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垃圾焚烧烟气脱酸工艺

来源:《中国环保产业》 作者:谢光辉 人气: 发布时间:2018-07-17 14:47:10

本文分析了垃圾焚烧烟气成分和排放要求,介绍了现有烟气脱酸工艺和垃圾焚烧烟气脱酸工艺及特点,确定了本项目采用的烟气治理工艺,提出了在下一步试验工作中需要完成的任务。

新余某垃圾焚烧发电项目是某环保公司涉足城市生活垃圾发电的第一个项目。项目建设采用BOT形式,由该环保公司负责投资、建设和运营。本文介绍的是该项目中的烟气脱酸工艺选择。

1 烟气成分

表1是新余某垃圾焚烧发电项目设计中热动专业提供的烟气成分参数表。

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从表1可以看出,垃圾焚烧烟气中含有的污染物主要有HCl、SOx、NOx等酸性气体和烟尘。其中的NOx主要是NO,根据现有研究结果,一般烟气中NO含量其体积比占NOx总量的95%左右。与其它酸性气体比较,NO具有不溶于水和在常温下不与其它碱性物质直接发生反应的特点,烟气净化中需要采用专有的工艺技术脱除其中的NOx,因此,本文中的脱酸是指脱除NOx以外的其它酸性气体。

除此之外,在生活垃圾焚烧烟气中还有部分微量污染物成分,如二英、重金属等。

2 排放标准要求

目前,国家对生活垃圾焚烧污染控制执行的最新标准为《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)。

其中布袋除尘器出口污染物排放限值见表2。欧盟垃圾焚烧指令标准限值-2000是全球垃圾焚烧行业内公认的排放要求最高的标准之一,其中布袋除尘器出口污染物排放限值见表3,很多企业在建设时都以此作为烟气治理参考标准。

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国标GB18485-2014对比欧盟-2000可以看出,欧盟的各项指标要求都严于国标,同时需要注意的是,欧盟标准的含氧参考量为10%,而国标为11%,两者之间也有一定的差异。

3 现有脱酸工艺介绍

3.1垃圾焚烧烟气的特性

选择垃圾焚烧烟气的治理工艺,首先要了解垃圾焚烧烟气的特性,相比于燃煤发电厂排放的烟气,垃圾焚烧烟气主要有以下特性:

(1)烟气量较小

大型燃煤发电厂中,1台300MW机组排放的烟气量一般约为110万Nm3/h,而新余项目每台锅炉排放的烟气量为5.6152万Nm3/h,远小于前者,即使是1台日处理生活垃圾500吨的锅炉,每小时排放的烟气量也在10万Nm3左右。

(2)烟气中含HCl浓度高

燃煤电厂烟气中一般含HCl浓度在50mg/Nm3左右,而垃圾焚烧烟气中HCl浓度可高达1000mg/Nm3以上。

(3)烟气中SO2浓度较低

燃煤电厂烟气中SO2浓度由于煤质的不同变化较大,高的可达上万mg/Nm3,低的也有几百mg/Nm3的,一般为几千mg/Nm3;而垃圾焚烧烟气中的SO2浓度一般在500mg/Nm3左右,总的来讲,还算较低的。

(4)烟气中含水量较高

燃煤电厂烟气中一般含水蒸汽6%左右,即使是褐煤,烟气中的水蒸汽含量也在14%以下,而垃圾焚烧烟气中的水蒸汽含量在20%以上。

该项目的烟气量较小,因此治理原材料的选择可以更多,但购买治理原材料增加的运行费用有限;同时烟气中的水蒸汽含量大,必须控制运行温度,保证在酸露点温度以上运行,以减少对设备和烟道等的腐蚀;由于含Cl-的溶液处理困难,因此含有大量HCl气体的副产物最好是干态的。

3.2现有烟气脱酸工艺

现有的烟气脱酸工艺很多,按照治理原材料的加入状态和副产物的状态,可分为干法、半干法和湿法3种。

(1)干法

治理需加入的原材料和副产物均为干态。如垃圾焚烧烟气的治理原材料为干态的消石灰粉,副产物为部分已与烟气中的HCl、SOx、HF等酸性气体反应后的干态消石灰混合物(主要成分有Ca(OH)2、CaCl2、CaSO3、CaF2等)。

(2)半干法

治理用原材料为湿态(水溶液或浆液),副产物为干态。如垃圾焚烧烟气的治理用原材料为湿态的消石灰浆液,副产物与干法的副产物一致。

(3)湿法

治理用原材料和副产物的状态均为湿态。如垃圾焚烧烟气的治理用原材料为湿态的石灰石浆液,副产物为含亚硫酸钙等成分的浆液。

3.3现有垃圾焚烧烟气脱酸工艺

相对于现有烟气脱酸工艺,现有垃圾焚烧烟气脱酸工艺也分为干法、半干法和湿法,分别说明如下:

3.3.1垃圾焚烧烟气干法脱酸工艺

(1)主要工艺流程(见图1)

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来自锅炉省煤器180℃左右的原烟气从烟气降温塔顶部进入,同时从烟气降温塔顶部喷入雾化降温水,与烟气充分混合,使烟气温度极冷至155℃左右,从烟气降温塔的下部排出,经烟道至袋式除尘器。粉状消石灰和活性炭被喷射到烟气降温塔与袋式除尘器之间的烟道中,供喷射的粉状消石灰和活性炭从其贮仓底部定量加入到以空气为载体的流体中,从插在烟道内的开口配管中喷出。

