泰興焚燒煙氣設(shè)備 凈化率

降低焚燒煙氣溫度、去除煙氣中顆粒物、酸性氣體、微量重金屬和有毒有害有機物等污染物的技術(shù)措施。顆粒物和酸性氣體凈化工藝通常有干法(如干法管道噴射+除塵器)、半干法(如噴霧干燥吸收塔+除塵器)和濕法(如洗滌塔)三種。重金屬、二惡英類物質(zhì)等則可通過活性炭噴射吸附法去除。

文章以上海某120t/d危險廢物焚燒處置生產(chǎn)線為例，根據(jù)可焚燒廢物的類別、危險廢物化學組分及入爐焚燒配伍廢物的特性要求，尾氣處理采用組合式深度凈化工藝：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）+ 新型陶瓷濾管除塵器 +引風機 + 預洗滌塔 + 濕式洗滌塔 + SGH 蒸汽加熱器，有效控制了煙氣中的各類污染物，使大氣污染物排放達到上海市地方標準，大部分指標優(yōu)于歐盟最新標準（2010/75/EU）要求。文章總結(jié)了該項目煙氣凈化工藝路線選擇、技術(shù)原理、設(shè)備選型等方面的經(jīng)驗，以期為危險廢物焚燒煙氣中污染物進一步達到超低排放提供參考。

伴隨我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，工業(yè)化程度的不斷提高，危險廢物的產(chǎn)量急劇擴大，種類及成分越發(fā)復雜多樣，覆蓋領(lǐng)域逐步增多，處理難度不斷提升。我國危險廢物產(chǎn)生來源廣、種類繁多、產(chǎn)生量大，具有分布廣泛和產(chǎn)生量集中的特點，危害性和環(huán)境風險十分突出。

在各種危險廢物的處理技術(shù)中，目前只有焚燒處理技術(shù)是可以最大限度地破壞、解毒危險廢物的。同時，其可以極大減少危險廢物的體積（為原體積的5%-15%）。發(fā)達國家越來越重視危險廢物焚燒處理工藝，焚燒處理在危險廢物處理中的占比也越來越大，已成為危險廢物處理的優(yōu)先考慮方法。

危險廢物焚燒處理過程產(chǎn)生的煙氣中含有的污染物會對環(huán)境造成二次污染，其中酸性氣體主要有 HCl、SO2、HF、H2S、NOx、二噁英等。這些酸性氣體毒性很大，嚴重威脅人們的身體健康和社會的可持續(xù)發(fā)展。根據(jù)危險廢物處理“減量化、無害化、資源化"的基本原則，必須對這些污染物進行有效的處理和控制，以滿足環(huán)境保護的要求。這也是危險廢物焚燒技術(shù)的一個關(guān)鍵，直接影響著危險廢物焚燒技術(shù)的健康發(fā)展。

目前，北京市和上海市已相繼制定了嚴于國家標準的焚燒排放標準，尤其是上海市于2013年制定的《上海市危險廢物焚燒大氣污染物排放標準》（DB 31/767—2013），與發(fā)達國家或地區(qū)的同類標準相比，大多數(shù)指標基本相近甚至嚴于這些標準。

上海市2018年危險廢物集中處置單位總核準經(jīng)營規(guī)模為39.18萬t，實際處置量為35.53 萬t。與上海市危險廢物總產(chǎn)量為123.72萬t相比，尚存在巨大的處置缺口。在此背景下，本文總結(jié)了上海某120t/d 危險廢物焚燒處置裝置采用組合式煙氣凈化工藝并成功應用的經(jīng)驗，對技術(shù)方案的推廣及對其他危險廢物焚燒項目有一定的指導意義。

01

焚燒工藝說明

一、焚燒廢物概況

該項目設(shè)計處理危險廢物規(guī)模為5000kg/h，日處理規(guī)模為120t。設(shè)計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、氟元素對系統(tǒng)的影響。

