精選優質文檔-----傾情為你奉上精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業專心---專注---專業精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業垃圾焚燒發電中煙氣凈化組合工藝的制定與分析胡德飛孫云生（河海大學機電工程學院,常州）摘要介紹了垃圾焚燒發電中煙氣凈化的典型工藝。結合我國垃圾焚燒發電中焚燒煙氣污染物的組成，提出了垃圾焚燒發電中煙氣凈化的組合工藝及制定原則。對3種組合工藝作了經濟分析與比較。關鍵詞：生活垃圾焚燒發電煙氣凈化工藝1垃圾焚燒發電的工藝流程垃圾焚燒發電主要由垃圾焚燒、余熱利用、煙氣處理、排放污水處理、后處置、電氣及儀表自動控制等系統組成，工藝流程見圖1。垃圾由吊車抓斗送入垃圾料斗，經斜槽落到焚燒爐給料器上，由推料機將其推入焚燒爐干燥床烘干，在爐床上經高溫干燥、裂解，產生的揮發物質和可燃物在高溫下燃燒后成為爐渣，由爐渣滾筒送入裝滿水的推灰器內，經熄火降溫后，被推送到振動輸送帶上，在傳送中將灰渣中的金屬分離外露，由磁選機將鐵件吸出后再用。除渣裝置將灰渣撒入灰坑內。垃圾池上部裝有抽風口，燃燒用的空氣由抽風機抽出，這樣，既可以將受污染的空氣送入爐內進行高溫處理，又可以使垃圾池內保持負壓，避免垃圾惡臭向外擴散。空氣進入爐膛前，經過蒸汽、煙氣預熱器2級預熱后送入爐內，作為燃燒爐的燃燒空氣。燃燒產生的高溫煙氣，經鍋爐各受熱面吸熱，降溫后進入吸收塔。同時在吸收塔內噴入氫氧化鈣及活性炭，將煙氣中的氯化氫中和后，再將煙氣送入除塵器除塵。處理后的煙氣經引風機抽送至煙囪排入大氣。吸收塔與除塵器下部的飛灰與石灰等混合物由排灰裝置排除[1]。2煙氣凈化典型工藝煙氣凈化工藝應根據垃圾焚燒過程產生的污染物組成、濃度及需要執行的排放標準來確定。焚燒煙氣中的污染物主要包括顆粒物、酸性氣體（HCl、NOX、SOX、HF等）和重金屬，通常情況下，煙氣凈化工藝主要根據煙氣中酸性氣體、顆粒物及重金屬等污染物的含量進行選擇。2.1半干式噴霧系統半干式噴霧系統按噴霧方式分為2類：雙流體噴霧器和旋轉噴霧器。旋轉噴霧器工作時，噴嘴盤以高速轉動將吸收劑溶液霧化成細滴，與煙氣中的酸氣發生反應，起到除酸作用。旋轉噴霧器是該工藝的核心部件。雙流體噴霧工藝流程見圖2。未處理的煙氣經煙氣分配器進入反應塔，形成對稱旋流場，與噴霧器噴出的Ca(OH)2霧狀液滴混合。霧狀的Ca(OH)2與煙氣中的酸氣發生化學反應，起到除酸作用。煙氣離開反應塔之前，液滴水分全部蒸發，剩留的固體隨煙氣進入除塵器除塵。該系統與濕式凈化系統比較，具有結構簡單、高效、價廉的特點。2.2氣體懸浮吸收（GSA）系統GSA系統工藝流程示意見圖3。該系統主要由反應塔、文丘里管、除塵器等設備組成。工作時，將未處理的焚燒煙氣引入文丘里管，借助文丘里管內噴嘴使石灰粉和水或石灰漿噴注于煙氣中。在氣流高紊流狀態下，使氣體和固體混合，達到均勻狀態，然后進入反應塔高濃度物料區域。在體積擴容和煙氣調制下，塔內的氣流容積和流量降低，物料在塔內呈流化狀翻滾，吸收劑不斷吸收煙氣中的污染物，生成的反應物外殼又被物料摩擦而剝落，新鮮的吸收劑繼續進行吸收反應。固體物隨煙氣進入分離器分離，通過收集裝置將捕集的粉粒再送回反應塔繼續反應，維持濃相流化態工況。控制系統使塔內的煙氣降壓后，將粉粒分離后的煙氣送入除塵器進行凈化處理。GSA系統以循環流化技術為基礎，系統組成簡單、結構緊湊、凈化顯著。2.3干式凈化系統干式凈化系統工藝流程見圖4（虛線框內所示）。