生活垃圾焚燒廠煙氣凈化提標改造工藝選擇及工程案例

生活垃圾焚燒廠煙氣凈化提標改造工藝選擇及工程案例摘要：對SNCR、SCR脫硝工藝進行分析、比較，對干法、旋轉(zhuǎn)噴霧半干法、二流體噴霧半干法、濕法脫酸工藝進行分析、比較，并探討了二噁英脫除工藝技術(shù)，綜合考慮各方面有利、不利因素，結(jié)合煙氣凈化改造工程的特點，選擇了切實有效的煙氣凈化改造工藝，改造后煙氣排放指標滿足新國標。關(guān)鍵詞：生活垃圾；焚燒；煙氣凈化；提標改造；隨著城市化進程的加快，以及生活水平的不斷提升，生活垃圾的產(chǎn)生量與日俱增，多城市出現(xiàn)了“垃圾圍城”現(xiàn)象。利用垃圾焚燒發(fā)電，不僅解決了垃圾處理問題，同時變廢為寶，產(chǎn)生電能，其環(huán)境價值、經(jīng)濟價值較高。我國新建的垃圾焚燒發(fā)電廠數(shù)量逐年增加，2016年底已運行的垃圾焚燒發(fā)電廠為250座，焚燒法在生活垃圾處理方式中所占的比例也逐年上升，到2020年底，全國設(shè)市城市垃圾焚燒處理能力占總處理能力的50%以上。但不可避免的生活垃圾在焚燒過程中會產(chǎn)生含有顆粒物、HCl、SO2、NOx、二噁英等有害物質(zhì)的煙氣。我國垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣排放主要執(zhí)行GB18458《生活垃圾焚燒污染控制標準》，該標準2001年發(fā)布，2014年重新修訂，現(xiàn)階段我國焚燒廠煙氣排放執(zhí)行GB18458-2014標準。部分經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)或大氣環(huán)境承載力不高的地區(qū)，制定了更為嚴格的地方標準或選擇執(zhí)行歐盟標準(EU2000/76/EEC)。近年來，有部分地區(qū)選擇執(zhí)行歐盟2010標準，煙氣排放標準對比見表1。早期建設(shè)的生活垃圾焚燒廠多數(shù)已無法達到2014年重新修訂的污染控制標準，特別是粉塵、NOx、HCl、SOx、二噁英及重金屬的排放要求顯著提高。且近年來霧霾愈來愈額嚴重，對早期建設(shè)的生活垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)進行提標改造勢在必行。表1煙氣中污染物日均濃度(mg/m3)排放標準對比1、煙氣凈化改造工藝選擇1.1脫硝工藝垃圾焚燒過程產(chǎn)生的NOx分為3類：燃料型、熱力型、快速型。生活垃圾焚燒爐產(chǎn)生的NOx原始濃度范圍：300～360mg/m3，可見其滿足GB18485-2001的排放要求，因此早期建設(shè)的生活垃圾焚燒廠并未考慮脫硝措施，但隨著環(huán)保意識及排放標準的提高，對早期建設(shè)的生活垃圾焚燒廠需增設(shè)脫硝裝置。適用于垃圾焚燒\o"脫硝技術(shù)新聞專題"脫硝技術(shù)主要有選擇性非催化還原法(SNCR)和選擇性催化還原法(SCR)。1.1.1SNCR脫硝技術(shù)SNCR脫硝技術(shù)是在850～1100℃的溫度窗口內(nèi)噴入氨水、尿素溶液等氨基還原劑，還原劑與NOx發(fā)生反應(yīng)而被去除。SNCR的脫硝效率在30%～60%之間。