垃圾焚燒爐尾氣凈化技術的研究與實踐
摘 要：本文(wen)通過對目前國(guo)際(ji)上流行的(de)(de)固體廢棄物焚(fen)燒(shao)煙(yan)氣凈(jing)(jing)化(hua)工藝進(jin)行系統研究、分析和比(bi)較，提(ti)出了(le)一種創新的(de)(de)適合我國(guo)國(guo)情的(de)(de)半干法煙(yan)氣凈(jing)(jing)化(hua)技術，解(jie)決了(le)一般半干法凈(jing)(jing)化(hua)系統吸收劑利用(yong)率低等問題(ti)，提(ti)高(gao)了(le)凈(jing)(jing)化(hua)效(xiao)率。
關鍵詞：垃圾焚燒,半(ban)干法煙(yan)氣凈化系統,噴霧干燥吸收塔（SDA）
1概述
隨(sui)著經濟的(de)高(gao)速發展及城市(shi)化的(de)不斷推(tui)進，每天產生(sheng)的(de)大量垃圾(ji)(ji)對環境造成了(le)嚴重的(de)污(wu)染，世界各(ge)國都在積極(ji)探索(suo)更有效的(de)解決方法。相對來說，焚燒法與(yu)其他(ta)方法相比具(ju)有占地面積小(xiao)、選(xuan)址容易、技術可(ke)靠且(qie)集成度高(gao)、自(zi)動化程度高(gao)、便于(yu)管理、可(ke)產生(sheng)大量熱能、對周邊環境污(wu)染小(xiao)等優點，更符(fu)合垃圾(ji)(ji)處理減量化、資源化和無害(hai)化的(de)治理原則。特別是對于(yu)特殊垃圾(ji)(ji)如(ru)醫療垃圾(ji)(ji)、空港垃圾(ji)(ji)、生(sheng)物化學垃圾(ji)(ji)、危(wei)險廢棄物等，焚燒法更是最佳的(de)選(xuan)擇。
垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)時產(chan)生大量的(de)(de)(de)濃煙及有毒廢氣(qi)，特(te)別是容(rong)易(yi)產(chan)生二(er)噁(wu)英等高毒性物質(zhi)，如(ru)不能有效凈(jing)化將對環境產(chan)生嚴(yan)重的(de)(de)(de)污染(ran)。而垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)成(cheng)分(fen)存(cun)在的(de)(de)(de)不穩定(ding)性及特(te)殊垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)成(cheng)分(fen)的(de)(de)(de)復雜性使(shi)焚燒(shao)廢氣(qi)的(de)(de)(de)性質(zhi)也非常復雜，受到早期(qi)廢氣(qi)凈(jing)化技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)限制(zhi)，垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)甚至一(yi)度(du)被人們拋棄。近(jin)幾(ji)十(shi)年國際(ji)上廢氣(qi)凈(jing)化技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)突飛(fei)猛進，才大大促進了垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)發展。目前，帶有高效凈(jing)化技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)先(xian)進垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)已經普(pu)遍(bian)(bian)在發達國家受到青(qing)睞，應用越來越普(pu)遍(bian)(bian)，在各種處(chu)理方法中所占(zhan)比例也呈現出快速上升趨勢。部(bu)分(fen)發達國家的(de)(de)(de)垃(la)(la)(la)圾(ji)(ji)處(chu)理方法所占(zhan)比例如(ru)下(xia)表所示：
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表1 部分發達國家(jia)的垃圾處理(li)方法