該系統主要由煙氣混合器（干式吸收塔）、除塵器、空壓機等設備組成。主要用于吸收煙氣中的二惡英等污染物。吸收劑通常采用活性炭或消石灰。為使二惡英排放量控制在標準狀態下，通常該系統與可靠性高的袋式除塵器組合及催化分解。其工藝流程為吸收劑由給料機送出，用壓縮空氣輸送到干式吸收塔內，并隨煙氣均勻地聚集在布袋過濾器布袋外壁的濾餅上，吸收劑粉末越細，除塵、脫硫、脫氯的效果越好。干式凈化系統設備簡單。2.4濕式煙氣凈化系統濕式煙氣凈化系統由引風機、熱交換器、前置煙氣預熱器、噴射泵、再循環泵、洗滌塔等部件組成。其工藝流程為：煙氣經除塵器除塵，進入洗滌塔，在吸收劑溶液的噴淋下，去除HCl、SO2、HF、重金屬等污染物。投入液體螯合物，可去除汞化合物。濕式煙氣凈化工藝成熟，吸收劑品種多，污染物去除率高，吸收劑消耗量低，經濟發達國家使用較多。但濕式煙氣凈化系統工藝復雜，投資費用高，一定程度上影響了它的推廣應用。上述幾種典型煙氣凈化工藝大致可歸納為濕法工藝、干法工藝及半干法工藝，其中氣體懸浮吸收系統（GSA）可歸入半干法工藝。濕法凈化工藝因其對污染物的高效去除而在發達國家廣泛應用，但工程投資和運行費用很高，發展中國家難以承受。干法凈化雖然去除率偏低，但工程投資和運行費用低，適合于大氣污染物排放標準相對較寬、經濟不太發達的國家和地區。隨著新設備的開發應用，該工藝仍有較大的發展前途。半干法是介于干法和濕法之間的工藝，不但能達到較高的污染物去除效率，而且運行費用較低。3靜電除塵器與袋式除塵器的比較垃圾焚燒煙氣處理工藝中的另一種重要設備是除塵器，有旋風式、水膜式、布袋式和靜電除塵器等類型，并有干濕之分。對焚燒后的煙氣，主要控制對象為顆粒物、HCl，并減少有機氯化物、重金屬的排放。濕式洗滌工藝凈化率不高，又會產生廢水需處理，故不適于垃圾焚燒煙氣中顆粒物的凈化。目前較適用的凈化設備為靜電除塵器與袋式除塵器。靜電除塵器除塵效率通常>95%，其耐熱性和耐酸堿性較好，但脫除二惡英能力較差，除塵效率受氣體流量、濕度、電場強度、氣體在電場的滯留時間、氣體含塵濃度、煙塵的比電阻等諸多因素的影響[2]。2種除塵器技術性能的比較見表1。表1靜電除塵器與袋式除塵器性能比較1）項目靜電除塵器袋式除塵器煙塵質量濃度（mg/m3）30～5010～25＜1m的除塵效率（%）～20＞901～10m的除塵效率（%）＞95＞99＞10m的除塵效率（%）＞99＞99風速（m/s）＜1＜0.02壓力損失（Pa）200～300～1000耐熱性耐熱性能佳，一般可達350℃一般耐熱性較差對煙氣化學成分變化的應性差好脫除二惡英的情況差，有二惡英再合成現象較好耐酸堿性好需選擇適當濾布動力費用略低略高維護費用較低較高使用年限（a）30301）表中煙氣量均指標準值。4煙氣凈化組合工藝的制定與分析實施嚴格的環保標準，需要多種凈化設備的組合。根據我國生活垃焚燒煙氣的重點控制對象，在凈化焚燒煙氣時應選擇凈化效率高、運行可靠的除塵設備。目前國外凈化垃圾焚燒煙氣顆粒物的主要設備為電除塵和袋式除塵器，袋式除塵器易受高溫氣體及顆粒物粘性的影響，使濾袋堵塞，而導致濾袋費用的增加和清灰的困難，但凈化效率穩定，不受顆粒物比電阻和原始濃度的影響。對于我國新建垃圾焚燒發電廠煙氣中顆粒物的凈化，建議多采用袋式除塵器，而少采用靜電除塵器。首先，袋式除塵器有利于煙氣中有機氯化物和某些重金屬的去除；其次附著在袋式除塵器表面的吸收劑顆粒仍會繼續與煙氣中的污染物反應，相對而言，擴大了吸收塔反應器的尺寸，提高了吸收劑的反應效率。氣態污染物主要是HCl氣體和少量SO2，干式噴射吸收法（干法）、噴霧干燥法（半干法）、濕式洗滌法（濕法）等工藝對HCl和SO2均有良好的凈化效果。