在烟道中发生消石灰和烟气中酸性气体的化学反应,同时喷入的活性炭进行吸附作用。随后,烟气被引入袋式除尘器内,滤袋表面的滤饼层含有大量未反应消石灰和活性炭,可高效率去除或吸附烟气中的有害酸性气体。烟气由滤袋外侧向内侧通过时被滤袋上的滤饼层所净化,净化后的烟气通过滤袋支撑板上方的空间排出。

(2)技术特点

垃圾焚烧烟气治理干法脱酸工艺具有烟气干法脱硫工艺的基本特点,更有垃圾焚烧烟气的独特特点,主要体现在:1)装置简单,初投资低;2)无废水产生,不需要配套废水处理系统,但有飞灰产生,需要配套飞灰处理系统;3)要求的省煤器出口温度较低,可增加部分发电量;4)除尘设备为袋除尘器,可稳定地实现粉尘的超低排放要求;5)净烟气中的水蒸汽含量未饱和,烟囱没有冒白烟现象,视觉效果好;6)脱酸效率相对较低,对较严格的排放要求难以实现;7)消石灰粉消耗高,运行费用高。

3.3.2垃圾焚烧烟气半干法脱酸工艺

(1)主要工艺流程(见图2)

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半干法脱酸的工艺流程与干法类似,主要区别在于:1)进系统的烟气温度比干法高,干法在180℃左右,而半干法在200℃左右;2)干法的降温塔在此称为吸收塔或脱酸塔,尺寸较大。进干法降温塔的喷的是水,有时为了脱酸效率也可喷稀钠碱溶液,而半干法进脱酸塔喷消石灰浆液,脱酸剂由此加入,反应停留时间较长;3)副产物少部分从脱酸塔底部排出,大部分从袋除尘器的排灰口排出。

(2)技术特点

垃圾焚烧烟气治理半干法脱酸工艺具有烟气半干法脱硫工艺的基本特点,同时具有垃圾焚烧烟气的独特特点,主要体现在:1)装置较干法复杂,但较湿法简单,初投资居中;2)与干法一致,无废水产生,不需要配套废水处理系统,但有飞灰产生,需要配套飞灰处理系统;3)要求的省煤器出口烟气温度较高,使随消石灰浆液带入的水汽化后,烟气平衡后的温度仍在酸露点以上;4)除尘设备为袋除尘器,可稳定地实现粉尘的超低排放要求;5)净烟气中的水蒸汽含量未饱和,烟囱没有冒白烟现象;6)脱酸效率较干法高,一般可满足较严格的排放要求;7)消石灰粉消耗较干法低,运行费用较干法高。

3.3.3垃圾焚烧烟气湿法脱酸工艺

由于垃圾焚烧烟气的特性和排放要求的特殊,到目前为止,国内外很少有垃圾焚烧烟气使用湿法脱酸的工艺。

(1)主要工艺流程

干法(或半干法)+活性炭喷射脱二英+袋除尘器除尘(+引风机)+GGH+湿法洗涤。

采用湿法脱酸是为了保证净化烟气中的SO2浓度<35mg/Nm3或更低,达到超洁净排放的要求,而采用单一干法或半干法很难达到及长期保证达到这一指标。

由于垃圾焚烧烟气中的HCl浓度很高,采用湿法脱酸时为了控制循环液中的Cl-浓度,需要排放大量的废水,增加了废水处理的工作量,因此,一般在湿法洗涤之前,先采用干法或半干法除去烟气中绝大部分的HCl。

由于垃圾焚烧发电厂一般建在城郊,离城市较近,视觉效果很重要,因此烟气处理要加GGH,使从烟囱排出的烟气不产生冒白烟现象。

(2)技术特点

1)装置复杂,工艺流程长,初投资高;2)脱酸效率最高,可达到任何排放要求。如超洁净排放、近零排放、燃气轮机组排放、重点地区要求等;3)运行费用高,除了干法或半干法的运行费用外,还有湿法和GGH的运行费用;4)既有飞灰处理,也有废水处理。

4 脱酸工艺选择

通过以上现有烟气脱酸工艺和现有垃圾焚烧烟气脱酸工艺介绍,结合该项目的实际情况,新余项目中选择的脱酸工艺为“半干法脱酸+干法辅助脱酸+活性炭喷射脱二英+袋除尘器除尘”。并且半干法配浆用水采用渗滤液处理后的浓水,使整个电厂无废水外排。

在工程设计中,按照半干法的要求设计脱酸塔,在正常运行时,按照半干法运行。在试验时,可按照干法试验,从而获得干法和半干法运行的第一手资料。在运行时,当入口烟气中污染物浓度较低时,也可采用干法运行,达到保护半干法中最重要的设备—高速旋转雾化器的目的,从而减少高速旋转雾化器的维护费用。

该装置建成后,两种工艺均可运行。因此下一步需要完成的任务是:通过这套装置的试验,获得干法和半干法运行的第一手数据,包括脱酸效率、运行费用、脱酸剂的消耗等,使装置在最佳性能下运行。

(逍遥客)

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