噴霧干燥法在垃圾焚燒尾氣凈化的應用
來源：無錫市華星電力環保工程有限公司 閱讀：3212 更新時間：2010-10-21 14:41摘要：我國是世界上垃圾包袱最沉重的國家，人多產生的垃圾就多，而垃圾造成的危害是顯而易見的。垃圾焚燒所產生的大量尾氣對環境污染也是非常嚴重的，文中介紹了噴霧干燥法在垃圾焚燒尾氣凈化中應用作了簡單介紹。
關鍵詞：脫酸,噴霧,二惡英,重金屬,除塵
城市垃圾問題已成為當今世界最嚴重的公害之一，及時清理和處置垃圾是建設優美、整潔、文明的現代城市不可缺少的條件。解決垃圾問題的最有效的途徑是將垃圾減量化、資源化、無害化。垃圾焚燒技術符合無害化、減量化、資源化的垃圾處理政策，且具有處理速度快、減容效果好、占地面積小、環境影響小、易于選址等優點，近年來在國內外得到較快發展。但由于垃圾成分的復雜性，焚燒后產生大量的含有重金屬、二惡英、SOX、HCl、HF等有毒、有害尾氣，其對環境的危害是十分嚴重的。因此國家環保局在2000年頒布的《生活垃圾焚燒污染控制》標準中嚴格限定了各種污染物排放指標。但由于尾氣成分十分復雜給治理。
工作尾氣凈化工藝有濕法、半干法、干法3種，濕法由于二惡英難以達標排放及后期污水問題，故應用較少。目前主要采用半干法或干法凈化工藝。
1 尾氣凈化工藝流程
棗莊市資源電廠為日處理600噸的垃圾焚燒電廠，該系統共有兩套生產線，每套生產線配置一套尾氣凈化裝置用來去除焚燒時產生的有害物。尾氣凈化采用噴霧干燥法工藝，其工藝流程如圖1所示。
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噴霧干燥尾氣脫酸過程是利用噴霧干燥的原理將石灰乳溶液噴入反應塔內，一方面利用尾氣的熱量將噴入的霧滴水分蒸發形成干燥的粉狀固體顆粒收集下來。另一方面尾氣中酸性氣體與石灰漿液同時發生化學吸收反應，達到脫酸的目的。在塔內完成脫酸反應后形成的產物部分在塔內由底部錐體出口排出，另一部分隨反后的尾氣進入袋式除塵器內經凈化后排空。其反應過程如下：
石灰熟化： CaO+H2O→Ca(OH)2
SO2吸收： SO2+OH-→HSO3-
SO2與石灰反應： SO2+Ca(OH)2→CaSO3+H2O
Cl與石灰反應： Cl+Ca(OH)2→CaCl2+H2O
亞硫酸鹽的部分氧化： CaSO3+O2→CaSO4
反應物析出： SO32-+Ca2+←→CaSO3
總反應： SO2(氣)+Ca(OH)2(固) →CaSO3(固)+H2O
SO2(氣)+Ca(OH)2(固)+1/2O2→CaSO4(固)+H2O
Cl(氣)+Ca(OH)2(固)→CaCl2(固)+H2O
噴霧干燥法尾氣脫酸裝置主要由：1)石灰漿制備系統；2)石灰漿噴入系統；3) 活性碳噴入系統；4)脫酸系統；5)回風系統；6)粉塵收集系統；7)廢渣排出系統；8)控制系統。
2 工藝系統簡介
2.1 石灰漿制備系統
石灰漿制備系統主要由石灰儲料倉、倉頂除塵器、流化裝置、石灰給料機、計量器、配漿槽、供漿槽等組成。
石灰（200目，80%含量）從廠外槽車運來，儲料倉不設卸料裝置，由槽車直接通過氣力輸送至石灰儲料倉，儲料倉保證三套系統3天的用量，儲料倉容積為65m3；儲料倉內設有導波雷達料位計，可監測儲料倉的料位情況；儲料倉的倉頂設有式除塵器，可收集粉塵；儲料倉灰斗壁設有流化板，通過壓縮空氣進入流化板產生粉塵流化態,以防止粉塵搭橋；石灰粉通過給料機、計量器（可調速，調整CaO的供料量）送入配漿槽，在配漿池中加水攪拌配制成石灰乳液；濃度為10～15%(含固率)漿液溢流到供漿槽。供漿槽中的漿液由石灰漿計量泵泵送到反應塔的噴漿系統，供漿液量由進引風機前的SO2監測濃度控制。
