【轉(zhuǎn)】垃圾焚燒發(fā)電煙氣中酸性污染物的去除方法及技術(shù)經(jīng)濟比較

時間：2019-01-02 來源： 【轉(zhuǎn)】垃圾焚燒發(fā)電煙氣中酸性污染物的去除方法及技術(shù)經(jīng)濟比較  瀏覽次數(shù)：3706

【轉(zhuǎn)】垃圾焚燒發(fā)電煙氣中酸性污染物的去除方法及技術(shù)經(jīng)濟比較

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生活垃圾焚燒發(fā)電時，煙氣中產(chǎn)生的產(chǎn)要污染物有酸性氣體、煙塵、重金屬等物質(zhì)，不同的污染物需要裝備不同的處理技術(shù)、工藝和設(shè)備。例如，針對煙氣中產(chǎn)生的酸性氣體，其主要成分由SOx（硫氧化物）、NOx（氮氧化物）、HCl（鹽酸）等組成，其中NOx的去除原理為化學(xué)還原反應(yīng)（SNCR或SCR技術(shù)）；而SOx、HCl的去除原理為酸堿中和反應(yīng)。本文重點介紹SOx、HCl的去除方法及工藝技術(shù)經(jīng)濟比較。
一.酸性氣體SOx、HCl的來源及含量
生活垃圾焚燒煙氣中的SOx主要由SO2構(gòu)成，產(chǎn)生于原生垃圾中含硫化合物焚燒氧化所致（主要為有機硫，也有部分源于無機硫）。HCl來源于原生垃圾中的氯化物含量，如塑料、橡膠、皮革、紙張（氯漂白所致）、餐廚垃圾含氯農(nóng)藥殘留、，廚余中的NaCl以及KCl等。與燃煤火力發(fā)電廠不同的是：垃圾焚燒煙氣中SOx的含量很低，一般為200-800mg/Nm3，質(zhì)量百分含量約為0.11%；而HCl的含量又較高，達200-1600mg/Nm3（在我國，由于塑料制品的大量應(yīng)用，致使煙氣經(jīng)處理后截留在飛灰中的氯元素含量甚至高達25%），一般生活垃圾產(chǎn)生的SOx是HCl的1/10以下，所以HCl是垃圾焚燒煙氣中主要的污染氣體。
二.反應(yīng)原理
1.氯化氫（HCl）
聚氯乙稀PVC的熱穩(wěn)定性較差，140℃時就開始分解出HCl，反應(yīng)溫度達600-800℃，反應(yīng)時間10-15min時；化學(xué)反應(yīng)原理為：
CH2CHCl+5/2O2=2CO2+HCl+H2O
氯化鈉反應(yīng)溫度為430-540℃，反應(yīng)原理為：
2NaCl+SO2+1/2O2+H2O=Na2SO4+2HCl
2NaCl+2SiO2+H2O=Na2O（SiO2）2+2HCl
2NaCl+4SiO2+Al2O3+H2O=NaO2（SiO2）4Al2O3+2HCl
2.硫氧化物（SOx）
燃燒過程中，當過量空氣系數(shù)小于1時，有機硫的反應(yīng)產(chǎn)物有SO2及H2S、SO等；當過量空氣系數(shù)大于1時即完全燃燒條件下，95%以上生成物為SO2，約有0.5-2%的SO2進一步反應(yīng)生成SO3。另外，研究表明：在1127℃的高溫燃燒條件下，幾乎不生成SO3，但過量空氣系數(shù)大于1的燃燒條件下，SO3的生成為迅速增加。
有機硫的反應(yīng)機理：
CxHyOzSp+O2=CO2+H2O+SO2+未完全燃燒物
2SO2+O2=2SO3
無機硫的反應(yīng)機理：S+O2=SO2
三.HCl的危害
HCl氣體對眼和呼吸道黏膜有較強的刺激作用，引起胸部窒息感，咳嗽、咯血、肺水腫、直至死亡；
HCl氣體會對余熱鍋爐受熱面和監(jiān)測儀表產(chǎn)生高低溫腐蝕，影響余熱鍋爐安全并限制了過熱蒸汽參數(shù)的提高；
HCl氣體的存在升高了煙氣露點，導(dǎo)致排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率；
氯源在一定條件下與重金屬反應(yīng)生成低沸點的金屬氯化物，從而加劇了重金屬的揮發(fā)，導(dǎo)致重金屬在飛灰上的富集，增加飛灰毒性；
HCl氣體能促進氯酚、氯苯、氯苯并呋喃等“三致”有機物的生成，而且PVC裂解后生成的HCl被認為能促進多環(huán)芳烴（paHs）的生成。因此，有效去除HCl氣體直接關(guān)系到焚燒系統(tǒng)的安全和環(huán)保運行。
四.SOx、HCl的去除方法
酸性氣體SOx、HCl主要通過干法、半干法、濕法等凈化工藝加以去除：
1.干法脫酸：
干法脫酸的基本原理為：
CaO+SO2=CaSO3
CaO+2HCl=CaCl2+H2
干式脫酸有2種方式。一種是干性藥劑（一般采用消石灰）和酸性氣體在反應(yīng)塔內(nèi)進行反應(yīng)；另一種是在進入除塵器前的煙氣管道中噴入干性藥劑，在此與酸性氣體反應(yīng)。消石灰與酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)要有合適溫度（140~170℃），而余熱鍋爐出口的煙氣溫度往往高于這個溫度，為提高脫酸效率，一般需通過噴水降低煙溫。
減溫塔：從鍋爐出來的溫度為190~200℃的煙氣進入減溫塔。減溫塔由冷卻裝置與飛灰排出裝置組成。冷卻水由冷卻水供應(yīng)泵從水箱送至噴嘴，并被壓縮空氣霧化后噴入減溫塔內(nèi)與煙氣直接接觸。減溫塔的高度設(shè)置應(yīng)確保噴入的霧化水可以完全蒸發(fā)，直徑設(shè)置應(yīng)能防止塔內(nèi)壁被霧化的水微粒接觸。煙氣經(jīng)減溫塔降溫至150℃左右后進入后續(xù)設(shè)備。煙氣中部分粉塵落入塔底的料斗中，經(jīng)排灰閥、輸送機送至飛灰貯倉。減溫塔底部需配置加熱裝置，防止飛灰吸潮沉積在內(nèi)壁上腐蝕減溫塔。

