醫(yī)療、危廢焚燒煙氣凈化工藝
以上海某 120t/d 危險(xiǎn)廢物焚燒線煙氣凈化項(xiàng)目為例，通過實(shí)際工程案例主要介紹了主要污染物深度治理技術(shù)，采用深度組合式凈化工藝為焚燒煙氣的達(dá)標(biāo)排放提供了創(chuàng)新性的一體化解決方案，集成應(yīng)用的效果實(shí)現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保的有機(jī)組合。實(shí)施后回轉(zhuǎn)窯焚燒線穩(wěn)定運(yùn)行，各項(xiàng)污染物排放濃度均優(yōu)于上海市地方標(biāo)準(zhǔn)，大部分指標(biāo)優(yōu)于歐盟新標(biāo)準(zhǔn)（2010/75/EU）。該項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)役危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒煙氣提效改造及新建危險(xiǎn)廢物焚燒線實(shí)現(xiàn)深度凈化具有良好的參考價(jià)值。
焚燒工藝說明
一、焚燒廢物概況
該項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理危險(xiǎn)廢物規(guī)模為5000kg/h，日處理規(guī)模為120t。設(shè)計(jì)焚燒廢物的平均低位熱值為2936kcal/kg，不同工況下焚燒廢物熱值情況見表 1。
表 1?焚燒廢物不同工況情況表
入爐配伍后，焚燒正常處理廢物的S含量不超過3%、Cl 含量不超過2%、S 和 Cl 總含量不超過 5%。物料來源中，堿鹽總含量按配伍后小于 1%，預(yù)處理及處置工藝中充分考慮高鹽廢物，充分考慮溴、碘、氟元素對(duì)系統(tǒng)的影響。
二、煙氣成分
項(xiàng)目設(shè)計(jì)中鍋爐出口的煙氣成分參數(shù)見表 2。
表 2?鍋爐出口煙氣排放中污染物濃度值
三、設(shè)計(jì)指標(biāo)
煙氣污染物設(shè)計(jì)值及排放限值見表 3。
表 3?煙氣排放中污染物設(shè)計(jì)值及排放限值
02
工藝路線選擇分析
一、焚燒尾氣污染物組成
1、酸性氣態(tài)污染物
HCl 和 Cl 2主要是由危險(xiǎn)廢物中含氯的有機(jī)物和塑料（如 PVC 等）燃燒產(chǎn)生的。此外，危險(xiǎn)廢物中的無機(jī)氯化物（如 NaCl 等） 與其他物質(zhì)反應(yīng)也會(huì)生成HCl 和 Cl 2。HF 主要由含氟塑料燃燒產(chǎn)生，SO 2主要由含硫物質(zhì)在高溫下氧化產(chǎn)生。 焚燒氣中的NOx有兩種來源：1）空氣中的N 2在高溫下被氧化產(chǎn)生熱力型 NOx ，焚燒溫度越高，由該途徑產(chǎn)生的 NOx 就越多；2）危險(xiǎn)廢物中含氮物質(zhì)被氧化產(chǎn)生燃料型 NOx ，產(chǎn)生
的 NOx 量取決于危險(xiǎn)廢物中的含氮物質(zhì)量。在危險(xiǎn)廢物焚燒氣中主要的酸性氣態(tài)污染物是 SO 2、HCl、Cl 2、HF、NOx 。
2、顆粒物和重金屬
危險(xiǎn)廢物焚燒過程會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)小的顆粒物。同時(shí)，危險(xiǎn)廢物中原有的顆粒物在爐膛內(nèi)被氣流揚(yáng)起并隨焚燒煙氣排出。危險(xiǎn)廢物中的可燃組分因燃燒不完全會(huì)形成黑煙，黑煙中含有大量的碳粒子。顆粒物的粒徑越小危害越大。細(xì)小顆粒物中還會(huì)含有 Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn、Sb、Cd、Se 等重金屬。因此，在去除顆粒物的同時(shí)，也就在一定程度上削減了重金屬的危害。
