垃圾焚燒廠煙氣中酸性氣體干法凈化實驗研究

黃翩翩

(上海環境衛生工程設計院，上海 200232)

垃圾焚燒廠煙氣中酸性氣體干法凈化實驗研究

黃翩翩

(上海環境衛生工程設計院，上海 200232)

本文通過實驗研究了不同酸性氣體初始濃度下，碳酸氫鈉、氫氧化鈣消耗量與煙氣中酸性氣體排放濃度的關系，以確定干法脫酸中藥劑的最合理的使用方式和投放量，同時驗證了布袋除塵器在干法脫酸工藝中的重要作用。

垃圾焚燒廠；煙氣；布袋除塵器；排放濃度

1 垃圾焚燒煙氣凈化技術現狀

焚燒廠的煙氣凈化工藝有干法、半干法和濕法工藝，無論采用哪種方法，目前在焚燒爐上均使用了袋式除塵器。日本三菱重工的科技人員最早提出濾袋上粘附的石灰可以再次吸收HCl[1]，美國戈爾公司則進一步在布袋濾料上下功夫，將分解二噁英的催化劑結合在濾料中，形成了專利濾料Remedia以滿足煙氣中二噁英排放的要求[2-3]。

我國在21世紀初期引進半干法工藝，而后幾乎所有的新建焚燒廠全部采用半干法工藝，近幾年才有大型焚燒廠嘗試使用濕法工藝。隨著焚燒廠煙氣排放要求日益提升，單獨的半干法已不能滿足最新行業標準(《生活垃圾焚燒污染控制標準》GB 18485-2014)的要求，必須同時增加干法工藝。經過幾年的快速發展，半干法+干法工藝已成為國內垃圾焚燒廠煙氣凈化系統普遍采用的凈化工藝。

2 實驗研究內容

在酸性氣體不同的初始濃度下，分析碳酸氫鈉、氫氧化鈣消耗量與煙氣中酸性氣體排放濃度的關系(通過測試HCl和SO2來核算)，以檢驗干法脫酸中藥劑的最合理的使用方式和投放量。

2.1 反應機理

NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2

2NaHCO3+SO2+1/2O2→Na2SO4+H2O+2CO2

Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O

Ca(OH)2+SO2+1/2O2→CaSO4+H2O

2.2 實驗臺說明

實驗所用的實驗臺如下：

1.燃燒器；2.酸性氣體流量計；3.燃燒爐；4.取樣分析口；5.加料器；6.熱電偶；7.笛形管(測速度)；8.旋風除塵器；9.混風箱；10.調風閥；11.引風機；12布袋除塵器圖1 煙氣凈化系統流程圖(a，b，c是三個藥劑噴入點)

2.3 碳酸氫鈉和Ca(OH)2

用于干法的碳酸氫鈉是商品化學純的藥劑，呈粉末狀；Ca(OH)2的顆粒度約在200目以下。需要注意的是，碳酸氫鈉和Ca(OH)2均具有易粘附壁面的特性，在使用中要振打，防止堵塞和架橋。

2.4 HCl和SO2的測量方法

SO2的測量比較簡單，采用德圖歐龍強、或者凱恩的煙氣分析儀、借助SO2的化學檢測器，即能在線讀出SO2的變化。

HCl的測量比較復雜，需通過反應間接計算出HCl含量，主要方法有：硝酸銀容量法、硫氰酸汞比色法、離子活度計法、化學檢測器法。

2.5 袋式除塵系統

從混風器出來的煙氣溫度為130～160℃，進入引風機后再進入袋式除塵器。進入布袋除塵器的煙氣由濾袋外部進入，從隔倉頂部排出。附著于濾袋外表面的飛灰經壓縮空氣反吹后落入除塵器灰斗。

2.6 實驗條件

關鍵反應段溫度為130～180℃，由浸漬鹽酸的生物質燃料燃燒產生的熱量，外加天然氣燃燒器穩定溫度。當生物質塊燃燒生產的HCl不夠高時，采用微型霧化器將濃鹽酸HCl用氮氣霧化后直接送入。水蒸氣分壓控制在18%～20%，煙氣在管道中的流速11m/s左右。

3 實驗內容及結果分析

3.1 煙道反應效果

為了檢測煙道內的反應效果，在圖1中的(a)處噴入石灰和碳酸氫鈉，在旋風除塵器前面進行檢測，實驗結果見表1。

注意：表1的SO2是由天然氣和生物質中含S物質燃燃燒后的基礎濃度，在計算中沒有考慮它對吸收劑的消耗。由上表可以看到隨著碳酸氫鈉當量比的增加，HCl的凈化效率在下降，這是因為雖然碳酸氫鈉當量比在上升，但是HCl在煙氣中的濃度也在下降，這樣HCl和碳酸氫鈉的接觸機率下降，所以HCl的凈化效率下降。