2.2 石灰漿噴入系統
石灰漿噴入系統主要由計量泵、噴嘴、壓縮空氣及管道閥門等組成。
高溫尾氣進入反應塔后，利用雙流體霧化噴咀在反應塔內增濕霧化，調整尾氣溫度，同時對尾氣增濕，使石灰霧滴與酸性氣體充分接觸反應。噴入的液滴在瞬間蒸發，煙氣降至反應溫度。同時液滴與粉塵碰撞，當外表面水份蒸發后，表面出現顯著固態物質，干燥速率下降，液滴溫度逐漸升高并接近煙氣溫度，最后水分蒸發殆盡，形成固態顆粒而從煙氣中分離。
2.3 活性碳噴入系統
為了更有效地去除重金屬及二惡英，在反應塔出口煙道設置活性碳噴入口,系統由活性碳加料裝置與可調給料機組成，并通過可調給料機實現對噴入量的控制，將活性碳噴入反應塔前的行氣管道內，吸附尾氣內的二惡英及重金屬等有毒危險物，保證二惡英及重金屬的排放濃度達到國家排放標準。
2.4 脫酸系統
脫配系統主要由反應塔、塔底排灰機、石灰干粉噴入裝置等組成。
焚燒爐出口含酸性氣體的尾氣進入反應塔進行脫酸處理。在反應塔中由計量泵輸入脫酸用石灰漿液，通過固定噴頭在壓縮空氣噴吹下，石灰漿液霧化粒徑150～200μm左右的霧滴，并同時與酸性氣體充分接觸，在發行化學反應后去除煙氣中絕大多數的酸性氣體。在反應塔內，反應中的煙氣及反應后的霧滴呈下降氣流沉降，在反應過程中，霧滴吸收煙氣中的熱量不斷蒸發水分，得以在煙氣排出反應塔前煙氣所含水份充分蒸發，反應塔底排出灰渣為干燥的粉塵。
石灰干粉噴入裝置
為避免焚燒爐在開爐、停爐或運行中不正常的工況下排煙溫度過低引起的除塵器布袋結露的出現,設有Ca(OH)2干粉噴入系統,在通過進反應塔前的尾氣管道內噴入Ca(OH)2干粉,達到輔助脫酸的作用。
2.5 回風系統
采用循環風機將已凈化的尾氣回通過環壁噴射裝置噴入反應塔，使其在塔壁表面形成一層空氣幕保護塔身，以防濕壁。
2.6 粉塵收集系統
粉塵收集系統主要由袋式除塵器、風機等組成。
袋式除塵器主要用來收集反應后尾氣中的固體顆粒，從反應塔出來夾帶有飛灰、石灰等顆粒的尾氣進入袋式除塵器內。由于部分未反應的石灰顆粒吸附在濾袋表面相當于固定床反應器，尾氣中的酸性氣體在濾袋表面完成最后一次脫酸反應后排空。
2.7 廢渣排出系統
廢渣系統主要由廢渣庫、庫頂除塵器、輸送設備、倉泵、卸灰機等組成。
反應塔底部排出的粉塵、袋式除塵器收集下來的粉塵通過倉泵輸送到廢渣庫中，輸送能力按實際灰量的150%設計，廢渣庫容積150m3，按2天貯存量設計。
2.8 控制系統
尾氣脫酸裝置的自動監測與控制采用計算器自動監控系統。能對尾氣處理裝置實行順序自動啟停，運行參數自動檢測和儲存，關鍵參數實行自動調節，使尾氣處理裝置實現自動化控制。
整個煙氣凈化系統計算機自動控制系統采用集散型控制結構。首先由現場監控單元對各工藝點的當前工藝情況，獨立地進行實時在線監測及遠程操作，同時又與其相應的上位過程控制裝置PLC進行信息交流,以保證上位過程控制裝置對相應工藝的信息進行采集和處理，以實現上位工業控制計算機的各項監控要求。系統中采用模擬量調節與開關量控制，本工程以PLC作為控制核心，工控機為監視管理中心，其中包括數據采集和處理(DAS)、模擬量控制系統(MCS)、順序控制系統(SCS)。在正常工作情況下由PLC站來實現對系統的控制，當自動控制模式出現故障或例行檢修時可無擾動地切換到手動控制模式實現對系統設備的手動控制。系統具有雙重控制功能，提高了控制系統的可靠性和安全性。同時通過PLC將數據通訊網絡和主站上位中央控制工業計算機相聯。現場工程師站和上位機除了完成系統整定、組態、數據處理、通訊傳輸、軟件維護外，再配置CRT、鍵盤、打印機及很好的人機界面，由此組成一套具有數據采集、處理、控制、顯示、打印等功能完整的工業集散控制系統。