3、不完全燃燒污染產(chǎn)物
危險(xiǎn)廢物不完全燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生CO、CxHy和二噁英等污染物。根據(jù)目前的研究結(jié)果，在可燃廢物焚燒系統(tǒng)中，二噁英主要是在低溫不完全燃燒過程以及在250℃-350℃范圍內(nèi)的煙氣飛灰上發(fā)生異相催化反應(yīng)而生成的。
二、工藝路線選擇
目前危險(xiǎn)廢物焚燒領(lǐng)域的尾氣凈化工藝主要有干法、半干法、濕法等，煙氣凈化方法特點(diǎn)對(duì)比見表4。
表 4?煙氣凈化方法特點(diǎn)比較
綜合考慮排放指標(biāo)、設(shè)備投資、運(yùn)行成本以及操作的難易程度，該焚燒系統(tǒng)將采用組合式尾氣處理工藝，第一級(jí)為高溫預(yù)脫酸（消石灰漿液與清水），第二級(jí)為干法脫酸（消石灰粉），第三級(jí)為預(yù)洗塔脫酸（NaOH堿液），第四級(jí)為濕式噴淋塔脫酸（NaOH 堿液）。具體包含“SNCR 脫硝 + 急冷脫酸塔 + 煙道干法噴射系統(tǒng)（干法消石灰脫酸＋活性炭重金屬吸附）+ 陶瓷濾管除塵器 + 引風(fēng)機(jī) + 預(yù)洗滌塔 + 濕式洗滌塔 +SGH 蒸汽加熱器”多種組合工藝，能有效凈化酸性氣體（SO 2、HCl、HF 等）和吸附煙氣中二噁英、汞。
為有效控制煙氣 NOx 排放，在余熱鍋爐合適溫度窗口配置 SNCR 脫硝，脫硝劑采用尿素溶液，通過尿素噴槍將尿素溶液霧化噴入爐內(nèi)，確保煙氣出口 NOx 達(dá)標(biāo)排放。該項(xiàng)目煙氣凈化流程見圖1。
圖 1?組合式煙氣凈化工藝流程
03
組合式處理工藝系統(tǒng)組成
一、半干式急冷塔和干式脫酸系統(tǒng)
高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐，溫度降至 550℃左右。經(jīng)煙道從上方進(jìn)入半干式急冷脫酸塔，塔上部設(shè)置降溫噴槍+軸流噴頭，在壓縮空氣的作用下，在噴頭的內(nèi)部，消石灰漿液、壓縮空氣與水被霧化后與高溫?zé)煔獬浞謸Q熱，在短時(shí)間內(nèi)迅速蒸發(fā)，帶走熱量，使得煙氣溫度急速冷卻。由于煙氣在 200℃-500℃的停留時(shí)間小于1s，有效防止了二噁英的再合成。二噁英再合成的溫度區(qū)間見圖 2。
圖 2?二噁英再合成溫度區(qū)間
半干式急冷脫酸塔設(shè)置有緊急給水罐。當(dāng)急冷塔出口煙氣溫度超過設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)開啟緊急給水罐開關(guān)閥，通過噴水降溫噴槍噴水降低急冷塔煙氣溫度。半干式急冷脫酸上部及頂部采用熱震穩(wěn)定性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨的澆注材料，具有高抗酸腐蝕性能，設(shè)計(jì)使用壽命不低于 5 年。
