烟气净化方案

1.烟气排放指标的确定

根据工艺计算。单台锅炉出口烟气流量在6280kJ/kg热值下为6.2×104Nm3/h。本工程烟气排放标准设计满足国标枟生活垃圾焚烧污染控制标准枠（GB 18485—2001）,并考虑到××现代化发展对环境保护的需要,进一步限定粉尘及二噁英等污染物的排放,使之处理达到国内先进水平。本工程确定的烟气排放指标见表4-12（以干基、O2含量11%计）。

表4-12　烟气排放标准表

为了达到上述的排放标准,需要确定相应的烟气净化工艺。在通常情况下,烟气净化工艺主要针对酸性气体（HCl,HF,SOx）、NOx、颗粒物、有机物及重金属等进行控制,其工艺设备主要包括酸性气体脱除、颗粒物捕集、NOx的去除和有机物及重金属的去除工艺设备。

2.酸性气体脱除工艺的确定

酸性气体净化工艺按照有无废水排出分为干法、半干法和湿法三种,每种工艺有其组合形式,也各有优缺点。

（1）干法除酸

干法除酸可以有两种方式:一种是干式反应塔,干性药剂和酸性气体在反应塔内进行反应,然后一部分未反应的药剂随气体进入除尘器内与酸进行反应；另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂,药剂在除尘器内和酸性气体反应。

除酸的药剂大多采用消石灰（Ca（OH）2）,让Ca（OH）2微粒表面直接和酸气接触,产生化学中和反应,生成无害的中性盐颗粒。在除尘器里,反应产物连同烟气中粉尘和未参加反应的吸收剂一起被捕集下来,达到净化酸性气体的目的。

消石灰吸附HCl等酸性气体并进行中和反应,要有一个合适温度（约140℃左右）,而从余热锅炉出来的烟气温度往往高于这个温度。为增加反应塔的脱酸效率,需通过换热器或喷水调整烟气温度,一般采用喷水法来实现降温。

此种方式的特点是:

①工艺简单,不需配置复杂的石灰浆制备和分配系统,设备故障率低,维护简便；

②药剂使用量大,运行费用略高；

③除酸（HCl）效率比湿法和半干法低。

（2）半干法除酸

半干法除酸一般采用氧化钙（CaO）或氢氧化钙［Ca（OH）2］为原料,制备成氢氧化钙［Ca（OH）2］溶液作为吸收剂,在烟气净化工艺流程中通常置于除尘设备之前,因为注入石灰浆后在反应塔中形成大量的颗粒物,必须由除尘器收集去除。由喷嘴或旋转喷雾器将Ca（OH）2溶液喷入反应塔中,形成粒径极小的液滴；由于水分的挥发从而降低废气的温度并提高其湿度,使酸气与石灰浆反应成为盐类,掉落至底部。烟气和石灰浆采用顺流或逆流设计,维持烟气与石灰浆微粒充分反应的接触时间,以获得高的除酸效率。

半干式反应塔内未反应完全的石灰,可随烟气进入除尘器。若除尘设备采用袋式除尘器,部分未反应物将附着于滤袋上与通过滤袋的酸气再次反应,使脱酸效率进一步提高,同时提高了石灰浆的利用率。

此种方式的特点是:

①半干式反应塔脱酸效率较高,对HCl的去除率可达90%以上,此外对一般有机污染物及重金属也具有良好的去除效率；若搭配袋式除尘器,则重金属去除效率可达99%以上。

②不产生废水排放,耗水量较湿式洗涤塔少。

③流程简单,投资和运行费用相对较低。

④石灰浆制备系统较复杂。

（3）湿式洗涤塔

湿法脱酸采用洗涤塔形式,烟气进入洗涤塔后与碱性溶液充分接触得到充分的脱酸效果。洗涤塔设置在除尘器的下游,以防止粒状污染物阻塞喷嘴而影响其正常操作。同时湿式洗涤塔不能设置在袋式除尘器上游,因为高湿度的饱和烟气将造成粒状物堵塞滤布,气体无法通过滤布。湿法洗涤塔产生的废水经浓缩形成的污泥进入设置于除尘器前的干燥塔内进行干燥,以干态形式排出。湿式洗涤塔所使用的碱液通常为NaOH,而较少用石灰浆液Ca（OH）2,以避免结垢。