濕式洗滌的凈化效率最高，噴霧干燥和干式噴射吸收法依次較差，但對HCl而言，差別不如凈化SO2時那樣大。濕式洗滌往往產生廢水，需進一步處置，整個系統較復雜，運行費用高。噴霧干燥法則要求噴霧設備穩定可靠，對控制系統要求也較高，增加了實際工程的難度。根據國內現有的城市生活垃圾焚燒煙氣的凈化系統，我們組合了有關凈化設備。4.1干式噴射吸收+袋式除塵器工藝干式噴射吸收+袋式除塵器工藝流程見圖4。被余熱鍋爐吸收熱量后的煙氣首先進入調節塔，在霧狀水滴噴淋下進行調節，將其溫度降至120℃左右，經調節后的煙氣再進入干式噴射吸收塔。另外用壓縮空氣將Ca(OH)2粉末噴入吸收塔內，使Ca(OH)2與HCl、SO2及二惡英等污染物在吸收塔內反應生成固態產物，經反應后的煙氣進入袋式除塵器，經濾除顆粒物后排入大氣。該工藝綜合凈化效果要差一些，但設備投資最少。4.2噴霧干燥吸收+袋式除塵器工藝噴霧干燥吸收+袋式除塵器工藝流程見圖5。該工藝主要有旋轉噴霧器、噴霧吸收反應塔、漿液貯存箱、袋式除塵器等設備組成。工作時，被余熱鍋爐吸收熱量后的煙氣首先進入噴霧吸收反應塔。同時，高速噴霧器向反應塔內噴入霧狀Ca（OH）2（石灰漿液），霧狀的Ca（OH）2細顆粒與煙氣中的HCl、HF及SO2發生反應，反應后的煙氣進入除塵器去除顆粒物后排入大氣。反應的生成物和飛灰一起從反應器落灰口或除塵器落灰口排出。此工藝除塵設備應優先選用袋式除塵器。工藝特點：（1）霧化的細顆粒既進行著酸性氣體從氣相向霧滴表面的傳質，又進行著酸與液滴上Ca（OH）2的反應，同時霧滴水分被蒸發；（2）HCl、HF及SO2的氣膜傳質效率和酸性氣體通過反應生成物層的擴散效率，影響和決定HCl、HF及SO2的凈化效率。為確保污染物有效凈化，煙氣在反應塔中的停留時間不應小于12s[3,4]。與4.1工藝比較，噴霧干燥吸收+袋式除塵器工藝綜合凈化效果好，設備投資相對多一些。4.3噴霧干燥+袋式除塵+濕式洗滌工藝噴霧干燥+袋式除塵+濕式洗滌工藝流程見圖6。該工藝主要由噴霧干燥塔、袋式除塵器、濕式洗滌吸收塔、吸收液貯存倉、廢水處理池等設備組成。煙氣首先進入噴霧干燥塔，用清水噴霧，對煙氣進行調節及預洗滌。冷卻后的煙氣經除塵器除塵后，進入濕式洗滌吸收塔。高速噴霧器向吸收塔內噴入霧狀Ca（OH）2（石灰漿液），霧狀的Ca（OH）2細顆粒與煙氣中的HCl、HF及SO2發生反應，經過反應后的潔凈煙氣排入大氣。反應后的固態物與廢水流入廢水池，固態物沉淀后，由清渣裝置排除。廢水經濃縮處理后，溢流循環使用。在此工藝中，需要指出：（1）煙氣進入噴霧干燥塔進行降溫、調節及預洗滌，目的是為了避免多氯二苯并二惡英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃（PCDFs）的再生成[1,4]；（2）利用濕式洗滌系統所產生的廢水底流作為噴霧干燥系統配制Ca（OH）2漿液的用水，在回用廢水前需加入化學藥劑，使廢液中的重金屬生成螯合物以防止其在干燥過程中揮發；（3）細顆粒在干燥過程中凝結或粘附在濕顆粒的表面，有利于后續的除塵；（4）從除塵器出來的煙氣再通過濕式洗滌系統進一步深度凈化處理，產生的廢水經濃縮后，溢流循環使用。由于該工藝有效利用了煙氣的余熱，用蒸發方式處理系統中產生的廢水，從而避免使用專門的廢水處理設備與工藝。與4.1、4.2工藝比較，該工藝綜合凈化效果最好，但設備投資最大。3種工藝的凈化效率和排放濃度見表2、3。