电厂在运行过程中，烟气中会形成大量的固体颗粒，为应对这种局面，实现烟气内固体颗粒物有效防治，减少颗粒物产生的环境危害。在固体颗粒处置环节，技术人员应当有序做好烟气除尘技术应用，为确保除尘技术效果，应当综合考量垃圾焚烧特点，综合颗粒特性，在厘清环保政策要求、燃煤性质、飞灰性质、现场条件等各类条件，定向完成垃圾焚烧发电厂烟气除尘技术选择，强化除尘工作效能。以现阶段较为成熟的电除尘技术为例，电除尘借助高压电厂，将烟尘内悬浮的粉尘以及颗粒在电荷作用下，形成电极运动，被吸附到电极之上，达到除尘净化的目的。在实际技术应用环节，电除尘技术应当将电极电阻控制在1×104Ω·cm～5×1011Ω·cm，这种特定参数极大地提升了烟气除尘技术对温度与压力等外部环境适应能力，扩大烟尘浓度处理范围，确保电除尘技术应用效果。湿式电除尘技术应用环节，技术人员需要灵活运用各类技术设备，综合分析粒径分布、气流分布等相关因素，确保设备运转高效性，实现对颗粒精准化处置。表1为烟气排放值与标准值。