2.半干法脫酸：
半干法脫酸的基本原理為：
2HCl+Ca（OH）2=CaCl2+2H2O
SO2+Ca（OH）2=CaSO3+H2O
半干法脫酸裝置一般設(shè)置在除塵器之前，主要包括給料系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)。脫酸劑CaO在給料系統(tǒng)制作成粉狀，再進入制漿系統(tǒng)與水充分混合制成石灰漿，***后以噴霧狀進入反應(yīng)系統(tǒng)。HCl、SOx等酸性成分被中和，生成中性的細小固體顆粒，隨煙氣進入下一步凈化系統(tǒng)。

3.濕法脫酸：
濕法脫酸裝置設(shè)置在除塵器之后，從袋式除塵器出來的溫度約140℃的煙氣經(jīng)底部進入濕式洗滌塔。洗滌塔分為冷卻部和吸收減濕部。燒堿稀釋槽中配制好的燒堿溶液通過燒堿輸送泵、冷卻液循環(huán)泵送至冷卻部上方的噴嘴，向下噴入與逆流的煙氣充分接觸，將煙氣溫度降至飽和溫度。同時，在此過程中燒堿溶液與煙氣中的部分酸性氣體進行反應(yīng)。塔底的吸收液一部分循環(huán)使用，一部分排出以降低溶液中的含鹽量以保證酸性氣體的吸收率。
煙氣經(jīng)冷卻和吸收后進入洗滌塔上部的吸收減濕部。減濕水與燒堿溶液一并由減濕水循環(huán)泵輸送至減濕部上方噴嘴，向下噴入并均勻地經(jīng)過填料床與煙氣充分接觸，酸性氣體被進一步去除。反應(yīng)后的減濕水從吸收減濕部下部排入減濕水槽。凈化后的煙氣經(jīng)塔頂除霧器除霧后進入煙氣再加熱系統(tǒng)。
煙氣再加熱器：從濕式洗滌塔出來的煙氣溫度約有70℃，為防止低溫腐蝕及煙囪出口冒白煙，需將煙氣加熱至150～160℃才能排放。再加熱方式可選擇蒸汽加熱或電加熱（一般選用蒸汽加熱）。從煙氣再加熱器出來的煙氣通過引風機經(jīng)煙囪排入大氣。

