噴霧干燥法在垃圾焚燒尾氣凈化的應(yīng)用
來源：無錫市華星電力環(huán)保工程有限公司 閱讀：3248 更新時(shí)間：2010-10-21 14:41摘要：我國(guó)是世界上垃圾包袱最沉重的國(guó)家，人多產(chǎn)生的垃圾就多，而垃圾造成的危害是顯而易見的。垃圾焚燒所產(chǎn)生的大量尾氣對(duì)環(huán)境污染也是非常嚴(yán)重的，文中介紹了噴霧干燥法在垃圾焚燒尾氣凈化中應(yīng)用作了簡(jiǎn)單介紹。
關(guān)鍵詞：脫酸,噴霧,二惡英,重金屬,除塵
城市垃圾問題已成為當(dāng)今世界最嚴(yán)重的公害之一，及時(shí)清理和處置垃圾是建設(shè)優(yōu)美、整潔、文明的現(xiàn)代城市不可缺少的條件。解決垃圾問題的最有效的途徑是將垃圾減量化、資源化、無害化。垃圾焚燒技術(shù)符合無害化、減量化、資源化的垃圾處理政策，且具有處理速度快、減容效果好、占地面積小、環(huán)境影響小、易于選址等優(yōu)點(diǎn)，近年來在國(guó)內(nèi)外得到較快發(fā)展。但由于垃圾成分的復(fù)雜性，焚燒后產(chǎn)生大量的含有重金屬、二惡英、SOX、HCl、HF等有毒、有害尾氣，其對(duì)環(huán)境的危害是十分嚴(yán)重的。因此國(guó)家環(huán)保局在2000年頒布的《生活垃圾焚燒污染控制》標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格限定了各種污染物排放指標(biāo)。但由于尾氣成分十分復(fù)雜給治理。
工作尾氣凈化工藝有濕法、半干法、干法3種，濕法由于二惡英難以達(dá)標(biāo)排放及后期污水問題，故應(yīng)用較少。目前主要采用半干法或干法凈化工藝。
1 尾氣凈化工藝流程
棗莊市資源電廠為日處理600噸的垃圾焚燒電廠，該系統(tǒng)共有兩套生產(chǎn)線，每套生產(chǎn)線配置一套尾氣凈化裝置用來去除焚燒時(shí)產(chǎn)生的有害物。尾氣凈化采用噴霧干燥法工藝，其工藝流程如圖1所示。
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噴霧干燥尾氣脫酸過程是利用噴霧干燥的原理將石灰乳溶液噴入反應(yīng)塔內(nèi)，一方面利用尾氣的熱量將噴入的霧滴水分蒸發(fā)形成干燥的粉狀固體顆粒收集下來。另一方面尾氣中酸性氣體與石灰漿液同時(shí)發(fā)生化學(xué)吸收反應(yīng)，達(dá)到脫酸的目的。在塔內(nèi)完成脫酸反應(yīng)后形成的產(chǎn)物部分在塔內(nèi)由底部錐體出口排出，另一部分隨反后的尾氣進(jìn)入袋式除塵器內(nèi)經(jīng)凈化后排空。其反應(yīng)過程如下：
石灰熟化： CaO+H2O→Ca(OH)2
SO2吸收： SO2+OH-→HSO3-
SO2與石灰反應(yīng)： SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O
Cl與石灰反應(yīng)： Cl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O
亞硫酸鹽的部分氧化： CaSO3+O2→CaSO4
反應(yīng)物析出： SO32-+Ca2+←→CaSO3
總反應(yīng)： SO2(氣)+Ca(OH)2(固) →CaSO3(固)+H2O
SO2(氣)+Ca(OH)2(固)+1/2O2→CaSO4(固)+H2O
Cl(氣)+Ca(OH)2(固)→CaCl2(固)+H2O
噴霧干燥法尾氣脫酸裝置主要由：1)石灰漿制備系統(tǒng)；2)石灰漿噴入系統(tǒng)；3) 活性碳噴入系統(tǒng)；4)脫酸系統(tǒng)；5)回風(fēng)系統(tǒng)；6)粉塵收集系統(tǒng)；7)廢渣排出系統(tǒng)；8)控制系統(tǒng)。
2 工藝系統(tǒng)簡(jiǎn)介
2.1 石灰漿制備系統(tǒng)
石灰漿制備系統(tǒng)主要由石灰儲(chǔ)料倉(cāng)、倉(cāng)頂除塵器、流化裝置、石灰給料機(jī)、計(jì)量器、配漿槽、供漿槽等組成。