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我(wo)國垃(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)(shao)技(ji)術(shu)起步較晚，廢(fei)氣凈化(hua)(hua)(hua)(hua)技(ji)術(shu)也比(bi)較落后，往往導致(zhi)二次(ci)污染。近(jin)幾(ji)年少數(shu)沿海發(fa)(fa)達地區開始在建設(she)大型生活(huo)垃(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)(shao)廠(chang)，并利用(yong)垃(la)(la)圾(ji)(ji)中的(de)熱能(neng)發(fa)(fa)電(dian)，同時也配套先(xian)進(jin)的(de)廢(fei)氣凈化(hua)(hua)(hua)(hua)技(ji)術(shu)。如(ru)沿海某垃(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)(shao)廠(chang)采(cai)用(yong)日本三菱的(de)成(cheng)套技(ji)術(shu)，配備余(yu)熱發(fa)(fa)電(dian)、濕法凈化(hua)(hua)(hua)(hua)及電(dian)除(chu)塵技(ji)術(shu)；廣東(dong)某市垃(la)(la)圾(ji)(ji)處(chu)理廠(chang)采(cai)用(yong)臥式(shi)垃(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)(shao)爐技(ji)術(shu)，廢(fei)氣凈化(hua)(hua)(hua)(hua)采(cai)用(yong)合肥院提(ti)供的(de)凈化(hua)(hua)(hua)(hua)技(ji)術(shu)，排(pai)放指標也達到了國家相應的(de)標準。今年由合肥院研制(zhi)的(de)更先(xian)進(jin)的(de)垃(la)(la)圾(ji)(ji)焚燒(shao)(shao)半干法凈化(hua)(hua)(hua)(hua)技(ji)術(shu)也全部(bu)完成(cheng)，即將投入試(shi)運(yun)轉。
我國自有的垃圾焚燒廢氣凈化技術雖然有了一些應用，但在實際應用中還存在一些問題，技術經濟指標與國外相比還有不小的差距。如果能獲得更多的科研投入和實踐機會，相信這項技術會越來越完善。考慮到我國垃圾焚燒市場的巨大潛力和需求，其廢氣凈化技術將產生非常可觀的環境效益和經濟效益。
2 垃圾焚燒爐廢氣性質
垃圾(ji)焚(fen)燒(shao)爐所焚(fen)燒(shao)的(de)(de)垃圾(ji)性質(zhi)不同(tong)，如生活(huo)垃圾(ji)、醫療(liao)垃圾(ji)、空港垃圾(ji)、危險廢棄物(wu)(wu)等(deng)，其廢氣(qi)性質(zhi)也(ye)有(you)(you)很(hen)大(da)區(qu)別。但(dan)總體來說(shuo)主要的(de)(de)污染物(wu)(wu)是氯的(de)(de)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)、二(er)氧(yang)化(hua)(hua)硫、一氧(yang)化(hua)(hua)碳、氮氧(yang)化(hua)(hua)物(wu)(wu)、重金屬、粉塵、二(er)噁英等(deng)等(deng)，另外煙氣(qi)中焦油含量(liang)往往也(ye)比較高。這些(xie)污染物(wu)(wu)有(you)(you)的(de)(de)是氣(qi)態(tai)(tai)形(xing)式，有(you)(you)的(de)(de)是固態(tai)(tai)形(xing)式，還(huan)有(you)(you)的(de)(de)是液態(tai)(tai)形(xing)式。其中有(you)(you)些(xie)污染物(wu)(wu)可以(yi)通過改進燃燒(shao)工藝(yi)來削減，但(dan)最重要的(de)(de)還(huan)是廢氣(qi)凈(jing)化(hua)(hua)技術及系統工藝(yi)設(she)計。生活(huo)垃圾(ji)焚(fen)燒(shao)廢氣(qi)污染物(wu)(wu)一般情(qing)況如下表(biao)所示(shi)：
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表2 生活垃圾(ji)焚(fen)燒廢(fei)氣(qi)污染(ran)物
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從上表看出，廢氣中的污染物含量是比較高的。廢氣中污染物的成分及含量與垃圾成分有很大關系，還與輔助燃料有關，如燃燒高硫煤可能會導致廢氣中二氧化硫含量大幅度上升。因此在設計凈化系統時要根據具體的垃圾成分及燃料情況來確定具體的方案。
3 國家關于廢氣排放的要求