采用消石灰Ca（OH）2作為溶劑時，濃度為10-30%，具有價格低、溶解度低的特征，但生成的石膏容易導(dǎo)致填料及管道堵塞與結(jié)垢，因此，濕法工藝更多采用NaOH溶劑，濃度為10-20%。與消石灰相比，苛性鈉價格高，但與酸性氣體的反應(yīng)速率高，吸收效果好且用量小，因此目前較多采用苛性鈉溶劑，主要反應(yīng)過程為：
HCl+NaOH=NaCl+H2O
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O
Na2SO3+O2=Na2SO4
SO3+2NaOH=Na2SO4+H2O
歐洲采用濕法煙氣凈化的焚燒廠實驗數(shù)據(jù)調(diào)查表明：PH值為5-6的SO2吸收階段，NaOH所吸收SO2的量遠高于預(yù)期值。
需要說明的是：濕法去除率雖然較高，但流程復(fù)雜，配套設(shè)備較多，投資較高；產(chǎn)生高濃度無機氯鹽及重金屬的廢水，需經(jīng)處理后才能排放；處理后的廢氣因溫度降低至露點以下，需再加熱以防止煙囪腐蝕及形成白煙現(xiàn)象。
五.脫酸凈化工藝特性綜合比較

注：1.去除率以HCl去除率為基準；2.藥劑種類：干式為Ca（OH）2粉（95%純度）；半干式為Ca（OH）2乳液（15%純度）。
六.幾種工藝煙氣脫酸綜合比較結(jié)果
1.脫酸效率：濕法＞半干法＞干法；
2.水消耗：濕法＞半干法＞干法；
3.原料消耗（按消石灰計）：干法＞半干法＞濕法；
4.電耗：濕法＞半干法＞干法；
5.投資：濕法＞半干法＞干法；
6.維護費：濕法＞半干法＞干法。
七.倡議
生活垃圾焚燒時煙氣中的主要酸性污染物為鹽酸，鹽酸來源于原生垃圾中含氯物質(zhì)或材料，其中每個家庭、單位、團體等日常用于裝載垃圾的一次性塑料袋占據(jù)了含氯材料的大部分比例（其它具備回收價值的含氯包裝品、紙張等被“垃圾分類”或是拾荒者提前撿走）。那么，有沒有能夠代替一次性塑料垃圾袋的、價格低廉的、無氯或低氯的物品用于裝載家庭日常生活垃圾？為此提出一種技術(shù)研發(fā)的思路和方向：利用田間每年產(chǎn)生的、無法充分消納掉的農(nóng)作物秸稈，例如玉米秸稈、小麥秸稈、稻米秸稈等，通過簡單的加工、制膜過程，制作成適于使用的一次性垃圾袋，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一次性塑料袋？如果這一技術(shù)得到突破，不僅能夠大面積避免田間露天焚燒秸稈、污染環(huán)境的現(xiàn)象，而且能夠提高垃圾熱值、大幅降低焚燒后煙氣中的氯產(chǎn)生量、從而降低煙氣脫酸處理成本……我們拭目以待，并希望有識之士能在這個領(lǐng)域進行有益的探索。