淺談垃圾焚燒廠煙氣凈化處置方案

(中國電建集團四川工程有限公司 四川 成都 610000)

一、前言

本文結合工程實際，對生活垃圾焚燒煙氣處理工藝方案進行了簡要描述和工程設計,并對其中關鍵設備參數進行介紹,以保證垃圾焚燒煙氣能夠滿足環保要求達標排放。

垃圾焚燒處理方法是將垃圾在高溫下燃燒，使可燃成分經氧化轉變為穩定氣體(煙氣)，不可燃成分轉變為無機物(灰渣)，焚燒處理過程中產生的熱能可用于發電，進而達到無害化、減量化、資源化的目的，是目前處理城市垃圾最有前途的方法之一。隨著垃圾焚燒處理越來越被國內大中城市所接受，焚燒煙氣的處理問題也越來越受到廣泛關注，因此必須對焚燒煙氣進行凈化處理確保達標排放。

二、煙氣凈化處理方案

某垃圾焚燒發電工程處理規模為1000t/d，配置2臺500 t/d垃圾焚燒爐，與焚燒爐對應配置2套焚燒煙氣凈化系統。根據項目排放要求，結合本工程污染物排放濃度要求的特點，同時從技術成熟性、可靠性、穩定性及經濟性等方面考慮，參考國內已建成的大中型現代化垃圾焚燒廠的實踐，本工程采用 “選擇性非催化還原法(SNCR)脫硝+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器”相結合的煙氣凈化工藝。該系統為機械旋轉噴霧半干式煙氣處理系統，布置在鍋爐煙氣出口與引風機間，組成如下：SNCR 系統、脫酸反應系統、活性炭儲存和輸送系統、袋式除塵器系統、飛灰輸送系統、儀表控制系統等。其中，半干法脫酸和干性脫酸藥劑噴射系統用于脫除酸性氣體(主要是 HCl、HF、SOX)，袋式除塵器用于捕集粉塵，煙氣中的重金屬及有機劇毒性污染物(二噁英等)在上述兩步工藝中也可同時被捕集，輔以活性炭噴射系統可以進一步對重金屬及二噁英進行去除，SNCR 系統用于去除 NOx。

(一)主要設計參數及排放指標

本工程煙氣排放指標見下圖。

(二)工藝流程簡述

焚燒煙氣經余熱鍋爐回收熱量后(溫度190 ～ 240℃)進入脫酸反應塔；熟石灰粉料經過制漿系統制備成一定濃度的合格漿液，通過脫酸反應塔頂部的高速旋轉霧化器噴嘴噴入脫酸塔,形成霧狀液滴、并與煙氣中的二氧化硫、氯化氫等酸性氣體在脫酸塔中充分接觸及發生化學反應，脫除掉大部分的二氧化硫、氯化氫等酸性氣體；然后煙氣經脫酸塔的底部排出，經過袋式除塵器除去絕大部分顆粒物，同時在袋式除塵器入口的煙道噴入一定量的活性炭粉和熟石灰粉，均勻地彌散在煙氣中，并在袋式除塵器的表面形成一層吸附層，活性炭對重金屬和二噁英有很好的吸附作用，降低煙氣中有害物質的排放，使排出煙氣達到排放標準，處理后的干凈煙氣經過引風機排入煙囪。

三、煙氣凈化系統組成及主要設備

煙氣凈化系統主要組成如下：SNCR系統、旋轉霧化器脫酸反應塔系統、熟石灰儲存及石灰漿液制備系統、活性炭噴射系統、袋式除塵器、引風及排煙、飛灰輸送及儲存。其中，石灰漿制備、消石灰干粉噴射、活性炭噴射吸附、飛灰輸送及儲存為公用系統。