急冷塔出口煙氣溫度約為 190℃，為了保證煙氣凈化要求，且在急冷塔維護(hù)期間，防止焚燒爐排煙過高直接進(jìn)入布袋除塵器時(shí)對(duì)除塵器造成損傷，設(shè)置了一套干法脫酸及活性炭噴射系統(tǒng)，啟動(dòng)該噴射系統(tǒng)，既可以達(dá)到進(jìn)一步脫除煙氣中 SO 2和 HCl 等酸性氣體的目的，又可以吸附二噁英和重金屬等有害物質(zhì)，同時(shí)還可以避免高濃度酸性氣體對(duì)布袋除塵器造成腐蝕。
活性炭及消石灰分別儲(chǔ)存在活性炭倉(cāng)及消石灰倉(cāng)中，活性炭倉(cāng)的設(shè)計(jì)容量能夠滿足 1條焚燒線正常運(yùn)行7天以上的活性炭用量。消石灰倉(cāng)的設(shè)計(jì)容量能夠滿足1條焚燒線正常運(yùn)行5天以上的消石灰用量。活性炭倉(cāng)及消石灰倉(cāng)分別設(shè)一個(gè)供料出口，出料口下設(shè)插板閥及定量給料機(jī)各一臺(tái)，定量給料器出來的物料進(jìn)入噴射裝置。以噴射風(fēng)機(jī)提供的空氣為輸送的動(dòng)力，利用空氣將物料輸送至急冷塔出口的噴入點(diǎn)。半干式急冷塔及干式脫酸反應(yīng)塔設(shè)備模型見圖3。
圖3?半干式急冷脫酸塔和干式反應(yīng)器模型
急冷塔性能參數(shù) ：塔徑為 4.5m（內(nèi)徑）；高度為 8.5m ；材質(zhì)為碳鋼襯耐火磚 ；降溫水消耗量為6.0m3/h。
半干法脫硫塔性能參數(shù)：塔徑為2.0m（內(nèi)徑）；高度為8m ；材質(zhì)為碳鋼 ；消石灰消耗量約為 110kg/h ；活性炭粉消耗量約為 9.5kg/h。
二、陶瓷濾管除塵器
圖 4?陶瓷纖維濾管在電鏡下的顯微結(jié)構(gòu)
該項(xiàng)目在干法脫酸塔后配置一套新型陶瓷纖維復(fù)合濾管煙氣凈化裝置。濾管具有高強(qiáng)度、高空隙率、抗熱震性能好、不受熱脹冷縮的影響而斷裂、耐高溫、耐腐蝕的特點(diǎn)。過濾性能優(yōu)于傳統(tǒng)濾袋，滿足同步脫硫、脫硝、除塵及脫除二噁英的要求。在電鏡之下，陶瓷纖維復(fù)合濾管的觸媒均勻分布在陶瓷纖維上，大程度增加了煙氣與觸媒的接觸面積，從而達(dá)到的脫除能力，陶瓷纖維濾管電鏡和濾筒實(shí)物見圖4、圖 5。
圖 5?陶瓷纖維濾筒實(shí)物截面
煙氣經(jīng)過干法脫酸塔后，部分反應(yīng)物及飛灰沉降至塔底外排，其余未反應(yīng)完全的氫氧化鈣和部分反應(yīng)物及飛灰經(jīng)管道進(jìn)入陶瓷纖維復(fù)合濾管除塵器裝置，管道內(nèi)同步噴射活性炭粉，帶有各種顆粒物的煙氣經(jīng)陶瓷纖維復(fù)合濾管除塵脫二噁英裝置凈化后進(jìn)入后端脫酸系統(tǒng)進(jìn)行除酸，后經(jīng)煙囪排放。同步脫硫、脫硝、除塵、除二噁英的主要工藝流程見圖6。
圖 6?助脫硫脫硝一體化流程
陶瓷纖維復(fù)合濾管凈化裝置除能脫除二噁英及粉塵外，還能同步輔助脫硫及脫硝，同步脫硫效率達(dá)到5%-30%，還根據(jù)前端SNCR的脫硝還原劑（尿素）產(chǎn)生的氨逃逸量達(dá)到不同程度的脫硝效果，為保證濾管的正常工作，前端 SNCR 的尿素使用量不宜過量。
陶瓷纖維復(fù)合濾管凈化裝置與傳統(tǒng)布袋除塵器的安裝方式相同，將濾管安裝于除塵器的孔板之上，濾管凈化裝置可視作除塵器。陶瓷濾管除塵器孔板及濾管如圖 7 所示。
圖 7?陶瓷濾管除塵器孔板及濾管
除塵器性能參數(shù)：過濾面積為 1848m2；全過濾風(fēng)速為 0.8m/min；運(yùn)行阻力為 1500Pa；濾陶瓷觸媒濾管數(shù)量為 1320 支（陶瓷濾管尺寸 φ150mm×3000mm）；倉(cāng)數(shù)為4倉(cāng) ；漏風(fēng)率≤ 2%。