現代垃圾(ji)(ji)(ji)焚(fen)(fen)燒爐(lu)(lu)(lu)的(de)(de)(de)廢(fei)(fei)(fei)氣中的(de)(de)(de)有害物成分(fen)大大增(zeng)加(jia)，特(te)別是(shi)特(te)殊垃圾(ji)(ji)(ji)等(deng)危險廢(fei)(fei)(fei)棄物焚(fen)(fen)燒后產生的(de)(de)(de)大量有毒(du)物質，因此各國(guo)制定的(de)(de)(de)廢(fei)(fei)(fei)氣排(pai)放(fang)標(biao)準(zhun)都比較(jiao)(jiao)嚴格。加(jia)上垃圾(ji)(ji)(ji)焚(fen)(fen)燒技(ji)(ji)術本身就(jiu)是(shi)一項環(huan)保技(ji)(ji)術，其排(pai)放(fang)標(biao)準(zhun)也將越(yue)來越(yue)嚴格，這對垃圾(ji)(ji)(ji)焚(fen)(fen)燒廢(fei)(fei)(fei)氣凈(jing)化技(ji)(ji)術提出(chu)了很高(gao)的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求。嚴格的(de)(de)(de)排(pai)放(fang)指標(biao)往往導致(zhi)凈(jing)化系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)投資及運(yun)行(xing)費用(yong)大大增(zeng)加(jia)，事實上發(fa)(fa)達國(guo)家垃圾(ji)(ji)(ji)焚(fen)(fen)燒爐(lu)(lu)(lu)的(de)(de)(de)廢(fei)(fei)(fei)氣凈(jing)化系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)投資普(pu)遍較(jiao)(jiao)大，平均占垃圾(ji)(ji)(ji)焚(fen)(fen)燒工(gong)廠總投資的(de)(de)(de)30-50%左右。國(guo)內對垃圾(ji)(ji)(ji)焚(fen)(fen)燒爐(lu)(lu)(lu)的(de)(de)(de)廢(fei)(fei)(fei)氣凈(jing)化技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)要(yao)(yao)求也比較(jiao)(jiao)高(gao)，已經制定了嚴格的(de)(de)(de)排(pai)放(fang)標(biao)準(zhun)，向國(guo)外(wai)發(fa)(fa)達國(guo)家看齊。國(guo)家現行(xing)的(de)(de)(de)關于焚(fen)(fen)燒污染控制標(biao)準(zhun)（GB18485—2001）部分(fen)數(shu)據如(ru)下：
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表3 焚(fen)燒污(wu)染控制標準部分數據(ju)
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從上述所列數據來看，國家對焚燒爐廢氣排放的限制項目比較多，排放標準也比工業上的要求要高。
4 主要技術介紹
4.1 高溫煙氣冷卻技術
直接從垃圾(ji)(ji)焚(fen)燒(shao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)排出的(de)(de)煙(yan)氣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)高(gao)達1000℃以上，必須(xu)經過(guo)降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)才(cai)能進入凈化(hua)系(xi)(xi)統。大型垃圾(ji)(ji)焚(fen)燒(shao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)的(de)(de)高(gao)溫(wen)(wen)(wen)(wen)廢氣直接通過(guo)余熱(re)鍋爐(lu)(lu)(lu)(lu)降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)，同時(shi)產生蒸汽發(fa)電(dian)，再(zai)通過(guo)省煤器(qi)(qi)降(jiang)到(dao)(dao)合適的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)。