表1 管道中HCl和SO2的凈化效果

從表觀數據看，碳酸氫鈉的凈化效率不如石灰，例如當量比為2.7時，碳酸氫鈉對應的HCl凈化效率是45%；而當量比為2.8時，石灰對應的HCl凈化效率為49.5%。其實不然，因為SO2的存在，同樣的藥劑當量比條件下，石灰的總量是增加了，在煙氣中的濃度也增加了，導致與酸性氣體接觸的機會增多，所以凈化效率較高。

3.2 煙道+濾袋的反應效果(濾袋前不噴藥劑)

在圖1中的(b)處噴入石灰和碳酸氫鈉，布袋除塵器前面和后面進行檢測，此時沒有在(c)處噴入新的藥劑，結果見表2。

表2 部分管段+濾袋對HCl的凈化效果

由于碳酸氫鈉和石灰的粉末噴在混風箱內沉降管道甚至風機葉片上沉積，見下圖。只有很少量被帶入布袋，所以除塵器濾袋的效果沒有充分發揮，出口濃度也遠高于排放標準值。

3.3 煙道+濾袋的反應效果(濾袋前重新噴藥劑)

在圖1中的(b)處噴入石灰和碳酸氫鈉，布袋除塵器前面和后面進行檢測，此時在(c)處噴入新的藥劑，結果見表3。

表3可看出，HCl和SO2的出口濃度都大幅度降低，由此可以看出濾袋起到非常明顯的凈化效果。對比工況(1)和(3)，HCl的入口濃度都是450ppm左右，且工況(3)中還加入了SO2，但HCl的凈化效率卻提高、排放濃度降低。這里主要原因不是SO2促進HCl的凈化，而是當加入SO2后，同樣的當量比條件下，石灰和碳酸氫鈉均增多，煙氣中吸收劑濃度大，濾袋上吸收劑層加厚，所以HCl的凈化效率提高了。

表3 煙道+濾袋對HCl和SO2的凈化效果

4 結 論

垃圾焚燒廠的煙氣凈化工藝有干法、半干法和濕法工藝，無論采用哪種方法，目前在焚燒爐上均使用了袋式除塵器。我國在21世紀初期引進半干法工藝，而后幾乎所有的新建垃圾焚燒廠全部采用半干法工藝，近幾年才有大型焚燒廠嘗試使用濕法工藝。隨著焚燒廠煙氣排放要求日益提升，單獨的半干法已不能滿足最新行業標準(《生活垃圾焚燒污染控制標準》GB 18485-2014)的要求，必須同時增加干法工藝。經過幾年的快速發展，半干法+干法工藝已成為國內垃圾焚燒廠煙氣凈化系統普遍采用的凈化工藝。本文通過實驗研究了不同酸性氣體初始濃度下，碳酸氫鈉、氫氧化鈣消耗量與煙氣中酸性氣體排放濃度的關系，以確定干法脫酸中藥劑的最合理的使用方式和投放量，同時驗證了布袋除塵器在干法脫酸工藝中的重要作用。

從以上實驗結果可以看出：

(1)濾袋的凈化效果明顯，在設計中要充分重視濾袋的凈化作用；要選擇在有充分紊流和擾動的地方加入吸收劑，促進在管道內的反應程度。

(2)一方面碳酸氫鈉比石灰的活性要高，另一方面碳酸氫鈉與HCl反應的當量質量比Ca(OH)2高，所以在布袋前噴射同樣當量比的碳酸氫鈉反應效果更好。

(3)只要HCl達標，SO2就比較容易達標。相反，當SO2達標時，HCl不一定達標，設計時以HCl達標為主要任務，但是反應藥劑的用量必須充分考慮SO2存在所需要的用量。

(4)即使用碳酸氫鈉作為吸收劑，當量比也需要在3.4以上(對布袋前HCl的濃度而言，不是相對初始濃度而言)才能滿足排放標準。

[1](土反)野博一，魚屋和夫，等.Recent Improvement on Flue gas TreatmentTechnology for Municipal Refuse Incinerator，三菱重工技報，Vol.24，No.6，1987，11：573-577.

[2]W.L.，Gore & Assoicates，Inc. Remedia Catalogue，2004.

[3]Keith J. Fritsky，Gore John H Kumm.，Combined PCDD/F Destruction and Particulate Control in the Baghouse.EA Engineering Science & Technology，2002.

Experimental Research of Dry Purification of Acidic Gases in Flue Gas in MSW Incineration Power Plant

HUANG Pianpian

(Shanghai environmental and sanitation engineering design institute，Shanghai 200232)

Through experiment，this paper studied the relationship between the consumption of NaHCO3& Ca(OH)2and acid gas emission concentration under different acid gas initial concentration，and found out the most reasonable spray method and amount of NaHCO3& Ca(OH)2，and at the same time validated the important effect of the bag-type dust collector in the process of dry deacidification.

MSW Incineration Power Plant；flue gas；bag-type dust collector；Emission concentration

黃翩翩，學士，助理工程師，研究方向為城市生活垃圾焚燒技術

X21

A

1673-288X(2017)03-0078-03

引用文獻格式：黃翩翩.垃圾焚燒廠煙氣中酸性氣體干法凈化實驗研究[J].環境與可持續發展，2017，42(3)：78-80.