石灰（200目，80%含量）從廠外槽車運(yùn)來，儲(chǔ)料倉(cāng)不設(shè)卸料裝置，由槽車直接通過氣力輸送至石灰儲(chǔ)料倉(cāng)，儲(chǔ)料倉(cāng)保證三套系統(tǒng)3天的用量，儲(chǔ)料倉(cāng)容積為65m3；儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)設(shè)有導(dǎo)波雷達(dá)料位計(jì)，可監(jiān)測(cè)儲(chǔ)料倉(cāng)的料位情況；儲(chǔ)料倉(cāng)的倉(cāng)頂設(shè)有式除塵器，可收集粉塵；儲(chǔ)料倉(cāng)灰斗壁設(shè)有流化板，通過壓縮空氣進(jìn)入流化板產(chǎn)生粉塵流化態(tài),以防止粉塵搭橋；石灰粉通過給料機(jī)、計(jì)量器（可調(diào)速，調(diào)整CaO的供料量）送入配漿槽，在配漿池中加水?dāng)嚢枧渲瞥墒胰橐；濃度?0～15%(含固率)漿液溢流到供漿槽。供漿槽中的漿液由石灰漿計(jì)量泵泵送到反應(yīng)塔的噴漿系統(tǒng)，供漿液量由進(jìn)引風(fēng)機(jī)前的SO2監(jiān)測(cè)濃度控制。
2.2 石灰漿噴入系統(tǒng)
石灰漿噴入系統(tǒng)主要由計(jì)量泵、噴嘴、壓縮空氣及管道閥門等組成。
高溫尾氣進(jìn)入反應(yīng)塔后，利用雙流體霧化噴咀在反應(yīng)塔內(nèi)增濕霧化，調(diào)整尾氣溫度，同時(shí)對(duì)尾氣增濕，使石灰霧滴與酸性氣體充分接觸反應(yīng)。噴入的液滴在瞬間蒸發(fā)，煙氣降至反應(yīng)溫度。同時(shí)液滴與粉塵碰撞，當(dāng)外表面水份蒸發(fā)后，表面出現(xiàn)顯著固態(tài)物質(zhì)，干燥速率下降，液滴溫度逐漸升高并接近煙氣溫度，最后水分蒸發(fā)殆盡，形成固態(tài)顆粒而從煙氣中分離。
2.3 活性碳噴入系統(tǒng)
為了更有效地去除重金屬及二惡英，在反應(yīng)塔出口煙道設(shè)置活性碳噴入口,系統(tǒng)由活性碳加料裝置與可調(diào)給料機(jī)組成，并通過可調(diào)給料機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)噴入量的控制，將活性碳噴入反應(yīng)塔前的行氣管道內(nèi)，吸附尾氣內(nèi)的二惡英及重金屬等有毒危險(xiǎn)物，保證二惡英及重金屬的排放濃度達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。
2.4 脫酸系統(tǒng)
脫配系統(tǒng)主要由反應(yīng)塔、塔底排灰機(jī)、石灰干粉噴入裝置等組成。
焚燒爐出口含酸性氣體的尾氣進(jìn)入反應(yīng)塔進(jìn)行脫酸處理。在反應(yīng)塔中由計(jì)量泵輸入脫酸用石灰漿液，通過固定噴頭在壓縮空氣噴吹下，石灰漿液霧化粒徑150～200μm左右的霧滴，并同時(shí)與酸性氣體充分接觸，在發(fā)行化學(xué)反應(yīng)后去除煙氣中絕大多數(shù)的酸性氣體。在反應(yīng)塔內(nèi)，反應(yīng)中的煙氣及反應(yīng)后的霧滴呈下降氣流沉降，在反應(yīng)過程中，霧滴吸收煙氣中的熱量不斷蒸發(fā)水分，得以在煙氣排出反應(yīng)塔前煙氣所含水份充分蒸發(fā)，反應(yīng)塔底排出灰渣為干燥的粉塵。
石灰干粉噴入裝置
為避免焚燒爐在開爐、停爐或運(yùn)行中不正常的工況下排煙溫度過低引起的除塵器布袋結(jié)露的出現(xiàn),設(shè)有Ca(OH)2干粉噴入系統(tǒng),在通過進(jìn)反應(yīng)塔前的尾氣管道內(nèi)噴入Ca(OH)2干粉,達(dá)到輔助脫酸的作用。
2.5 回風(fēng)系統(tǒng)
采用循環(huán)風(fēng)機(jī)將已凈化的尾氣回通過環(huán)壁噴射裝置噴入反應(yīng)塔，使其在塔壁表面形成一層空氣幕保護(hù)塔身，以防濕壁。
2.6 粉塵收集系統(tǒng)
粉塵收集系統(tǒng)主要由袋式除塵器、風(fēng)機(jī)等組成。
袋式除塵器主要用來收集反應(yīng)后尾氣中的固體顆粒，從反應(yīng)塔出來夾帶有飛灰、石灰等顆粒的尾氣進(jìn)入袋式除塵器內(nèi)。由于部分未反應(yīng)的石灰顆粒吸附在濾袋表面相當(dāng)于固定床反應(yīng)器，尾氣中的酸性氣體在濾袋表面完成最后一次脫酸反應(yīng)后排空。
2.7 廢渣排出系統(tǒng)
廢渣系統(tǒng)主要由廢渣庫(kù)、庫(kù)頂除塵器、輸送設(shè)備、倉(cāng)泵、卸灰機(jī)等組成。
反應(yīng)塔底部排出的粉塵、袋式除塵器收集下來的粉塵通過倉(cāng)泵輸送到廢渣庫(kù)中，輸送能力按實(shí)際灰量的150%設(shè)計(jì)，廢渣庫(kù)容積150m3，按2天貯存量設(shè)計(jì)。
2.8 控制系統(tǒng)