三、引風(fēng)機(jī)
為克服焚燒尾氣凈化系統(tǒng)的阻力損失，系統(tǒng)設(shè)置一離心引風(fēng)機(jī)，采用雙傳動(dòng)型式，變頻調(diào)速。引風(fēng)機(jī)設(shè)在布袋后高溫段，防止低溫腐蝕。風(fēng)機(jī)的進(jìn)、出口采用軟連接，為了滿足噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)、出口端設(shè)置消音器。
引風(fēng)機(jī)性能參數(shù)：風(fēng)量為 79000Nm3/h ；壓力為9500Pa ；溫度為 185℃ ；主電機(jī)功率為 315kW。
四、洗滌塔（預(yù)洗塔及濕法洗滌塔）
濕法脫酸采用兩級(jí)洗滌，一級(jí)預(yù)洗塔采用噴淋空塔，二級(jí)洗滌塔采用填料塔。由于布袋除塵器出口煙氣溫度較高（185℃），在濕法洗滌塔前設(shè)置預(yù)洗塔，用于進(jìn)一步降低進(jìn)入濕法洗滌塔的煙氣溫度，并預(yù)去除煙氣中的部分粉塵及部分酸性氣體，可提高后續(xù)濕法洗滌塔的處理效果，減少運(yùn)行成本，適應(yīng)焚燒負(fù)荷波動(dòng)引起的溫度及污染物濃度變化，確保處理后污染物指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到上海市《危險(xiǎn)廢物焚燒大氣污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/767—2013）。
煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)升壓、預(yù)洗塔降溫除塵后自濕法洗滌塔中部的入口煙道經(jīng)除霧器除霧后進(jìn)入濕法洗滌塔內(nèi)。濕法洗滌塔采用塔槽一體化結(jié)構(gòu)，塔下部為循環(huán)漿液槽，上部為填料層及噴淋層，噴淋層上部設(shè)置2級(jí)除霧器。煙氣進(jìn)入塔內(nèi)后向上流過填料噴淋段，
以逆流方式與噴淋下來的亞硫酸鈉溶液接觸。煙氣中的SO 2被亞硫酸鈉溶液吸收并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶解度較大的亞硫酸氫鈉溶液。在洗滌塔上部，脫硫后的凈煙氣通過除霧器除去夾帶的液滴后，經(jīng)洗滌塔煙道排入煙氣再加熱系統(tǒng)。
濕法洗滌塔分為漿池區(qū)、吸收區(qū)與除霧區(qū)三部分。漿池區(qū)設(shè)在反應(yīng)塔底部，漿液循環(huán)系統(tǒng)采用單元制設(shè)計(jì)，每個(gè)噴淋層都配有一臺(tái)與噴淋層上升管道系統(tǒng)相連接的漿液循環(huán)泵，從而保證吸收塔內(nèi) 300 以上的吸收漿液覆蓋率。
設(shè)置三層噴淋層，煙氣由吸收區(qū)下方進(jìn)入，與循環(huán)堿液在填料層中發(fā)生激烈氣液接觸的傳質(zhì)、傳熱與化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)在洗滌塔內(nèi)煙氣的溫度可以進(jìn)一步降至約70℃。30% 的NaOH溶液通過槽車運(yùn)來注入燒堿儲(chǔ)罐中，經(jīng)NaOH卸料泵注入NaOH儲(chǔ)槽中，通過NaOH輸送泵送至吸收塔。將循環(huán)吸收液的pH值調(diào)至 9 左右，使得在汽液接觸的過程中 NaOH 溶液與煙氣中的 SOx 、HCl、HF 等酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成 NaCl、NaF、Na2SO 3、Na 2SO 4等鹽類，達(dá)到效率高去除酸性氣體的目的。