表23種凈化工藝的凈化效率和排放濃度1）污染物原始濃度2）干式+袋式工藝半干式+袋式工藝半干式+袋式+濕式工藝凈化效率（%）排放濃度（mg/m3）凈化效率（%）排放濃度（mg/m3）凈化效率（%）排放濃度（mg/m3）顆粒物3000＞99＜30＞99＜30＞99＜30HCl8009080＞95＜40＞95＜40SOx5040306020＞80＜10NOx40040240Hg0.2900.02950.01＞95＜0.01PCDDs+PCDFs580＜197＜0.0599＜0.053種工藝均選用袋式除塵器，且凈化過程為低溫操作；各工藝的凈化效率的平均值參考了國外研究成果和工程實踐經驗確定；未列數值項為暫不考慮。2）各種污染物的原始濃度參照國外發達國家的經驗確定，顆粒物取3000mg/m3，HCl取800mg/m3，SOx取50mg/m3；NOx取400mg/m3，Hg的原始濃度取0.2mg/m3,“PCDDs+PCDFs”取5ng/m3。5經濟指標分析煙氣凈化是涉及技術、經濟、資源、環境等多因素、多目標的復雜問題，對組合工藝的經濟分析包括設備投資及運行費用等方面的內容，限于篇幅，本文僅對3種組合工藝的設備投資進行分析比較。煙氣凈化設備包括主體設備及輔助設備，要對3種凈化組合工藝的設備投資費用進行精確比較是很困難的，在此采用相對比價法進行分析，以處理生活垃圾20.8t/h的焚燒爐為例，該爐排煙量約m3/h，每種工藝采用的主要設備見表3，假如3種工藝均采用袋式除塵器，設袋式除塵器相對比價為10，則3種工藝的設備投資相對比價比較結果見表3。其中，“干式+袋式”工藝設備投資最少，“半干式+袋式”工藝，設備投資較大，“半干式+袋式+濕式”工藝設備投資最大。序號設備名稱干式+袋式工藝半干式+袋式工藝半干式+袋式+濕式工藝設備采用相對比價采用設備相對比價采用設備相對比價袋式除塵器（含飛灰輸送系統、清灰貯灰裝置等）采用10采用10采用10調節塔（含泵、水箱等）采用0.6干式噴射吸收塔（含送風設備、回流裝置等）采用1噴霧吸收反應塔（含噴嘴等裝置）采用6.5噴霧干燥塔（含噴嘴、飛灰輸送系統等裝置）采用4.5洗滌吸收塔（含泵、吸收液循環裝置等）采用4吸收液配置及輸送設備（含貯存、泵、水箱及加料、攪拌等裝置）采用2采用2石灰罐倉（包括進出料裝置）采用0.4采用0.3采用0.2廢水處理設備（含旋流器、泵、絮凝沉淀、污泥箱廢水池等裝置）采用2自動監測及控制設備（含煙氣采樣、煙氣分析儀、微機處理及反饋控制系統等裝置）采用6采用7采用7合計1825.829.7表33種組合工藝設備投資相對比價比較1)1）表中的相對比價以袋式除塵器為基準，其它設備裝置或系統的相對比價是根據國內外有關資料和專家咨詢確定的。因設備的造價與多種因素有關，表中提供的數據只能大致反映3種工藝設備投資費的差異，與實際情況會有一定的差別，故該結果僅供參考。表中空項表示無此設備與相對比價。6生活垃圾焚燒污染物控制標準根據國家環保總局頒布的生活垃圾焚燒污染物控制標準（GKWB3—2000），焚燒煙氣污染物濃度排放限值見表4。二惡英類污染物的排放限值自2000年6月1日起在北京、上海、廣州、深圳4個城市試行，2003年6月1日起在全國范圍內實行。表4焚燒爐大氣污染物排放限值1）序號項目數值含義限值1煙塵(mg/m3)測定均值802煙氣黑度(林格曼黑度，級)測定值13一氧化碳(mg/m3)小時均值1504氮氧化物(mg/m3)小時均值4005二氧化碳(mg/m3)小時均值2606氯化氫(mg/m3)小時均值757汞(mg/m3)測定均值0.28鎘(mg/m3)測定均值19鉛(mg/m3)測定均值1.610二惡英類(ng/m3)測定均值11）表中各項標準限值，均以標準狀態下11