尾氣脫酸裝置的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制采用計(jì)算器自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。能對(duì)尾氣處理裝置實(shí)行順序自動(dòng)啟停，運(yùn)行參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)和儲(chǔ)存，關(guān)鍵參數(shù)實(shí)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使尾氣處理裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
整個(gè)煙氣凈化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)采用集散型控制結(jié)構(gòu)。首先由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控單元對(duì)各工藝點(diǎn)的當(dāng)前工藝情況，獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程操作，同時(shí)又與其相應(yīng)的上位過程控制裝置PLC進(jìn)行信息交流,以保證上位過程控制裝置對(duì)相應(yīng)工藝的信息進(jìn)行采集和處理，以實(shí)現(xiàn)上位工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的各項(xiàng)監(jiān)控要求。系統(tǒng)中采用模擬量調(diào)節(jié)與開關(guān)量控制，本工程以PLC作為控制核心，工控機(jī)為監(jiān)視管理中心，其中包括數(shù)據(jù)采集和處理(DAS)、模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)。在正常工作情況下由PLC站來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制，當(dāng)自動(dòng)控制模式出現(xiàn)故障或例行檢修時(shí)可無擾動(dòng)地切換到手動(dòng)控制模式實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的手動(dòng)控制。系統(tǒng)具有雙重控制功能，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。同時(shí)通過PLC將數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和主站上位中央控制工業(yè)計(jì)算機(jī)相聯(lián)。現(xiàn)場(chǎng)工程師站和上位機(jī)除了完成系統(tǒng)整定、組態(tài)、數(shù)據(jù)處理、通訊傳輸、軟件維護(hù)外，再配置CRT、鍵盤、打印機(jī)及很好的人機(jī)界面，由此組成一套具有數(shù)據(jù)采集、處理、控制、顯示、打印等功能完整的工業(yè)集散控制系統(tǒng)。
系統(tǒng)預(yù)留以太網(wǎng)通訊接口，以便于與工廠局域網(wǎng)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、上級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)下級(jí)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)視。主要由以下四部分組成：
工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：
該部分是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心，是臨控系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的保證，用于控制方案選擇、參數(shù)修改設(shè)定，并對(duì)工藝運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線控制和調(diào)整？刂剖夜た刂鳈C(jī)，使用Windows2000操作環(huán)境，配以工控組態(tài)軟件，形成各工作界面、數(shù)據(jù)庫(kù)和動(dòng)畫模擬。工控主機(jī)配置一臺(tái)噴墨打印機(jī)和不間斷電源。