對中(zhong)(zhong)小型焚(fen)燒(shao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)，我(wo)們在出爐(lu)(lu)(lu)(lu)口(kou)設置特殊設計的(de)(de)高(gao)效(xiao)翅管空(kong)氣熱(re)換(huan)器(qi)(qi)，可將煙(yan)氣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)降(jiang)到(dao)(dao)500℃，同時(shi)利用這部分熱(re)能來節約大量的(de)(de)輔助(zhu)燃(ran)料。然后再(zai)通過(guo)直接水(shui)冷(leng)或間(jian)接水(shui)冷(leng)換(huan)熱(re)器(qi)(qi)降(jiang)到(dao)(dao)合適的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)。焚(fen)燒(shao)爐(lu)(lu)(lu)(lu)廢氣凈化(hua)技術(shu)的(de)(de)一(yi)個(ge)關鍵是溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)控(kong)制，煙(yan)氣冷(leng)卻(que)技術(shu)除了降(jiang)溫(wen)(wen)(wen)(wen)和熱(re)利用外，還直接影響廢氣中(zhong)(zhong)有害物的(de)(de)生成及化(hua)學反應環(huan)境，因此整個(ge)工藝流程中(zhong)(zhong)的(de)(de)煙(yan)氣溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)設計非常重(zhong)要(yao)，關系(xi)(xi)到(dao)(dao)整個(ge)凈化(hua)系(xi)(xi)統的(de)(de)成敗。
4.2 濕法凈化工藝
濕法凈(jing)化技術(shu)是(shi)目前國(guo)際(ji)上最成熟、應(ying)用最廣泛(fan)的工藝(yi)。其突(tu)出(chu)優點是(shi)對有(you)害氣體的凈(jing)化效(xiao)率高(gao)，降溫迅速。如比較先進(jin)的EDV技術(shu)采(cai)用噴淋洗滌塔(ta)+文丘(qiu)里洗滌器(qi)(qi)+可(ke)(ke)循環吸(xi)收塔(ta)+霧分(fen)離器(qi)(qi)+干燥裝置+高(gao)效(xiao)除塵器(qi)(qi)的流程，可(ke)(ke)以達到非常滿(man)意的排(pai)放效(xiao)果(guo)，但該工藝(yi)存(cun)在后續廢水(shui)處理問題，工藝(yi)控制技術(shu)復(fu)雜，運行阻力很高(gao)，整個系(xi)統的初投資和運行費用相當高(gao)。
對中小型(xing)焚燒爐，也可以(yi)選擇其(qi)它(ta)濕法凈化工(gong)藝(yi)，投(tou)資(zi)和(he)運(yun)行(xing)費用相(xiang)對較低，也能夠滿足相(xiang)應的國家排(pai)放標(biao)(biao)(biao)(biao)準。如2000年合肥院向廣東某垃圾(ji)處理廠新建(jian)垃圾(ji)焚燒爐提供了(le)一(yi)套廢氣(qi)凈化裝置，經過近2年的運(yun)行(xing)，證明(ming)基本上(shang)達到設計要求。經當地(di)環保監(jian)測站監(jian)測，除一(yi)氧(yang)化碳(tan)單項指標(biao)(biao)(biao)(biao)以(yi)外，其(qi)它(ta)污染物排(pai)放全(quan)部達到相(xiang)應國家標(biao)(biao)(biao)(biao)準。在經過后來的爐內燃燒工(gong)藝(yi)技術改(gai)造后，一(yi)氧(yang)化碳(tan)的排(pai)放也最終達標(biao)(biao)(biao)(biao)。其(qi)工(gong)藝(yi)流程如下(xia)：
4.3 干法凈化工藝
干(gan)(gan)(gan)法(fa)(fa)凈(jing)化(hua)系統(tong)是由(you)高速冷卻器+干(gan)(gan)(gan)法(fa)(fa)吸收(shou)反應(ying)塔+高效(xiao)除塵器組成。該技術的(de)(de)核心是干(gan)(gan)(gan)法(fa)(fa)吸收(shou)反應(ying)塔，并對反應(ying)時間和溫度有(you)嚴格(ge)的(de)(de)要求，凈(jing)化(hua)效(xiao)率一般很難做(zuo)到很高。但其工藝流程簡單，系統(tong)阻力低，運行可靠(kao)便于維(wei)護，投(tou)資(zi)及運行費用(yong)較省。因此許多發達國家不遺(yi)余力的(de)(de)進行該技術的(de)(de)研究(jiu)，取得了一定的(de)(de)進展(zhan)，也有(you)不少成功的(de)(de)應(ying)用(yong)實例。