(一)SNCR系統

SNCR 系統包括尿素溶液混合罐，尿素溶液輸送泵、尿素溶液儲罐、尿素溶液供應泵、稀釋水槽、稀釋水泵等。袋裝尿素由卡車運至儲存房間，尿素通過斗式提升起吊設備加到尿素混合罐里，混合罐加裝不銹鋼濾網，防止包裝袋碎屑進入混合罐。用除鹽水將固體尿素溶解成 40%質量濃度的尿素溶液，通過尿素溶液輸送泵輸送到尿素溶液儲罐；尿素溶液經由供給泵送至 SNCR 系統。尿素溶液在輸送過程中被稀釋水在混合計量分配單元內稀釋至 3～10%左右的濃度(根據出口煙氣中 NOx 濃度而自動調節)，最后經噴槍噴入余熱鍋爐。SNCR 在 950-1050℃區域進行爐內噴射尿素溶液，產生 SNCR 脫硝反應。

SNCR 系統將尿素水溶液噴射進鍋爐第 1 煙道，具體位置為爐膛出口高度上方與二次風進口高度上方。同時投用除鹽水噴射作為稀釋介質，投用廠用氣作為霧化介質。為了達到煙氣流道的噴射足夠的覆蓋率，每臺爐設計采用 12 支噴槍，在 950～1050℃區域分兩層均勻布置。

(二)旋轉霧化器脫酸反應塔系統

旋轉噴霧脫酸反應塔由反應塔、霧化器及相關連接煙道和相關控制系統組成。旋轉霧化器位于噴霧反應塔上部，從石灰漿配制系統來的石灰漿進入旋轉霧化器，由于霧化器的高速轉動，石灰漿被霧化成約 50μm 的微小液滴，該液滴與呈螺旋狀向下運動的煙氣形成逆流，并被巨大的煙氣流裹帶著向下運動，石灰漿以很高的傳質速率在反應塔中，起到活化反應的作用，同時降低塔內溫度，促進反應進行。

旋轉噴霧脫酸反應塔的主要設備參數：反應塔尺寸(直段)φ10 m×11.5m，停留時間24 s，設備阻力900Pa，全廠共兩套旋轉霧化器脫酸反應塔。

(三)熟石灰儲存及石灰漿液制備系統

石灰漿制備系統包括石灰倉、石灰漿制備罐、石灰漿儲存罐、石灰漿泵以及連接各個設備的輸送機、管道、閥門、清洗措施等。全廠共用一套。石灰漿制備主要內容是消石灰粉儲存，用消石灰粉制備石灰漿，將石灰漿送入旋轉噴霧干燥脫酸反應塔。石灰粉由定量螺旋輸送機送入制漿罐，在制漿罐中加水攪拌制成濃度10%～15%的石灰漿液，批次運行，石灰漿液自流入儲漿罐，再由石灰漿泵送往脫酸反應塔。

石灰漿制備主要設備參數：石灰倉有效容積150m3，1臺，可保證全廠約5d石灰粉用量；石灰定量螺旋輸送機(變頻控制)1 500 kg/h，2臺；石灰消化罐有效容積6m3，2臺；石灰漿儲存罐有效容積15m3，1臺；石灰漿泵流量20m3/h，2臺(1用1備)。

(四)活性炭噴射系統

對于生活垃圾焚燒過程產生的二噁英，一是通過控制焚燒參數來抑制其生成，二是進一步削減煙氣中已生成的二噁英。因此，為確保煙氣中二噁英等有害物質濃度達到要求的排放指標，煙氣凈化系統需增加活性炭噴射吸附的輔助凈化措施。

活性炭添加為連續作業，獨立供料，由星型給料機控制活性炭添加量，經噴射器噴入除塵器前入口煙道。活性炭在管道中與煙氣強烈混合，吸附一定的污染物，但并未達到飽和，隨后與煙氣一起進入后續的袋式除塵器中，停留在濾袋上，與緩慢通過濾袋的煙氣充分接觸，最終達到對煙氣中二噁英等污染物的吸附凈化。

