垃圾焚燒煙氣凈化處理半干法脫酸工藝淺析
摘要：隨著生活垃圾處理量日漸增加,對(duì)垃圾焚燒煙氣排放要求愈加嚴(yán)格。目前,半干法脫酸在垃圾焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用較多,分析半干法常用方法、工藝原理,及其特點(diǎn),為半干法脫酸在垃圾焚燒煙氣處理中的廣泛應(yīng)用提供理論依據(jù)。
垃圾焚燒發(fā)電是一種無害化、減量化和資源化的固體廢物處理方法，應(yīng)用較為廣泛。然而．垃圾在燃燒時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很多有毒有害物質(zhì)，特別是其中的酸性氣體(SO，和HC1)．若不經(jīng)處理就進(jìn)行排放．會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。出于環(huán)境保護(hù)考慮．并滿足環(huán)保排放的要求．有關(guān)垃圾焚燒煙氣凈化處理的研究較多，已成為環(huán)境保護(hù)研究中的重要內(nèi)容。現(xiàn)國內(nèi)．煙氣脫酸技術(shù)多種，包括濕法、干法、半干法，各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，使得其分別適用于不同的處理環(huán)境中其中半干法由于其投資運(yùn)行費(fèi)用較低．工藝流程簡(jiǎn)單．不產(chǎn)生廢水等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到電廠青睞．特別是在生活垃圾焚燒電廠煙氣凈化領(lǐng)域中．得到越來越廣泛的應(yīng)用。解海衛(wèi)等針對(duì)垃圾焚燒煙氣量、組分特點(diǎn)，研究旋轉(zhuǎn)噴霧半干法對(duì)煙氣中HCI和SO，的去除率．結(jié)果表明這種脫酸方法對(duì)垃圾焚燒煙氣較為適宜美國曾經(jīng)指出半干法煙氣凈化工藝是處理垃圾焚燒煙氣最佳的工藝。研究者對(duì)于半干法的研究還有很多袁莉莉就綜述了國內(nèi)外常用的半千法煙氣脫酸工藝并分析了其技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，關(guān)于半干法煙氣脫酸工藝的相關(guān)研究為其進(jìn)一步改進(jìn)及更廣泛的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

當(dāng)前，半干法脫酸工藝主要包括煙氣循環(huán)流化床技術(shù)、旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法、爐內(nèi)噴鈣加尾部增濕活化脫硫工藝、循環(huán)半干法脫硫工藝等．本文著重介紹半干法中2種較為常用的煙氣循環(huán)流化床技術(shù)和旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法脫硫技術(shù)。

1酸性物質(zhì)來源

生活垃圾組分較復(fù)雜．焚燒過程中產(chǎn)生的大氣污染物根據(jù)其性質(zhì)不同可分為顆粒物、酸性氣體、重金屬及有機(jī)污染物。其中酸性氣體主要包括HCI、HF、SOx、NOx和CO等。垃圾中含氯塑料、廚浴、紙張等物質(zhì)燃燒會(huì)產(chǎn)生HCI。含氟碳化物燃燒會(huì)產(chǎn)生HF．含硫生活垃圾經(jīng)高溫氧化則會(huì)產(chǎn)生SOx．高溫作用下N，和O，氧化或者含氮有機(jī)物燃燒產(chǎn)生NOx．生活垃圾中有機(jī)可燃物不完全燃燒產(chǎn)生CO。

2半干法處理工藝

半干法煙氣脫酸工藝由于其運(yùn)行操作簡(jiǎn)單．占地面積小、投資成本低等特點(diǎn)而在煙氣脫酸行業(yè)中得到一定的應(yīng)用更由于該工藝產(chǎn)物為干態(tài)．系統(tǒng)不需設(shè)置廢水處理裝置。使得其在生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理凈化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用l1j半干法工藝原理為用CaO粉劑或Ca(OH)：粉劑作為吸收劑．直接向塔內(nèi)噴人粉劑或制備成石灰漿后噴入，使得吸收劑與煙氣中的酸性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)以達(dá)到脫酸目的