1.1.2SCR脫硝技術(shù)SCR脫硝技術(shù)是在O2和非均相催化劑存在條件下，在300～400℃溫度窗口內(nèi)，用還原劑NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O，SCR的脫硝效率可達80%以上。SCR反應(yīng)器的布置方式有3種：高溫高塵、高溫低塵、低溫低塵。垃圾焚燒廠傾向于低溫低塵布置，將反應(yīng)器布置于脫酸塔和布袋除塵器之后，使催化劑工作在低塵、低SO2的無害煙氣環(huán)境中，這樣布置的好處是可以減少催化劑的堵塞和腐蝕問題，也可以避免催化劑的中毒問題，因此催化劑的壽命較長。但這樣布置的主要問題是：布袋除塵器出口的煙氣溫度一般在120～180℃，因此，在煙氣進入SCR反應(yīng)器之前需加熱至300～400℃，這樣大幅度的增加了能源消耗。近年來，低溫SCR催化劑得到了廣泛研究，目前應(yīng)用于實際項目的SCR催化溫度有：170、190、230℃。出布袋的煙氣經(jīng)加熱器加熱至所需相應(yīng)溫度，在相應(yīng)溫度窗口內(nèi)，用還原劑NH3將煙氣中的NOx還原為N2和H2O，反應(yīng)原理：1.1.3脫硝工藝比較由表2知，對于改造項目，受場地限制以及原引風(fēng)機壓損限制，同時，考慮改造費用，SNCR較為適用。GB18485-2014中NOx的排放要求為日均250mg/m3，SNCR的脫硝效率可完全滿足。1.2脫酸工藝適用于生活垃圾焚燒廠的煙氣脫酸工藝主要有：干法、半干法、濕法。1.2.1干法脫酸垃圾焚燒余熱鍋爐出口的煙氣溫度為200℃左右，煙氣經(jīng)冷卻塔/反應(yīng)塔噴水降溫至150℃左右進入布袋除塵器，干法脫酸是在冷卻塔下游和布袋除塵器上游煙道內(nèi)噴入消石灰干粉或碳酸氫納粉末，煙氣中的酸性氣體與消石灰干粉或碳酸氫納粉末發(fā)生反應(yīng)而被脫除，干法投資省，設(shè)備簡單，但由于是氣固反應(yīng)，凈化效率低。1.2.2半干法脫酸半干法是用消石灰漿液或氫氧化鈉堿液與酸性氣體反應(yīng)，并通過噴水控制反應(yīng)溫度，在吸收中和反應(yīng)過程中水分蒸發(fā)，產(chǎn)生固體反應(yīng)物，集中收集。半干法根據(jù)霧化器形式可分為旋轉(zhuǎn)噴霧半干法和二流體噴霧半干法。表2脫硝技術(shù)比較旋轉(zhuǎn)噴霧半干法是利用噴霧干燥的原理將石灰漿送入旋轉(zhuǎn)霧化器，旋轉(zhuǎn)霧化器轉(zhuǎn)速為8000～15000r/min，將石灰漿液霧化成平均滴徑30～40μm的霧滴噴入反應(yīng)塔內(nèi)，煙氣中的酸性物質(zhì)在液滴表面被吸收，發(fā)生氣相與液相反應(yīng)為主的化學(xué)吸收反應(yīng)，生成硫酸鈣等鹽類，同時，煙氣中的熱量與霧滴之間通過強制性對流傳熱，使霧滴充分蒸發(fā)，形成固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。其化學(xué)反應(yīng)如下。二流體噴霧半干法是將氫氧化鈉堿液經(jīng)氣液二流體噴嘴噴入反應(yīng)塔內(nèi)，霧滴直徑70μm左右，堿液霧滴與酸性物質(zhì)發(fā)生酸堿中和反應(yīng)而去除，同時煙氣中的熱量與霧滴對流換熱，使霧滴充分蒸發(fā)，形成固態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物。其化學(xué)反應(yīng)如下。