此种方式的特点是:

①流程复杂,配套设备较多。

②净化效率较高,在欧洲及美国应用多年的实绩均可验证:其对HCl脱除效率可达95%以上,对SO2亦可达80%以上。

③产生含高浓度无机氯盐及重金属的废水,需经处理后才能排放。

④处理后的废气因温度降低至露点以下,需再加热,以防止烟囱出口形成白烟现象,造成不良景观。

⑤设备投资高,运行费用也较高。

综上所述,湿法净化工艺的污染物净化效率最高,可满足排放标准的要求,其工艺组合形式也多种多样,但由于流程复杂,配套设备较多,并有后续的废水处理问题,一次性投资和运行费用高,在经济发达国家应用较多。干法净化工艺在日本近年的焚烧发电厂建设中采用较多,其工艺比较简单,投资和运行费用低于湿法,但净化效率相对较低。半干法净化工艺可达到较高的净化效率,投资和运行费用低,流程简单,不产生废水,欧洲的焚烧发电厂采用得较多。半干法在国内已有较多成功的应用实例,积累了一定的运行经验,故本工程推荐采用半干法净化工艺。

3.除尘工艺的确定

垃圾焚烧发电厂的粉尘控制可以采用静电分离、过滤、离心沉降及湿法洗涤等几种形式。常见的设备有电除尘器、袋式除尘器、文丘里除尘器等。文丘里除尘器的能耗高且存在后续的水处理问题,所以此处仅对静电除尘器和袋式除尘器进行比较。

（1）静电除尘器

静电除尘器内含有一系列交错组合的电极及集尘板。带有粒状污染物的烟气沿水平方向通过集尘区段,其中粒状物受电场感应而带负电,由于电场引力的影响,其被渐渐移动至集尘板被收集；采用振打方式在集尘板上产生振动以震落吸附在集尘板上的粒状物,落入底部的飞灰收集入灰斗内。除尘器通常采用多电场方式,以提高除尘效率。

静电除尘器除尘效率较高,通常可达95%以上,并广泛用于燃煤发电厂,但对微小粉尘除尘效率相对较低,且在静电除尘器工作温度范围内容易再合成二噁英。

（2）袋式除尘器

袋式除尘器可除去粒状污染物及重金属。袋式除尘器通常包含多组密闭集尘单元,其中包含多个由笼骨支撑的滤袋。烟气由袋式除尘器下半部进入,然后由下向上流动；当含尘烟气流经滤袋时,粒状污染物被滤布过滤,并附着在滤布上。滤袋清灰方法通常有下列三种方式:反吹清灰法、摇动清除法及脉冲喷射清除法。清灰后落下来的粉尘掉落至灰斗并被运走。

袋式除尘器通常以清灰方式分类,在城市垃圾焚烧设施中,较常使用的为脉冲清灰法。脉冲喷射清除法可具有较大的过滤速度,废气是由外向滤袋内流动,因此其尘饼是累积在滤袋外。在清除过程中,执行清除的集尘单元将暂停正常操作,由滤袋出口端产生高压脉冲气流以清除尘饼。脉冲喷射清除法将使滤袋弯曲,造成尘饼破碎而掉落在灰斗中。袋式除尘器同时兼有二次酸气清除的功能,上游的酸气清除设备中部分未反应的碱性物附着在滤袋上,在烟气通过时再次和酸气反应。

袋式除尘器的缺点是滤袋材质脆弱,对烟气高温、化学腐蚀、堵塞及破裂等问题甚为敏感。20世纪80年代后,各国致力于滤料技术开发,尤其是对聚四氟乙烯薄膜滤料（PTFE）等材料在袋式除尘器上的开发应用,使上述袋式除尘器弊端得以极大改观。袋式除尘器目前已广泛应用于新建的城市垃圾焚烧发电厂及老厂改造上。袋式除尘器和静电除尘器的比较情况见表4-13。