二、煙氣成分

項目設(shè)計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)計指標

煙氣污染物設(shè)計值及排放限值見表 3。

表 3?煙氣排放中污染物設(shè)計值及排放限值

泰興焚燒煙氣設(shè)備 凈化率

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主要是由危險廢物中含氯的有機物和塑料（如 PVC 等）燃燒產(chǎn)生的。此外，危險廢物中的無機氯化物（如 NaCl 等） 與其他物質(zhì)反應也會生成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 量取決于危險廢物中的含氮物質(zhì)量。在危險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

危險廢物焚燒過程會產(chǎn)生大量細小的顆粒物。同時，危險廢物中原有的顆粒物在爐膛內(nèi)被氣流揚起并隨焚燒煙氣排出。危險廢物中的可燃組分因燃燒不*會形成黑煙，黑煙中含有大量的碳粒子。顆粒物的粒徑越小危害越大。細小顆粒物中還會含有 Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn、Sb、Cd、Se 等重金屬。因此，在去除顆粒物的同時，也就在一定程度上削減了重金屬的危害。

3、不*燃燒污染產(chǎn)物

危險廢物不*燃燒時會產(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*燃燒過程以及在250℃-350℃范圍內(nèi)的煙氣飛灰上發(fā)生異相催化反應而生成的。

二、工藝路線選擇

目前危險廢物焚燒領(lǐng)域的尾氣凈化工藝主要有干法、半干法、濕法等，煙氣凈化方法特點對比見表4。

表 4?煙氣凈化方法特點比較

綜合考慮排放指標、設(shè)備投資、運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，第一級為高溫預脫酸（消石灰漿液與清水），第二級為干法脫酸（消石灰粉），第三級為預洗塔脫酸（NaOH堿液），第四級為濕式噴淋塔脫酸（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 + 引風機 + 預洗滌塔 + 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，確保煙氣出口 NOx 達標排放。該項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)

高溫煙氣經(jīng)過余熱鍋爐，溫度降至 550℃左右。經(jīng)煙道從上方進入半干式急冷脫酸塔，塔上部設(shè)置軸流噴頭，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煙氣充分換熱，在短時間內(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。當急冷塔出口煙氣溫度超過設(shè)定值時，系統(tǒng)自動開啟緊急給水罐開關(guān)閥，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、化學穩(wěn)定性好、耐磨的澆注材料，具有高抗酸腐蝕性能，設(shè)計使用壽命不低于 5 年。

急冷塔出口煙氣溫度約為 190℃，為了保證煙氣凈化要求，且在急冷塔維護期間，防止焚燒爐排煙過高直接進入布袋除塵器時對除塵器造成損傷，設(shè)置了一套干法脫酸及活性炭噴射系統(tǒng)，啟動該噴射系統(tǒng)，既可以達到進一步脫除煙氣中 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)，同時還可以避免高濃度酸性氣體對布袋除塵器造成腐蝕。

活性炭及消石灰分別儲存在活性炭倉及消石灰倉中，活性炭倉的設(shè)計容量能夠滿足 1條焚燒線正常運行7天以上的活性炭用量。消石灰倉的設(shè)計容量能夠滿足1條焚燒線正常運行5天以上的消石灰用量。活性炭倉及消石灰倉分別設(shè)一個供料出口，出料口下設(shè)插板閥及定量給料機各一臺，定量給料器出來的物料進入噴射裝置。以噴射風機提供的空氣為輸送的動力，利用空氣將物料輸送至急冷塔出口的噴入點。半干式急冷塔及干式脫酸反應塔設(shè)備模型見圖3。

圖3?半干式急冷脫酸塔和干式反應器模型

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)

該項目在干法脫酸塔后配置一套新型陶瓷纖維復合濾管煙氣凈化裝置。濾管具有高強度、高空隙率、低密度、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。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，陶瓷纖維復合濾管的觸媒均勻分布在陶瓷纖維上，極大程度增加了煙氣與觸媒的接觸面積，從而達到高效的脫除能力，陶瓷纖維濾管電鏡和濾筒實物見圖4、圖 5。