1.2.3濕法脫酸濕法脫酸是煙氣出布袋除塵器之后進入濕式洗滌塔，在洗滌塔內(nèi)，煙氣由下至上，堿液由上至下，煙氣與堿液逆流接觸，進行傳熱傳質(zhì)，經(jīng)降溫、酸堿中和反應(yīng)去除煙氣中的酸性污染物。出洗滌塔的煙氣，為防止白煙需設(shè)置煙氣升溫裝置。濕法是氣液反應(yīng)，凈化效率極高。1.2.4脫酸工藝比較由表3知，對于改造項目，需考慮場地限制、原引風(fēng)機壓損及功率、改造成本、運行成本、改造后執(zhí)行的排放標準等因素，綜合考慮選擇改造脫酸工藝。1.3.1活性炭吸附通過在進除塵器前的煙氣管道內(nèi)噴入活性炭，用活性炭吸附重金屬及二噁英，保證重金屬及二噁英的排放濃度達到排放標準。由于活性炭具有極大的比表面積，因此只要活性炭與煙氣混合均勻且達到足夠的接觸時間就可以達到要求的凈化效率?；钚蕴繃娙霟煹篮螅丛跓煹纼?nèi)開始吸附二噁英、Hg等重金屬污染物，但并沒有達到飽和，隨后與煙氣一起進入袋式除塵器中吸附在濾袋表面上，與通過濾袋表面的煙氣充分接觸，最終達到去除煙氣中重金屬及二噁英的目的。該工藝目前已廣泛應(yīng)用于生活垃圾焚燒廠。表3脫酸工藝比較1.3.2SCR脫硝協(xié)同脫除二噁英SCR主要用于去除NOx，SCR系統(tǒng)可協(xié)同催化氧化降解二噁英。1.3.3濕法協(xié)同脫除二噁英濕法主要用于去除酸性污染物及粉塵，濕法系統(tǒng)可協(xié)同吸收去除二噁英。2.煙氣凈化改造工程案例分析2.1改造項目情況概述位于山東某市的生活垃圾焚燒廠2008年建成投產(chǎn)，規(guī)模為：500t/d，共2條線，采用循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐出口煙氣參數(shù)見表4，原煙氣凈化工藝見圖1，原煙氣凈化系統(tǒng)采用“降溫+干法脫酸+布袋除塵”工藝，未設(shè)脫硝裝置。提標改造前煙氣排放檢測值見表5，由表5可知，煙氣排放指標滿足GB18458-2001排放標準，但不滿足GB18458-2014排放標準。改造目標：達到GB18458-2014排放標準，該項目布袋除塵器運行良好，粉塵達標，因此布袋除塵器不改造，NOx、SOx、HCl排放不達標，考慮增設(shè)脫硝措施，改造脫酸措施。表4鍋爐出口煙氣中污染物濃度/(mg/m3)參數(shù)表5改造前煙氣中污染物濃度/(mg/m3)檢測值圖1改造前煙氣凈化工藝2.2改造方案2.2.1增設(shè)SNCR系統(tǒng)針對該項目實際情況，NOx排放不滿足新標準，綜合考慮場地限制、引風(fēng)機不更換、投資成本、運行費用等條件，脫硝采用SNCR系統(tǒng)，增設(shè)SNCR系統(tǒng)設(shè)備1套，用尿素作為還原劑，尿素溶液制備系統(tǒng)公用，輸送至2臺焚燒爐。2.2.2改造脫酸系統(tǒng)HCl、SOx排放不滿足新標準，綜合考慮場地限制、引風(fēng)機不更換、投資成本、運行費用等條件，因旋轉(zhuǎn)噴霧半干法反應(yīng)塔塔體尺寸較大，占地大，現(xiàn)場場地位置緊張，且旋轉(zhuǎn)霧化器投資較大，因此本改造項目不采用旋轉(zhuǎn)噴霧半干法。而二流體噴霧半干法塔體直徑小，占地小，投資省，因此本改造項目采用“二流體噴霧半干法+干法”系統(tǒng)，改造現(xiàn)有的干法反應(yīng)塔(見圖1)，原干法塔煙氣從底部進入，經(jīng)冷卻，噴消石灰粉脫酸反應(yīng)，煙氣從頂部出來引至布袋除塵器。