與煙氣中的S0相比，其他酸性氣體如HC1、HF等更易于與Ca(OH)，反應(yīng)．反應(yīng)時(shí)間只要保持1s左右就幾乎都能被有效去除。此外．因垃圾中含有大量的含氯有機(jī)物．受垃圾焚燒爐型和混合不均勻等問題的限制．在焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生微量但毒性極大的物質(zhì)．如二惡英和呋喃為減少二惡英和呋喃的生成．除在鍋爐系統(tǒng)應(yīng)保證燃燒溫度和停留時(shí)間外．還在爐后采取以下措施：因二惡英、呋喃在低溫(200cc以下)都是以固態(tài)的方式吸附在粉塵的表面．因而噴水降溫．即能大大減少其在氣態(tài)中的含量。另外，向系統(tǒng)噴加具有高活性表面的木質(zhì)活性炭．以吸附上述有毒物質(zhì)[61。煙氣中的酸性物質(zhì)與吸收劑反應(yīng)生成固態(tài)顆粒．后與煙氣一起進(jìn)入除塵器．布袋除塵器可以對(duì)未反應(yīng)的吸收劑進(jìn)行再利用．有二次脫酸的效果：且布袋除塵器對(duì)微小顆粒有較好的捕集作用．而煙氣中的重金屬、二嗯英、呋喃等～般都凝結(jié)在<1m的微小顆粒表面上，所以控制微小顆粒物的排放對(duì)減少重金屬等物質(zhì)的排放有很大的作用以下具體分析2種常用的煙氣半干法脫酸工藝：旋轉(zhuǎn)噴霧半干法和循環(huán)懸浮式半干法。

(1)旋轉(zhuǎn)噴霧半干法。由于垃圾焚燒煙氣中SO少，HC1多，因此旋轉(zhuǎn)噴霧干燥法(SprayDryAbsorption．簡(jiǎn)稱SDA)非常適用于垃圾焚燒煙氣的凈化。它不僅可以滿足煙氣SO濃度排放要求．同時(shí)可以保證較高的脫氯效率旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫酸工藝為先對(duì)生石灰進(jìn)行消化并加水配制成含固率15％一30％的漿液．后經(jīng)振動(dòng)篩篩分后自流入漿液罐，配制得到所需石灰fCa(OH)]漿液，漿液量根據(jù)入口煙氣S0，濃度由漿液泵控制并輸送至脫酸塔頂部霧化器旋轉(zhuǎn)霧化器是該工藝的核心部件．其轉(zhuǎn)速達(dá)到上萬轉(zhuǎn)或更高．漿液被高速噴出形成20～501xm粒徑的液滴．液滴初始速度很大，且其表面積極大，使之具有較強(qiáng)的吸附能力，能與煙氣充分接觸．熱交換強(qiáng)熱．液滴在碰到吸收塔壁前就被干燥．在此過程中液滴與煙氣進(jìn)行脫酸反應(yīng)，脫除效率較高。圖1所示為工藝流程．具體的脫酸反應(yīng)如下：

霧滴吸收SO2：SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H20，部分SO：進(jìn)行如下反應(yīng)：SO2+1／202+Ca(OH)~CaS04+H20，其他酸性物質(zhì)(如SO3、HF、HC1)的反應(yīng)：2HC1+Ca(OH)￡aClH20；2HF+Ca(OH)2=CaF2+2H2O；SO+Ca(OH)2：CaS04+H20。

旋轉(zhuǎn)霧化器的優(yōu)勢(shì)就是當(dāng)煙氣的流量、溫度和組分發(fā)生較大改變時(shí)．能夠保證霧滴的粒徑分布不發(fā)生明顯變化．從而能夠保證脫硫效率相對(duì)穩(wěn)定一般情況下．該工藝脫酸效率可達(dá)到95％另外該工藝主要適用于排煙溫度較高的機(jī)械爐排式焚燒系統(tǒng)．吸收塔出口煙氣溫度保持在150~C左右．使得設(shè)備不受酸性物質(zhì)的腐蝕．無需做防腐措施。總體來說，該工藝產(chǎn)物為干態(tài)，處理方便．無廢水產(chǎn)生，設(shè)備無需防腐，投資運(yùn)行成本低．工藝簡(jiǎn)單．能耗低．具有廣闊的應(yīng)用前景_2]但該方法也存在一些不足．比如塔內(nèi)固體會(huì)出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象。管道易于堵塞．噴霧器易磨損破裂．吸收劑用量不易控制等問題[3]。例如在此工藝中．為保證有效的霧化效果，避免塔內(nèi)固體出現(xiàn)粘壁現(xiàn)象，保證脫酸效率，旋轉(zhuǎn)霧化器的轉(zhuǎn)速高達(dá)15000r．在此情況下．就必須選用高品質(zhì)的吸收劑，其純度一般大于9O％(以Ca(OH)：計(jì))和細(xì)度大于200目．以避免霧化器的磨損。在制漿工藝中采用振動(dòng)篩去除雜質(zhì)．以進(jìn)一步保證進(jìn)入霧化器的石灰漿液品質(zhì)。針對(duì)霧化器易磨損的現(xiàn)象．開發(fā)商們還開發(fā)出耐磨材料如碳化鎢來制作霧化輪。針對(duì)旋轉(zhuǎn)噴霧半干法脫酸存在的問題，更有開發(fā)商開發(fā)出擁有3個(gè)旋轉(zhuǎn)輪的霧化器．使得吸收劑利用率更高．能耗低另外，為使得收劑利用率更高，塔內(nèi)干燥特性更佳．可循環(huán)利用脫硫灰渣，將其制備成漿液進(jìn)入噴霧反應(yīng)塔。該工藝存在的這些問題以及可以改善提升的問題都值得我們進(jìn)一步探索與研究

