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行業新聞

    垃圾焚燒過程中的廢氣處理
摘要:人類日常生活中會產生大量生活垃圾,其組分復雜,危害巨大,嚴重影響了生態環境。垃圾焚燒以可以實現垃圾的減量化、資源化目標的優勢已經逐漸取代垃圾填埋的傳統方法在我國廣泛地應用。垃圾焚燒煙氣含有大量污染物,處理不當會產生嚴重的二次污染,因此煙氣的凈化至關重要。本文綜述垃圾焚燒煙氣脫硫脫硝除塵工藝,結合前沿最新技術,對垃圾焚燒煙氣凈化工藝進行分析。

改革開放后,我國社會經濟快速發展,人們生活品質得到了顯著提升,同時環保意識也在不斷加強。傳統垃圾焚燒處置過程中會產生SO2、HCl、NOX、CO等污染氣體以及飛灰、重金屬和二噁英等污染物質,存在著污染空氣的隱患。近年來,環保部門相繼出臺了一系列法律規定,對SO2等污染物排放進行了更嚴格的要求。優化煙氣脫硫工藝流程,更高效地處理垃圾焚燒煙氣中污染物成為環保工作的重中之重。

1 垃圾焚燒煙氣凈化工藝

1.1 煙氣脫酸 (脫硫) 工藝

垃圾焚燒煙氣脫酸工藝旨在去除以SO2、HCl為主的酸性氣體,現階段我國煙氣脫酸工藝按照有無廢水排出分為干法,半干法和濕法三種方式。

干法工藝通過噴射系統噴入石灰粉與反應器內酸性氣體反應,再由除塵器捕集生成物從而進行煙氣脫酸。該方法操作簡單,運行成本低,無廢水排出,但效率較低。

半干法工藝是用霧化石灰漿吸收反應器內的酸性氣體,再通過反應器捕集。該工藝運行成本較低,占地面積較小,處理效率高,但制漿系統復雜,目前是垃圾焚燒廠較為常用的煙氣脫酸處理工藝。

濕法工藝通常采用石灰漿或NaOH溶液對煙氣中的酸性氣體進行吸收,處理效率高,但存在運行成本高、廢水需要處理且易出現結垢問題。目前廣泛應用于我國燃煤電廠的脫硫處理。

半干法工藝包括噴霧干燥法(SDBF)和回流式循環流化床法(RCFB)兩種。SDBF吸收塔利用霧化器將石灰漿噴入吸收塔內,使之與逆向流入的焚燒煙氣充分反應生成CaCl2、CaSO4等,生成物和剩余吸收劑通過布袋除塵器收集再循環利用。回流式循環流化床法(RCFB)是由德國Wulff公司在煙氣循環流化床脫硫工藝(CFB)的基礎上研究開發的,包括給料系統、反應器吸收系統、物料循環系統和煙道,反應器內的吸收劑處于流化狀態,可以與垃圾焚燒煙氣充分接觸、反應。隨后被除塵器捕集的固體顆粒物隨著物料循環系統再次回到吸收反應器繼續反應,從而使吸收效率和脫硫劑利用率大大提高。

1.2 煙氣除塵工藝

由于生活垃圾焚燒煙氣中污染物不同于普通燃煤煙氣,其種類更加復雜,而且煙氣中污染物排放標準越來越高,電除塵器不僅無法滿足脫除有機物(二噁英等)、重金屬等的需要,同時它也無法滿足對粉塵排放的要求。因此垃圾焚燒廠已基本不再采用電除塵器作為處理裝置。

《城市生活垃圾處理及污染防治技術政策》中明確規定生活垃圾焚燒煙氣處理宜采用半干法+布袋除塵器。

1.3 煙氣脫硝工藝

垃圾焚燒煙氣脫硝工藝主要包括選擇性非催化還原工藝(SNCR)和選擇性催化還原工藝(SCR),部分新建垃圾焚燒廠選擇組合工藝,例如SNCR和SCR聯合工藝。我國垃圾焚燒廠多采用SNCR工藝利用尿素進行脫硝處理,但值得一提的是,由于垃圾種類的不同,焚燒產生的有害物質也不大相同,因此低溫SCR技術也被廣泛用于生活垃圾焚燒廠。