圖 5?陶瓷纖維濾筒實物截面

煙氣經(jīng)過干法脫酸塔后，部分反應物及飛灰沉降至塔底外排，其余未反應*的氫氧化鈣和部分反應物及飛灰經(jīng)管道進入陶瓷纖維復合濾管除塵器裝置，管道內(nèi)同步噴射活性炭粉，帶有各種顆粒物的煙氣經(jīng)陶瓷纖維復合濾管除塵脫二噁英裝置凈化后進入后端脫酸系統(tǒng)進行除酸，最后經(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?陶瓷濾管除塵器輔助脫硫脫硝一體化流程

陶瓷纖維復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；全過濾風速為 0.8m/min；運行阻力為 1500Pa；濾陶瓷觸媒濾管數(shù)量為 1320 支（陶瓷濾管尺寸 φ150mm×3000mm）；倉數(shù)為4倉 ；漏風率≤ 2%。

三、引風機

為克服焚燒尾氣凈化系統(tǒng)的阻力損失，系統(tǒng)設(shè)置一離心引風機，采用雙傳動型式，變頻調(diào)速。引風機設(shè)在布袋后高溫段，防止低溫腐蝕。風機的進、出口采用軟連接，為了滿足噪聲排放標準，在進、出口端設(shè)置消音器。

引風機性能參數(shù)：風量為 79000Nm3/h ；壓力為9500Pa ；溫度為 185℃ ；主電機功率為 315kW。

四、洗滌塔（預洗塔及濕法洗滌塔）

濕法脫酸采用兩級洗滌，一級預洗塔采用噴淋空塔，二級洗滌塔采用填料塔。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)置預洗塔，用于進一步降低進入濕法洗滌塔的煙氣溫度，并預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，減少運行成本，適應焚燒負荷波動引起的溫度及污染物濃度變化，確保處理后污染物指標穩(wěn)定達到上海市《危險廢物焚燒大氣污染物控制標準》（DB 31/767—2013）。

煙氣經(jīng)引風機升壓、預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級除霧器。煙氣進入塔內(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)生化學反應，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)在反應塔底部，漿液循環(huán)系統(tǒng)采用單元制設(shè)計，每個噴淋層都配有一臺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)、傳熱與化學反應，同時在洗滌塔內(nèi)煙氣的溫度可以進一步降至約70℃。30% 的NaOH溶液通過槽車運來注入燒堿儲罐中，經(jīng)NaOH卸料泵注入NaOH儲槽中，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)生化學反應，生成 NaCl、NaF、Na2SO 3、Na 2SO 4等鹽類，達到高效去除酸性氣體的目的。

濕式洗滌塔入口設(shè)計溫度為100℃，無需設(shè)置預噴淋裝置，塔頂出口處設(shè)置 2 級板式除霧器并設(shè)置4層沖洗，進一步降低煙囪發(fā)生白煙的狀況，出口煙氣含水量 <20mg/Nm3。

預洗塔性能參數(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溫度時，煙道及設(shè)備容易發(fā)生腐蝕。確定危險廢物焚燒煙氣的酸露點溫度，可以有效避免低溫腐蝕。 該項目經(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以上。

1959年Müller使用熱力學關(guān)系式計算了含有很低濃度硫酸蒸氣的煙氣露點。其計算公式如下：

t=116.5515+16.063 29lgVSO3+1.05377（lgVSO3） 2①

荷蘭學者 A.G.Okkes 根據(jù) Müller 實驗數(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計算，該焚燒煙氣酸露點為（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計算，該焚燒煙氣酸露點為（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℃。

計算結(jié)果表明，兩種計算方法結(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，加熱后引至煙囪達標排放。

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)計煙速為15m/s，出口煙囪直徑設(shè)計為 1300mm，設(shè)計煙囪高度

為 50m。

04

結(jié)語

以上海某 120t/d 危險廢物焚燒線煙氣凈化項目為例，通過實際工程案例重點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標排放提供了創(chuàng)新性的一體化解決方案，集成應用的效果實現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保的有機組合。實施后回轉(zhuǎn)窯焚燒線穩(wěn)定運行，各項污染物排放濃度均優(yōu)于上海市地方標準，大部分指標優(yōu)于歐盟最新標準