(2)循環(huán)懸浮式半干法。煙氣循環(huán)流化床半干法脫酸(CFB—FGD)，就是以循環(huán)流化床原理為基礎(chǔ)，經(jīng)吸收劑多次再循環(huán)使得其與煙氣的接觸時(shí)問增加．從而提高吸收劑利用率其既具有干法脫酸的一些特點(diǎn)。比如無廢水排放，可減少二次污染．占地面積相對(duì)濕法較?。夷茉谳^低的鈣硫比條件下接近或達(dá)到濕法脫酸效率，適合大、中、小型鍋爐煙氣凈化處理Ⅲ。詳見圖2。該工藝的基本原理就是Ca(OH)2與煙氣中的SO2，、HC1、HF等酸性物質(zhì)在反應(yīng)器中發(fā)生反應(yīng)生成固態(tài)顆粒．并以懸浮狀態(tài)與氣流接觸．該狀態(tài)利于非均相反應(yīng)．顆粒大量循環(huán)以提高系統(tǒng)鈣硫比．進(jìn)而提高脫酸效率。后利用活性炭吸附煙氣中的重金屬和二嗯英等有害氣體．再利用高效布袋除塵器除去煙氣中的固態(tài)顆粒及未被活性炭吸附的部分二惡英及重金屬。

在整個(gè)煙氣凈化系統(tǒng)中．煙氣經(jīng)預(yù)除塵后從脫酸塔底部進(jìn)入文丘里反應(yīng)塔。煙氣經(jīng)文丘里管加速后進(jìn)入循環(huán)流化床床體：在氣流的作用下，氣固2相處于湍流狀態(tài)，2者充分接觸。反應(yīng)產(chǎn)物由于重力作用向下運(yùn)動(dòng)，又由于氣流作用被抬升，這使得氣固間的滑落速度達(dá)數(shù)十倍的單顆?；渌俣龋毫硗猓磻?yīng)塔頂部結(jié)構(gòu)使得反應(yīng)物向下速度加快，塔內(nèi)顆粒的床層密度增大．Ca／S比高達(dá)50以上，使得脫酸反應(yīng)較為充分這種流化床內(nèi)的氣固2相流循環(huán)機(jī)制，強(qiáng)化了氣固間的傳熱與傳質(zhì)過程．保證了較高的脫酸率_4_文丘里的出口擴(kuò)壓管段上還設(shè)有噴水裝置．以控制煙溫，使之高于露點(diǎn)2O℃左右，So2與Ca(OH)在此條件下為離子型反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間較短具體反應(yīng)如2．1中所述。整個(gè)工藝流程如圖2所示。由于流化床中氣固兩相間具有良好的傳熱、傳質(zhì)效果，使得酸性氣體得以去除干凈。該方法具有占地面積少．副產(chǎn)物干態(tài)易處理．具有良好的負(fù)荷適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。另外，針對(duì)垃圾焚燒煙氣特點(diǎn)．為防止粉塵在反應(yīng)器和后續(xù)除塵工藝中的粘結(jié)．吸收塔排煙溫度始終控制在l10℃左右．這使得整個(gè)系統(tǒng)無須防腐處理。但該吸收反應(yīng)的最佳溫度為70℃．這使得該方法的脫酸效率一般只有85％左右。

3結(jié)束語

半干法煙氣脫酸技術(shù)采用“半干法+袋式除塵器”工藝對(duì)垃圾焚燒煙氣進(jìn)行處理，以CaO或Ca(OH)2粉劑作為吸收劑．以活性炭作為吸附劑．吸附煙氣中的二嘿英等有毒有害物質(zhì)，整個(gè)煙氣處理系統(tǒng)無二次污染，流程緊湊。垃圾焚燒煙氣經(jīng)半干法整體處理工藝處理后。煙氣排放濃度達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》排放要求。旋轉(zhuǎn)噴霧半干法和循環(huán)懸浮式半干法各有優(yōu)點(diǎn)，與其它脫硫工藝相比，該工藝能使處理后的煙氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)．且工藝簡(jiǎn)單、節(jié)約成本，工藝本身所帶來的環(huán)境污染也少。另外．半干法煙氣凈化技術(shù)對(duì)反應(yīng)條件要求嚴(yán)格．如SDA半干法中煙氣停留時(shí)間的控制、吸收劑粒度等的控制．且其對(duì)噴嘴的要求非常高．這些都是半干法脫硫在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)注意并進(jìn)一步改善的問題。