系統預留以太網通訊接口，以便于與工廠局域網相聯，實現數據傳輸、上級計算機系統對下級脫硫系統運行的監視。主要由以下四部分組成：
工業控制計算機系統：
該部分是實現自動控制系統的核心，是臨控系統可靠性和穩定性的保證，用于控制方案選擇、參數修改設定，并對工藝運行情況進行實時在線控制和調整。控制室工控主機，使用Windows2000操作環境，配以工控組態軟件，形成各工作界面、數據庫和動畫模擬。工控主機配置一臺噴墨打印機和不間斷電源。
PLC控制系統：
是自動控制系統的控制及信息處理核心，實現數據和信息的采集并按工藝要求進行控制。
現場控制系統：
該部分是實現用電設備現場操作和控制及工藝參數實時采集的主要部分。由控制室各電氣控制柜、現場柜、儀表和傳感器實現。
數據通訊網絡：
實現工控主機與PLC系統的通訊，并預留以太網通訊接口，以便于上級對下級的聯網通訊和管理。
3 尾氣主要技術參數：見表1
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4．主要操作工藝條件
4.1脫SOX的Ca/S比 1.5:1
4.2脫HCl的Ca/Cl比 0.5:1
4.3進吸收塔煙氣溫度155℃
4.4石灰漿固形物濃度13～18%
4.5石灰漿流量1100～1300L/h.套
4.6吸收塔內煙氣流速0.62m/s
4.7塔內煙氣停留時間12～13S
4.8漿液噴嘴處壓力2～3bar
4.9壓縮空氣噴嘴處壓力2.76bar
4.10進除塵器煙氣溫度125～130℃
4.11吸收塔和除塵器的灰斗加熱控制溫度110℃
4.12除塵器預加熱溫度80～125℃
4.13除塵器反吹壓縮空氣壓力5～6 bar
4.14除塵器阻力<150mmH2O
5 主要原材物料消耗指標
5.1吸收劑為Ca(OH)2，有效含量90%，粒徑為325目，消耗量446kg/h。
5.2水為自來水，消耗量2118kg/h。
5.3整個系統的電耗量45Kw/ h。
5.4整個系統的壓縮空氣耗量25～28m3/min
6 應用效果
2002年底棗莊資源電廠垃圾焚燒尾氣凈化系統投入運行，并由業主及棗莊市環保局組織驗收，表2為監測試結果
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從運行結果來看，影響脫硫效率的因素很多，主要有：1)Ca/S；2)進口SO2濃度3)相對濕度；4) 停留時間；5)氯化物。
6.1 Ca/S對脫硫率的影響
在運行中Ca/S是影響脫硫效率的主要因素之一，隨著Ca/S的增大，脫硫率也隨之增加，其的幅度由大到小，最后趨于平穩。如圖2所示。當Ca/S小于1時，提供的脫硫劑不能滿足吸收尾氣中SO2、HCl、HF等的需要，這時脫硫率完全由吸收劑量來決定，曲線的斜率較大，脫硫率與Ca/S的關系幾乎呈正相關； 在1.0～1.5區域，隨著Ca/S的增加，脫硫率的提高逐漸緩慢，曲線斜率變小，但脫硫率已能達到80～93%，Ca/S超過1.5，再增加脫硫劑，對脫硫率的貢獻已不在明顯。而石灰利用率也隨之下降。在Ca(OH)2增加的同時，進料率、含固量、黏度、反應生成物濃度屆同時增大，這些因素都有礙于SO2等的去除。故脫硫率的增加逐漸減緩，最后趨于平穩。