因原反應(yīng)塔直徑不滿足設(shè)計要求，重新設(shè)計反應(yīng)塔(見圖2)，煙氣經(jīng)鍋爐引至反應(yīng)塔，煙氣從頂部進入反應(yīng)塔，從底部錐斗出反應(yīng)塔，進布袋除塵器，堿液從反應(yīng)塔頂部的二流體噴嘴噴入，其霧化液滴粒徑均勻，平均霧滴直徑為50～80μm，與煙氣中的酸性污染物反應(yīng)，同時煙氣被降溫，反應(yīng)塔內(nèi)的噴水量的調(diào)節(jié)是根據(jù)反應(yīng)塔出口溫度的變化進行自動調(diào)節(jié)。在反應(yīng)塔和布袋除塵器間的煙道內(nèi)噴入消石灰粉中和酸性氣體，未反應(yīng)的部分消石灰隨煙氣流進入除塵器內(nèi)，被截留在除塵器的布袋表面，因此在除塵器布袋表面又形成了1層吸收劑過濾層，繼續(xù)與煙氣中的酸性氣體反應(yīng)。圖2改造后煙氣凈化工藝堿液制備輸送系統(tǒng)由氫氧化鈉儲罐、稀釋罐、氫氧化鈉噴射計量泵、氫氧化鈉混勻器等組成。根據(jù)需要，把氫氧化鈉溶液從氫氧化鈉溶液貯槽(30%)輸送到稀釋罐，經(jīng)稀釋的溶液，用計量泵輸送至混合器，在此與適量的水混合成為向反應(yīng)塔噴的噴霧液。根據(jù)需要，噴霧溶液被送到半干式反應(yīng)塔頂部的二流體噴嘴。噴霧溶液經(jīng)過噴嘴后呈霧狀，再與煙氣均勻接觸。在反應(yīng)塔里，煙氣中的二氧化硫等有害氣體與氫氧化鈉溶液反應(yīng)后被吸收而去除。干法噴射系統(tǒng)主要使用消石灰干粉與煙氣中酸性氣體反應(yīng)，去除二氧化硫等酸性污染物。消石灰供應(yīng)系統(tǒng)由儲料倉、計量斗、氣力輸送風(fēng)機等組成。該系統(tǒng)主要作用是完成脫硫所需石灰粉的儲存及投加等功能。氫氧化鈣粉末(粒徑75μm，純度大于90%)從廠外運來，并通過槽車的氣力輸送至石灰儲料倉。為防止石灰輸送過程中到處飛揚，儲料倉頂設(shè)有除塵器收集粉塵。通過稱量系統(tǒng)控制消石灰粉投加量。根據(jù)煙囪測得的HCl、SO2排放濃度指標，通過輸送、計量控制消石灰的投加量。消石灰落入噴射管道內(nèi)，通過羅茨風(fēng)機將石灰粉送入反應(yīng)煙道內(nèi)。當(dāng)HCl、SO2排放濃度超標時，補充噴入氫氧化鈉堿液。2.2.3增設(shè)活性炭噴射系統(tǒng)為使二噁英排放達到新標準，綜合考慮場地限制、投資成本等條件，采用活性炭噴射吸附系統(tǒng)，通過在進除塵器前的煙氣管道內(nèi)噴入活性碳，用活性碳吸附重金屬及二噁英，保證重金屬及二噁英的排放濃度達到國家排放標準。由于活性碳具有極大的比表面積，因此只要活性碳與煙氣混合均勻且達到足夠的接觸時間就可以達到要求的凈化效率?；钚蕴紘娙霟煹篮?，即在煙道內(nèi)開始吸附二噁英、Hg等重金屬污染物，但并沒有達到飽和，隨后與煙氣一起進入袋式除塵器中吸附在濾袋表面上，與通過濾袋表面的煙氣充分接觸，最終達到去除煙氣中重金屬及二噁英的目的。每一條煙氣凈化線均配備1套活性炭噴射系統(tǒng)。在袋式除塵器前由羅茨風(fēng)機噴入活性炭。吸附雜質(zhì)后的活性炭粉末在袋式除塵器中收集。通過稱量系統(tǒng)控制活性炭粉投加量。2.3改造效果上述“SNCR+半干法+干法”改造之后，系統(tǒng)穩(wěn)定運行近1a，由表6知，各項污染物得到了有