PLC控制系統(tǒng)：
是自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制及信息處理核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的采集并按工藝要求進(jìn)行控制。
現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)：
該部分是實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作和控制及工藝參數(shù)實(shí)時(shí)采集的主要部分。由控制室各電氣控制柜、現(xiàn)場(chǎng)柜、儀表和傳感器實(shí)現(xiàn)。
數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)：
實(shí)現(xiàn)工控主機(jī)與PLC系統(tǒng)的通訊，并預(yù)留以太網(wǎng)通訊接口，以便于上級(jí)對(duì)下級(jí)的聯(lián)網(wǎng)通訊和管理。
3 尾氣主要技術(shù)參數(shù)：見表1
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4．主要操作工藝條件
4.1脫SOX的Ca/S比 1.5:1
4.2脫HCl的Ca/Cl比 0.5:1
4.3進(jìn)吸收塔煙氣溫度155℃
4.4石灰漿固形物濃度13～18%
4.5石灰漿流量1100～1300L/h.套
4.6吸收塔內(nèi)煙氣流速0.62m/s
4.7塔內(nèi)煙氣停留時(shí)間12～13S
4.8漿液噴嘴處壓力2～3bar
4.9壓縮空氣噴嘴處壓力2.76bar
4.10進(jìn)除塵器煙氣溫度125～130℃
4.11吸收塔和除塵器的灰斗加熱控制溫度110℃
4.12除塵器預(yù)加熱溫度80～125℃
4.13除塵器反吹壓縮空氣壓力5～6 bar
4.14除塵器阻力<150mmH2O
5 主要原材物料消耗指標(biāo)
5.1吸收劑為Ca(OH)2，有效含量90%，粒徑為325目，消耗量446kg/h。
5.2水為自來水，消耗量2118kg/h。
5.3整個(gè)系統(tǒng)的電耗量45Kw/ h。
5.4整個(gè)系統(tǒng)的壓縮空氣耗量25～28m3/min
6 應(yīng)用效果
2002年底棗莊資源電廠垃圾焚燒尾氣凈化系統(tǒng)投入運(yùn)行，并由業(yè)主及棗莊市環(huán)保局組織驗(yàn)收，表2為監(jiān)測(cè)試結(jié)果
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從運(yùn)行結(jié)果來看，影響脫硫效率的因素很多，主要有：1)Ca/S；2)進(jìn)口SO2濃度3)相對(duì)濕度；4) 停留時(shí)間；5)氯化物。
6.1 Ca/S對(duì)脫硫率的影響
在運(yùn)行中Ca/S是影響脫硫效率的主要因素之一，隨著Ca/S的增大，脫硫率也隨之增加，其的幅度由大到小，最后趨于平穩(wěn)。如圖2所示。當(dāng)Ca/S小于1時(shí)，提供的脫硫劑不能滿足吸收尾氣中SO2、HCl、HF等的需要，這時(shí)脫硫率完全由吸收劑量來決定，曲線的斜率較大，脫硫率與Ca/S的關(guān)系幾乎呈正相關(guān)； 在1.0～1.5區(qū)域，隨著Ca/S的增加，脫硫率的提高逐漸緩慢，曲線斜率變小，但脫硫率已能達(dá)到80～93%，Ca/S超過1.5，再增加脫硫劑，對(duì)脫硫率的貢獻(xiàn)已不在明顯。而石灰利用率也隨之下降。在Ca(OH)2增加的同時(shí)，進(jìn)料率、含固量、黏度、反應(yīng)生成物濃度屆同時(shí)增大，這些因素都有礙于SO2等的去除。故脫硫率的增加逐漸減緩，最后趨于平穩(wěn)。
在不加石灰漿的情況下只向反應(yīng)塔內(nèi)噴工藝水，使尾氣溫度下降到130℃，測(cè)得平均脫硫率為20～35%。分析飛灰成分其中CaO等金屬氧化物的含量在2～7%左右！敢蚶鵁嶂挡粔颍蠖鄶(shù)情況下需摻煤助燃，又由于垃圾焚燒溫度較低(約800℃左右)，飛灰還沒有水泥化」，故仍有部分脫硫能力。而燃煤鍋爐由于燃燒溫度較高(約1200～1400℃)飛灰在部分已水泥化，這也是燃燒鍋爐飛灰脫硫能力較差的原因。以此推算，如果垃圾焚燒過程中摻入劣質(zhì)煤或煤堿石，用循環(huán)流化床焚燒爐+噴霧干燥法配置，則可在不加任何脫硫劑的情況下其脫硫率也可達(dá)到50～70%。這樣的配置在國(guó)際上以有業(yè)績(jī)。