濕式洗滌塔入口設(shè)計(jì)溫度為100℃，無需設(shè)置預(yù)噴淋裝置，塔頂出口處設(shè)置 2 級(jí)板式除霧器并設(shè)置4層沖洗，進(jìn)一步降低煙囪發(fā)生白煙的狀況，出口煙氣含水量 <20mg/Nm3。
預(yù)洗塔性能參數(shù) ：塔徑為3.0m（內(nèi)徑）；高度為13.5m ；材質(zhì)為 FRP。
濕式洗滌塔性能參數(shù) ：塔徑為3.6m（內(nèi)徑）；塔高為19m ；材質(zhì)為FRP ；噴淋層數(shù)量為3層 ；NaOH消耗量為 380kg/h（30%NaOH 堿液）。
五、煙氣再熱器
焚燒煙氣中的SO 3與煙氣中的水蒸氣結(jié)合后可生成硫酸蒸氣，煙氣溫度低于酸露點(diǎn)溫度時(shí)，煙道及設(shè)備容易發(fā)生腐蝕。確定危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣的酸露點(diǎn)溫度，可以有效避免低溫腐蝕。 該項(xiàng)目經(jīng)濕法洗滌后的煙氣溫度較低，為了防止煙囪腐蝕及消除白煙，需
要提高排煙溫度至酸露點(diǎn)以上。
1959年Müller使用熱力學(xué)關(guān)系式計(jì)算了含有很低濃度硫酸蒸氣的煙氣露點(diǎn)。其計(jì)算公式如下：
t=116.5515+16.063 29lgVSO3+1.05377（lgVSO3） 2①
荷蘭學(xué)者 A.G.Okkes 根據(jù) Müller 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出式②：
t=10.8809+27.61gPH2O+10.831gPSO3+1.06(1gPSO3+2.9943)2.19②
若采用式①計(jì)算，該焚燒煙氣酸露點(diǎn)為（已知VSO3=5.323×106）：
t=116.5515+16.06329lg(5.323× 106)+1.05377(lg5.323) 2=116.5515+16.06329×0.726+1.05377×0.7262=128.77℃。
若采用式②計(jì)算，該焚燒煙氣酸露點(diǎn)為（已知P H2O=0.236× 106）：
t=10.8809+27.61gPH2O+10.831gPSO3+1.06(1gP SO3+2.9943) 2.19=10.8809+27.6×4.42+10.83×(-0.514)+1.06[(-0.514)+2.9943] 2.19=135.11℃。
計(jì)算結(jié)果表明，兩種計(jì)算方法結(jié)果雖有差異，但差異較小。為了有利于煙囪的排煙及減少低溫腐蝕，在洗滌塔后設(shè)置煙氣再熱器，再熱器的熱源為 1.6MPa的飽和蒸汽，再熱器采用管殼式，管內(nèi)通蒸汽，殼層走煙氣，煙氣由 72℃加熱至 135℃以上，加熱后引至煙囪達(dá)標(biāo)排放。
再熱器性能參數(shù)：飽和蒸汽參數(shù)為204℃、1.6MPa ；蒸汽消耗量為2.7t/h ；換熱面積為412m 2。
六、煙囪
該焚燒線煙氣凈化后，外排煙氣量約為70700m 3/h，煙氣溫度范圍為 130℃ -150℃、煙囪出口設(shè)計(jì)煙速為15m/s，出口煙囪直徑設(shè)計(jì)為 1300mm，設(shè)計(jì)煙囪高度
為 50m。
END
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