1.3.1 SNCR工藝

該技術在高溫無外加催化劑的情況下,將含NH3基的還原物質(氨水、尿素)噴入反應器中和垃圾煙氣反應,在850~1100℃的高溫爐膛內NOX還原生成水和N2,主要反應為:

SNCR工藝造價低,脫硫效率較低,而且鍋爐也會出現腐蝕和結垢的弊端。

1.3.2 SCR工藝

該技術在低溫和外加催化劑的條件下,反應器內氨自由基不被O2氧化,而是有選擇性的與NOX反應生成水和N2,反應式為:

SCR工藝效率較高,但對催化劑的選取要求高,催化劑直接影響該技術的效率,而且垃圾焚燒煙氣中包含一部分有害物質(重金屬粉塵、二噁英),可能會使催化劑降低活性,使脫硝效率大打折扣。

《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》中明確“脫硝可采用低氮燃燒、高效率SCR(選擇性催化還原法)脫硝裝置等技術”。

1.4 煙氣中重金屬及二英去除工藝

1.4.1 重金屬去除工藝

垃圾焚燒過程中大部分重金屬以顆粒物形態存在于煙氣中,溫度降低時會粘附在飛灰表面,可利用活性炭吸附經由除塵器捕集處置去除,其可通過濕式洗滌塔吸收去除。

1.4.2 二噁英控制及去除工藝

由于垃圾中存在一些特殊的金屬和塑料等物質,導致垃圾焚燒煙氣中存在二噁英這種污染物,危害性極大且難以徹底去除。我國目前采用活性炭吸附法,將其噴入反應器和除塵器中間,與煙氣充分混合從而吸附大量的二噁英和重金屬顆粒,再通過除塵器進行捕集。國際上通用方式是將垃圾焚燒溫度控制在850℃以上,保證煙氣停留2秒以上,則可避免二噁英生成,同時縮短煙氣在300℃~500℃停留的時間,控制除塵器入口溫度低于200℃,防止二噁英再次合成以及防止過高溫度損害布袋除塵器。

2 垃圾焚燒廠煙氣凈化工藝實例

上海江橋生活垃圾焚燒廠采用的是“SNCR(尿素)+干法+布袋除塵器+濕式洗滌塔”工藝,同時在布袋除塵器前噴射消石灰和活性炭處理煙氣,擴能工程更是在除塵器后添加濕式除酸系統,干法+濕法工藝可使HCl、SO2去除率分別99%和97%。

大連開發區大頂山垃圾焚燒廠采用“SNCR(尿素)+半干法+干法(碳酸氫鈉)+活性炭噴射+布袋除塵器”工藝,吸收劑為石灰漿,碳酸氫鈉備用,處理后煙氣指標遠遠領先于國家標準。

江蘇省南通市海安縣垃圾焚燒發電廠采用“SNCR(尿素)+半干法+干法(碳酸氫鈉)+活性炭噴射+袋式除塵器+SCR”工藝,運用低溫SCR技術,以TiO2作為催化劑載體,使各項污染物均能達到《歐洲聯盟環境標準體系2000》的要求。

目前我國垃圾焚燒廠主要采用“SNCR+半干法脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器”工藝進行煙氣處理,能夠滿足國家現行的煙氣中污染物排放標準。由上面實例可知,干法脫酸脫除效率不高已漸漸被淘汰,且單一脫酸方法也逐漸被多種聯合工藝所取代,污染物排放要求越來越高,垃圾焚燒煙氣凈化工藝日漸成熟。

3 結論

半干法脫硫和SNCR工藝具有重要現實作用,可以帶來很高的經濟效益,提高脫硫脫硝除塵設備運行效率,縮短煙氣凈化時間,有效減少垃圾焚燒廠二氧化硫等污染物的排放量,同時也要在已有的煙氣凈化系統工藝上進行創新,我國垃圾焚燒煙氣污染物排放也可達到更高更好要求。
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