表4-13　袋式除尘器、静电除尘器性能比较

随着环保要求的日益严格,电除尘器不仅不能满足脱除有机物（二噁英等）、重金属的需要,同时也不能满足粉尘排放的要求,所以,现在已基本不再采用电除尘器作为焚烧垃圾厂的粉尘处理装置。国家标准GB 18485—2001中明确规定生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器。

4.重金属及二噁英去除工艺的确定

重金属以固态、液态和气态的形式进入除尘器,当烟气冷却时,气态部分转化为可捕集的固态或液态微粒。所以,垃圾焚烧烟气净化系统的温度越低,则重金属的净化效果越好。

城市生活垃圾中含有的氯元素、有机质很多,因此锅炉出口的烟气中常含有二噁英类物质（PCDD,PCDF）。

目前常用的重金属及二噁英去除工艺是活性炭吸附加袋式除尘器,可以达到较好的去除效果。采用半干法净化工艺,活性炭喷入装置设置在除尘器前的管道上,干态活性炭以气动形式通过喷射风机喷射入除尘器前的管道中,通过在滤袋上和烟气的接触进行吸附并去除重金属和二噁英类物质。

另外二噁英类物质（PCDD,PCDF）的控制措施还包括以下几个方面:

（1）使垃圾充分燃烧；

（2）控制烟气在炉膛内的停留时间和温度；

（3）控制进入除尘器入口的温度低于200℃。

国外一些公司对半干法的烟气净化工艺进行了研究,当进入除尘器的烟气温度为140～160℃时,对二噁英类的去除率达到99%以上,汞的排放检测不出。

5.NOx去除工艺的确定

NOx的去除工艺有选择性非催化还原法（SNCR）、选择性催化还原法（SCR）等。

（1）选择性催化还原法（SCR）

SCR法是在催化剂存在的条件下,NOx被还原成N2。为了达到SCR法还原反应所需的400℃的温度,烟气在进入催化脱氮器之前需要加热。试验证明,SCR法可以将NOx排放浓度控制在50mg/Nm3以下。

（2）选择性非催化还原法（SNCR）

SNCR是在高温（800～1000℃）条件下,利用还原剂将NOx还原成N2。SNCR不需要催化剂,但其还原反应所需的温度比SCR法高得多,因此SNCR需设置在焚烧炉膛内完成。

两种方法相比较,SCR法不仅需要催化剂,同时还要在除尘器后进行重新加热,需要耗用大量热能,因此,工程上SNCR比SCR法应用得更多一些。

目前,NOx的净化是烟气净化系统中最困难和最昂贵的技术。SNCR技术相对来说投资较少,但因其布置在炉膛内,并且国内尚无应用先例,因此必须由国外供货商整体供货。

考虑到中国目前的国情以及烟气排放标准、烟气原生浓度等指标,结合炉内燃烧等技术,建议不设专门的NOx去除设施,具体有以下原因:

①SNCR进口投资较高,同时后期的使用、维护费用也很高。

②结合炉内燃烧技术,包括O2的控制、炉内温度的控制等,能够减少NOx在锅炉出口的原生浓度。

③NOx在锅炉出口的原生浓度为200～600mg/Nm3左右,一般在300mg/Nm3以下,已经基本接近烟气排放指标,同时通过活性炭吸附、石灰中和反应等能去除一部分NOx。

目前的焚烧技术在不使用NOx去除设施的情况下,同样可以达到排放浓度为150～400mg/Nm3,所以为了节省投资并节省运行维护费用,本方案建议不设NOx去除设施,但预留SNCR脱氮系统接口。

本设计确定烟气净化工艺是以立足国情、适当超前、方便操作、技术成熟为指导思想的。经过综合比较,推荐采用“半干式反应塔＋活性炭吸附＋袋式除尘器”烟气净化工艺。