氯的存在可以提高SO2的脫除性能，氯的來源主要是垃圾中氯化合物，氯可以提高脫硫率的原因是由于氯可以減緩石灰漿液滴的蒸發(fā)，另外氯的存在能使ΔT保持較高的水平，從而提高了脫硫率。
6.2 進(jìn)口SO2濃度對(duì)脫硫率的影響
進(jìn)口SO2濃度對(duì)脫硫率的影響，從圖3可以看出不同初始SO2濃度條件下，的脫硫率民Ca/S的實(shí)際曲線，由圖3可見初始SO2濃度越高，要達(dá)到較高的脫硫率越困難，其原因是在相同的反應(yīng)塔進(jìn)、出口尾氣溫度和相同Ca/S條件下，高的進(jìn)口尾氣濃度需要更多的新鮮石灰漿加入量。因此提高了霧滴中石灰的含量，增大了需要吸收的SO2量和生成的亞硫酸鈣量，霧滴水分的減少限制了Ca(OH)2與SO2的傳質(zhì)過程，使脫硫率降低。
6.3 袋式除塵器的二次脫硫
經(jīng)過反應(yīng)塔反應(yīng)后的尾氣進(jìn)入袋式除塵器時(shí)，由于含有大量的未反應(yīng)的石灰顆粒吸附在濾袋表面，形成一定厚度的粉塵層，相當(dāng)于固定床反應(yīng)器，尾氣通過時(shí)進(jìn)行最后一次脫硫反應(yīng)，從實(shí)際使用情況看，其率約10～15%。如圖4所示。
6.4 反應(yīng)塔內(nèi)相對(duì)濕度對(duì)脫硫的影響
相對(duì)濕度是影響脫硫率的另一個(gè)重要因素，相對(duì)濕度越高漿液的含水量越大。SO2脫硫率高，脫除反應(yīng)的基本條件是石灰霧滴必須含有水分，當(dāng)水分含量高時(shí)，霧滴與尾氣一接觸即迅速蒸發(fā)降低了尾氣溫度，從而使蒸發(fā)率降低，延長(zhǎng)了脫硫反應(yīng)時(shí)間，有利于SO2的吸收；另一方面，霧滴的干燥速度還受尾氣中水蒸氣分壓的影響，當(dāng)水蒸氣分壓接近飽和蒸氣壓時(shí)，吸收SO2的時(shí)間可大幅度增加，使脫硫率有明顯的增加。圖5是不同相對(duì)濕度條件下CS對(duì)脫硫率的影響。
另外，尾氣凈化裝置收集下來的粉塵因重金屬、二惡英等含量較高而成為危險(xiǎn)廢棄物，在采用機(jī)械爐排爐焚燒垃圾時(shí)，飛灰中二惡英濃度在600～6000 ng/Kg，占二惡英總量的90%以上，由于流化床焚燒爐焚燒時(shí)產(chǎn)生的飛灰量較大，故二惡英含量較爐排爐相對(duì)較低，但其占二惡英的部含量并沒有多大變化。因此收集下來的粉塵應(yīng)進(jìn)行無害化處理，哈爾濱垃圾焚燒廠采用水泥進(jìn)行固化，而紹興垃圾焚燒廠則用來制磚，據(jù)報(bào)道制磚后測(cè)量結(jié)束表明各項(xiàng)指標(biāo)均不超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限制，是值得推廣的辦法之一。表3為紹興垃圾焚燒廠飛灰測(cè)量結(jié)果。
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7 存在主要問題
在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)以下幾個(gè)問題：1)濕壁；2)噴嘴表面積塵；3)供漿管泄漏等。對(duì)上述問題了以下措施：A：濕壁問題采取了環(huán)壁保護(hù)措施，使霧滴在塔壁沒有停留時(shí)間，這樣霧滴就不會(huì)在塔壁上結(jié)露在，防止了濕壁現(xiàn)場(chǎng)以生。B：噴嘴表面積塵主要是粉塵通過噴嘴時(shí)在噴嘴表面粘接而積塵，對(duì)此對(duì)噴嘴采取了防護(hù)措施，防止粉塵粘接。C：供漿洗這泄漏主要是管道質(zhì)量不好，更換管道后漿液不在泄漏。采取相應(yīng)的防護(hù)措施后運(yùn)行一段時(shí)間后上述現(xiàn)象沒有在發(fā)生。
8 小結(jié)
8.1從實(shí)際使用情況看，噴霧干燥法脫硫工藝用在垃圾焚燒尾氣凈化，其脫硫率、系統(tǒng)的可靠性都是很高的，運(yùn)行結(jié)果表明相對(duì)濕度、尾氣溫度、進(jìn)口SO2濃度、Ca/S及氯化物存在等都會(huì)對(duì)脫硫率有一定的影響；
8.2在正常運(yùn)行條件下，Ca/S在1.5以上時(shí)，增加Ca/S對(duì)脫硫率的提高已不明顯；
8.3 袋式除塵器的脫硫率及收塵效率都比電除塵器高；
8.4在廢渣溫度100℃、含濕量3%左右，適易用氣力輸送排渣。