在不加石灰漿的情況下只向反應塔內噴工藝水，使尾氣溫度下降到130℃，測得平均脫硫率為20～35%。分析飛灰成分其中CaO等金屬氧化物的含量在2～7%左右。「因垃圾熱值不夠，大多數情況下需摻煤助燃，又由于垃圾焚燒溫度較低(約800℃左右)，飛灰還沒有水泥化」，故仍有部分脫硫能力。而燃煤鍋爐由于燃燒溫度較高(約1200～1400℃)飛灰在部分已水泥化，這也是燃燒鍋爐飛灰脫硫能力較差的原因。以此推算，如果垃圾焚燒過程中摻入劣質煤或煤堿石，用循環流化床焚燒爐+噴霧干燥法配置，則可在不加任何脫硫劑的情況下其脫硫率也可達到50～70%。這樣的配置在國際上以有業績。
氯的存在可以提高SO2的脫除性能，氯的來源主要是垃圾中氯化合物，氯可以提高脫硫率的原因是由于氯可以減緩石灰漿液滴的蒸發，另外氯的存在能使ΔT保持較高的水平，從而提高了脫硫率。
6.2 進口SO2濃度對脫硫率的影響
進口SO2濃度對脫硫率的影響，從圖3可以看出不同初始SO2濃度條件下，的脫硫率民Ca/S的實際曲線，由圖3可見初始SO2濃度越高，要達到較高的脫硫率越困難，其原因是在相同的反應塔進、出口尾氣溫度和相同Ca/S條件下，高的進口尾氣濃度需要更多的新鮮石灰漿加入量。因此提高了霧滴中石灰的含量，增大了需要吸收的SO2量和生成的亞硫酸鈣量，霧滴水分的減少限制了Ca(OH)2與SO2的傳質過程，使脫硫率降低。
6.3 袋式除塵器的二次脫硫
經過反應塔反應后的尾氣進入袋式除塵器時，由于含有大量的未反應的石灰顆粒吸附在濾袋表面，形成一定厚度的粉塵層，相當于固定床反應器，尾氣通過時進行最后一次脫硫反應，從實際使用情況看，其率約10～15%。如圖4所示。
6.4 反應塔內相對濕度對脫硫的影響
相對濕度是影響脫硫率的另一個重要因素，相對濕度越高漿液的含水量越大。SO2脫硫率高，脫除反應的基本條件是石灰霧滴必須含有水分，當水分含量高時，霧滴與尾氣一接觸即迅速蒸發降低了尾氣溫度，從而使蒸發率降低，延長了脫硫反應時間，有利于SO2的吸收；另一方面，霧滴的干燥速度還受尾氣中水蒸氣分壓的影響，當水蒸氣分壓接近飽和蒸氣壓時，吸收SO2的時間可大幅度增加，使脫硫率有明顯的增加。圖5是不同相對濕度條件下CS對脫硫率的影響。
另外，尾氣凈化裝置收集下來的粉塵因重金屬、二惡英等含量較高而成為危險廢棄物，在采用機械爐排爐焚燒垃圾時，飛灰中二惡英濃度在600～6000 ng/Kg，占二惡英總量的90%以上，由于流化床焚燒爐焚燒時產生的飛灰量較大，故二惡英含量較爐排爐相對較低，但其占二惡英的部含量并沒有多大變化。因此收集下來的粉塵應進行無害化處理，哈爾濱垃圾焚燒廠采用水泥進行固化，而紹興垃圾焚燒廠則用來制磚，據報道制磚后測量結束表明各項指標均不超過相關標準限制，是值得推廣的辦法之一。表3為紹興垃圾焚燒廠飛灰測量結果。
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7 存在主要問題
在運行過程中發現以下幾個問題：1)濕壁；2)噴嘴表面積塵；3)供漿管泄漏等。對上述問題了以下措施：A：濕壁問題采取了環壁保護措施，使霧滴在塔壁沒有停留時間，這樣霧滴就不會在塔壁上結露在，防止了濕壁現場以生。B：噴嘴表面積塵主要是粉塵通過噴嘴時在噴嘴表面粘接而積塵，對此對噴嘴采取了防護措施，防止粉塵粘接。C：供漿洗這泄漏主要是管道質量不好，更換管道后漿液不在泄漏。采取相應的防護措施后運行一段時間后上述現象沒有在發生。
8 小結
8.1從實際使用情況看，噴霧干燥法脫硫工藝用在垃圾焚燒尾氣凈化，其脫硫率、系統的可靠性都是很高的，運行結果表明相對濕度、尾氣溫度、進口SO2濃度、Ca/S及氯化物存在等都會對脫硫率有一定的影響；
8.2在正常運行條件下，Ca/S在1.5以上時，增加Ca/S對脫硫率的提高已不明顯；
8.3 袋式除塵器的脫硫率及收塵效率都比電除塵器高；
8.4在廢渣溫度100℃、含濕量3%左右，適易用氣力輸送排渣。
