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  • 生活垃圾焚燒煙氣凈化工藝

    生活垃圾焚燒過程中產生的污染物包括廢氣、廢水和廢渣文中主要討論焚燒煙氣中的污染物和控制。煙氣中的污染物主要包括粉塵( 細小顆粒物)、酸性氣體(HF、HCl 和SO2等)、氮氧化物、重金屬和有機污染物( 主要為二噁英)其中二噁英受到廣泛關注;其種類多毒性大在生活垃圾的焚燒過程中由于垃圾成分比較復雜高溫下的反應多且相互影響二噁英的成因相當復雜目前的研究成果尚不能完全解釋已知的生成途徑有如下幾種:原始存在、高溫氣相合成、從頭合成、前驅物合成。


    一、 酸性氣體凈化裝置

    酸性氣體通常采用堿性介質吸收法工業上普遍采用的是Ca(OH)2和NaOH凈化工藝有干法、半干法和濕法。



    1. 干法脫酸工藝。干法脫酸工藝一般使用堿性吸附劑以干基形式直接噴入位于省煤器與除塵裝置之間的水平煙道內或使吸附劑與酸性氣體在干式反應塔內接觸吸附劑與酸性氣體之間通過氣固相接觸并發生中和反應來去除煙氣中的酸性氣體。干法工藝設備簡單投資較少;以干粉形式反應但由于干法存在吸附劑與煙氣接觸面積小、反應時間短因此干法脫酸效率低(50%~60%)一般噴入的吸附劑如消石灰會過量很多( 鈣酸比大于3)因此會導致下游的除塵設備負荷增加。常規的干法脫酸工藝單獨使用目前已經很難達到規定的排放要求因此一般大型的生活垃圾焚燒廠已經很少采用該法。
    2. 半干法脫酸工藝。半干法脫酸工藝是目前應用最廣泛的。國內大型垃圾焚燒廠大都采用該工藝。半干法工藝一般吸收劑也采用Ca(OH)2首先制成Ca(OH)2漿液然后由安裝在半干式反應塔頂部的霧化器把吸收劑漿液噴入反應塔霧化器的高速產生剪切作用使漿液形成極小粒徑的液滴然后與煙氣充分接觸通過液滴中的水分揮發來降低煙氣的溫度同時提高煙氣濕度石灰漿液滴與酸性氣體進行反應生成中性鹽類得以去除酸性氣體。
      在半干法脫酸工藝中一般反應塔安裝在除塵裝置(一般為袋式除塵器) 的前面以便能夠捕集含有少量消石灰的煙氣;同時部分未反應的消石灰將附著于袋濾器上經過脫酸塔的煙氣將會在袋濾器上與吸附劑進一步反應以提高脫酸效率。堿性吸附劑與煙氣的進入接觸方式有兩種,順流方式和逆流方式各有優缺點吸附劑都由塔頂進入煙氣可選擇由塔頂上部或下部進入。反應塔的結構包括導流葉片、直徑等的設計主要考慮為反應提供足夠的空間和反應時間達到最佳的脫酸效率。
      半干法的脫酸效率和吸附劑的利用率要大大高于干法正常情況下對煙氣中HCl 的脫除效率可達90%以上;同時半干法脫酸過程中也不產生廢水,漿液中的水分主要用來冷卻高溫煙氣降低煙氣溫度以提高反應效率;半干法工藝的操作溫度一般在150~170℃左右高于煙氣的露點溫度因此煙氣經過除塵器后可直接排放。
    3. 濕法脫酸工藝。濕法脫酸工藝一般使用濕式洗滌塔煙氣中的HCl 和SO2等酸性氣體在洗滌塔內與噴入的堿性吸收劑( 一般為氫氧化鈉溶液或消石灰溶液)接觸并進行中和反應以便脫除酸性氣體。濕法工藝在歐美等發達國家應用較多在工業裝置上的運行數據證明脫氯效率可達到95%以上脫硫效率也可達到80% 以上;同時濕式洗滌塔在去除酸性氣體的同時能夠有效的降低二噁英和重金屬的濃度;因此濕法工藝具有高效全面脫除污染物的優點是以后發展的重點。
      濕法工藝中的濕式洗滌塔一般安裝在袋式除塵器的后面以避免高濕度飽和煙氣中的顆粒物堵塞濾布;同時由于煙氣先經過袋式除塵器所以在除塵器前應安裝降溫塔使從省煤器出來的高溫煙氣經過降溫后進入除塵器提高濾布的壽命。