活性炭噴射吸附主要設備參數：料倉25m3，1臺；星型給料機1.5m3/h，2臺。

(五)袋式除塵器

袋式除塵器為低壓長袋脈沖結構。除塵器的上箱體、中間箱體、進出口煙道，灰斗、壓縮空氣反吹系統、濾袋和袋籠等部分組成。袋式除塵器箱體鋼板采用平板，蓋板采用雙層結構中間保溫；袋式除塵器箱體與鋼架及平臺扶梯支架之間增加 PTFE 隔熱板，防止箱體冷凝；除塵器頂部全部采用保溫；飛灰溜管加裝振打裝置，便于卸灰順暢。除塵器使用壽命 30 年，設備利用率>95%。能夠適應額定煙氣量 60～120%。濾料材質的選擇及加工方法充分考慮本工程鍋爐的運行狀況及其煙氣特性的要求，可以保證濾袋在壽命期內安全可靠的運行。濾料選用純 PTFE+PTFE 覆膜濾袋產品，濾袋使用壽命達不小于 4 年。

袋式除塵器的主要設備參數：過濾面積4053m2，過濾風速0.8m/min，濾袋材質為PTFE 濾料；濾袋尺寸為φ160mm×6030mm；濾袋數量為12×112個，清灰方式為脈沖清灰(在線、壓差控制)；系統壓差<1500Pa。

(六)引風及排煙系統

每條焚燒線設置 1 臺引風機，設置在袋式除塵器出口以后，煙氣從引風機出來以后接至煙囪，根據焚燒爐煙氣量及焚燒爐、余熱鍋爐、煙氣凈化系統各部分阻力計算，并考慮部分余量，引風機參數如下：風量：Q=210000m 3 /h，風壓：P=5600Pa，功率：N=560kW(10kV)。

全廠設一座 80m 高煙囪。500t/d 焚燒爐單臺最大煙氣量為 120000Nm 3 /h，每臺焚燒爐設置一根鋼煙囪，2 根鋼煙囪外設置一混凝土煙囪外筒，鋼煙囪直徑選用 2.0m。在煙囪上設置煙氣在線連續監測裝置，按規范要求，測試項目：煙塵、SO2、HCl、NOx、NH3、O2、CO、CO2，同時裝設取樣孔和取樣平臺。

(七)飛灰輸送及儲存系統

飛灰輸送系統采用機械輸送方式，由反應塔下刮板輸送機、除塵器下刮板輸送機、公用刮板輸送機、斗式提升機、螺旋輸送機和灰倉及相應閥門、驅動裝置、輔助設施以及其他有關設施等設備組成。公用刮板輸送機、斗式提升機、螺旋輸送機為雙線，1用1備，煙氣凈化系統收集的灰塵均由公用刮板輸送機并經斗式提升機送入灰倉儲存。為了防止飛灰在輸送和儲存過程中因溫度低而黏結附著在設備上，飛灰輸送及儲存系統采取保溫和電加熱措施，并且加熱電功率可調。灰倉頂部設有專用的袋式除塵器，灰倉底部設置1個下灰口。為防止灰倉倉底卸灰不暢，其底部設有液化裝置。

煙氣凈化系統收集的飛灰屬于危險固體廢物，因此儲存于灰倉內的飛灰需在廠內進行穩定化處理。飛灰輸送及存儲系統主要設備技術參數：本工程2條垃圾處理線共產生飛灰量24.82t/d，設置1臺150m3的灰倉，灰倉容積可儲存約3d的飛灰量。

(八)主要性能指標

煙氣凈化脫硫效率≥98%；煙氣凈化脫氯效率≥95%；袋式除塵器的除塵效率≥99.9%；經處理后的煙氣達到國家標準《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485-2014)和歐盟 2010 標準(2010/75/EC)的要求。

四、結論

本工程采用了半干法+ 干法組合脫酸工藝，其中半干法工藝凈化效率較高，無需對反應產物進行二次處理，特別是在提高酸性氣體反應效率和啟爐時煙氣凈化效果方面表現出色。在此基礎上，本工程增加了干法工藝，可進一步提高酸性氣體的脫除效率，其系統投資低、占地面積小、建設周期短、運行維護量小。因此，采用這種組合工藝后，整個工藝系統運行可靠，性能良好，可全面提高煙氣凈化系統的凈化性能及脫除效率，從而實現煙氣達標排放。