    二、除塵工藝

    經過煙氣脫酸工藝后還含有大量的細小顆粒需要通過除塵設備加以去除。垃圾焚燒廠一般采用靜電除塵器和袋式除塵器兩種。



    1. 靜電除塵器。靜電除塵器是在高壓電場的作用下使粉塵帶電被吸附從而實現氣固相分離。靜電除塵器除塵效率較高,煙氣分析儀脫除重金屬化合物效果好、可以在高溫下使用等優點但對于粒徑在1. 0 μm 以下的顆粒物的捕集效率卻不如袋式過濾器而且靜電除塵器的一次性投資較大占地面積也大所以在垃圾焚燒煙氣處理工藝中使用并不經濟。同時還因為經過脫酸系統后的煙氣在經過靜電除塵器時本來已經被高溫破壞分解的二噁英會經靜電除塵器極板的催化重新生成二噁英類物質即發生所謂的“再合成現象”。生活垃圾焚燒電廠的粉塵捕集設施必須采用袋式過濾器。
    2.  袋式除塵器。袋式除塵器的工作原理是當含塵煙氣通過過濾器時煙氣中的微小顆粒被濾料形成的濾層和濾袋上形成的粉塵層捕集而攔截下來從而達到氣固分離!鞍敫煞+ 袋式過濾器”的組合工藝目前在垃圾焚燒的煙氣處理上使用最廣袋式過濾器在捕集粒徑在0.1 ~ 1.0 μm 的細小顆粒物時的效果要好于靜電除塵器;而且袋式過濾器通常安裝在干法或半干法脫酸系統后進入過濾器的煙氣溫度已低于200℃不存在二噁英的再合成現象。袋式除塵器最大的缺點是濾袋材質的質量要求較高濾袋受煙氣溫度、含水率和酸性氣體的腐蝕等影響較大。如何選擇合適的濾袋材質是決定袋式過濾器穩定高效運行的關鍵。目前隨著PTFE濾料材質的開發和使用可極大改善袋式過濾器的缺陷由于其運行阻力小、透氣過濾性好等優點有些老裝置在改造時選用PTFE 替代原先的濾料后大大提高了顆粒物的攔截效果而目前新建的垃圾焚燒電廠更是廣泛應用。




    三、 氮氧化物的去除工藝

    根據NOx的生成機理其控制包括兩方面:一是通過對垃圾焚燒過程的控制減少NOx的生成;二是在后處理中通過化學或物理的方法對已經生成的NOx進行去除。在廢棄物的燃燒控制主要要遵循“3T+E”原則即燃燒溫度、停留時間、較大的湍流度和過量的空氣。要綜合平衡各因素的影響選擇最佳的運行參數。譬如溫度高溫對去除二噁英有利但會增加熱力型NOx的濃度因此一般爐排爐焚燒系統爐溫控制在900℃;在實際燃燒過程中還要控制一二次空氣的配風比例、控制燃燒過程的低含氧量等來降低NOx的生成。垃圾焚燒煙氣中的NOx以NO為主目前在后處理中通過反應脫除NOx的方法按有無使用催化劑分為兩種即選擇性非催化還原法( SNCR) 和選擇性催化還原法(SCR)。

    選擇性非催化還原法(SNCR) 是在煙氣溫度850~1100℃的爐膛區域噴入含有氨基的還原劑煙氣中的NOx在還原劑和氧的作用下生成N2以脫除煙氣中的NOx。選擇性催化還原法(SCR)是在煙氣溫度200 ~400℃區間在煙氣通過TiO2 - V2O5等催化劑層時其中的氮氧化物與噴入的NH3在氧氣的作用下發生化學反應生成N2從而達到凈化目的。SCR 對NOx的脫除效率高缺點是一次性投資和運行費用均較高但對于日趨嚴格的煙氣排放要求SCR 的運用將是未來的發展趨勢。


    四、 煙氣二噁英控制方法

    垃圾焚燒控制二噁英的技術措施主要有3 種。



    1. 燃燒控制。通過焚燒爐內合理地組織燃燒維持爐內高溫(Temperature)、延長氣體在高溫區的停留時間(Time)、加強爐內垃圾湍動促進空氣與煙氣的擴散、混合(Turbulence)。要求爐內溫度保持在850℃~950℃煙氣在超過850℃溫度下停留時間大于2s讓垃圾充分燃燒。歐盟標準為原始排放濃度小于0. 1ng /Nm3。使含二噁英類的未燃氣體完全燃燒從而把二噁英的生成抑制到最低水平。
    2. 除塵器。袋式除塵器對固體顆粒具有高效的攔截效果可攔截煙氣中固相的二噁英。
    3. 活性炭噴射吸附去除。通過燃燒管理和袋式除塵器的配合使用能夠使煙氣中的二噁英含量降到≤0.1ng /Nm3。這是因為通過焚燒爐和自動燃燒控制系統的配合實現了焚燒爐的完全燃燒確保煙氣在850℃以上滯留2s 以上。袋式除塵器可以攔截固相二噁英去除率可達90% 以上。最后向袋式除塵器的前面煙氣中噴射少量的活性炭能夠高效率地吸附二噁英類物質。3 種方式相結合可以有效控制二噁英的排放。


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