干法凈化系統(tong)(tong)使(shi)用(yong)大量的吸收(shou)劑，怎樣(yang)提高其利用(yong)率及進一步降低有害物(wu)排放仍(reng)是一個課題。系統(tong)(tong)末端的除(chu)塵器(qi)(qi)要求采(cai)用(yong)高濃度袋除(chu)塵器(qi)(qi)，其技術(shu)已經非常成熟。
4.4 半干法凈化工藝
半(ban)干法凈(jing)(jing)化技(ji)術是一(yi)種(zhong)(zhong)先(xian)進的(de)氣體凈(jing)(jing)化技(ji)術，具有凈(jing)(jing)化效率高，無廢(fei)水二次(ci)污染，工藝(yi)流程簡潔的(de)特點，初投資及運行費用也不(bu)太貴(gui)。該(gai)技(ji)術的(de)研究和(he)應用發展很快(kuai)，目前(qian)(qian)已經趨于成熟，是非(fei)常(chang)有前(qian)(qian)途的(de)一(yi)種(zhong)(zhong)技(ji)術。半(ban)干法凈(jing)(jing)化技(ji)術被美國(guo)國(guo)家環(huan)保(bao)局定位生活(huo)垃圾焚燒爐最佳凈(jing)(jing)化工藝(yi)，也非(fei)常(chang)適合當前(qian)(qian)中國(guo)的(de)國(guo)情(qing)。
2002年(nian)合肥院(yuan)為深圳(zhen)某垃(la)圾(ji)處理廠新(xin)建的垃(la)圾(ji)焚燒(shao)爐項目提(ti)供的設計方案簡述如下(xia)：
流程(cheng)包括一個主系(xi)統和三個輔助子系(xi)統。
主系統是焚燒爐排出的(de)(de)高溫煙氣(qi)（已經(jing)過(guo)(guo)爐內(nei)空氣(qi)預(yu)熱器后降(jiang)至500℃）先進(jin)入(ru)噴霧干燥吸(xi)(xi)收塔(ta)（SDA）和噴入(ru)的(de)(de)高度(du)霧化并均勻分布的(de)(de)鈣液(ye)充分混(hun)合反應(ying)；急(ji)冷降(jiang)溫的(de)(de)煙氣(qi)和部分尚未完全反應(ying)的(de)(de)干態吸(xi)(xi)收劑(ji)進(jin)入(ru)專(zhuan)門(men)設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)流(liu)態化反應(ying)器（VRI）進(jin)一步進(jin)行氣(qi)固反應(ying)，VRI中增(zeng)加活性炭噴射(she)系統；經(jing)過(guo)(guo)VRI處理后的(de)(de)含塵(chen)氣(qi)體(ti)進(jin)入(ru)專(zhuan)門(men)設(she)計(ji)(ji)的(de)(de)高壓(ya)脈(mo)沖除塵(chen)器過(guo)(guo)濾凈(jing)化，最后符合標準的(de)(de)廢氣(qi)經(jing)風機排入(ru)大氣(qi)。
三個(ge)輔助(zhu)子系(xi)統(tong)是吸(xi)收劑制(zhi)備與(yu)供(gong)應系(xi)統(tong)、壓(ya)縮空氣制(zhi)備與(yu)供(gong)應系(xi)統(tong)、計算機控制(zhi)與(yu)監測(ce)(ce)系(xi)統(tong)（DMS）、還(huan)提供(gong)先進(jin)的氣體成(cheng)分(fen)監測(ce)(ce)與(yu)分(fen)析系(xi)統(tong)（EMS）。
SDA是煙(yan)氣急(ji)冷和脫除酸(suan)性化合(he)物的(de)主(zhu)要場所，在SDA中，Ca(OH)2漿液被霧化，與(yu)煙(yan)氣充分混(hun)合(he)。發生(sheng)化學反應如下：
CaO+H2O→Ca(OH)2
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O
或SO2+CaO+1/2H2O→CaSO3·1/2 H2O
部(bu)分CaSO3·1/2 H2O再被(bei)進一步氧化為CaSO4·2H2O。
從物理過(guo)程來看，經霧化(hua)的Ca(OH)2漿液被引入SDA中與熱煙氣接觸(chu)，微小液滴同時發生三種傳熱、傳質過(guo)程，即：
(1)酸性氣體從氣相進入(ru)液滴的傳質過(guo)程；
(2)被吸收的酸(suan)與溶(rong)解的Ca(OH)2發生化學(xue)反應；
(3)液(ye)滴內水分(fen)的蒸發(fa)。
一般來(lai)說，吸收(shou)塔(ta)出口(kou)煙氣溫度(du)越接(jie)近飽和溫度(du)，酸(suan)性(xing)(xing)氣體(ti)去除效果越好(hao)，但是考(kao)慮到垃圾(ji)焚燒爐煙氣中HCl含量較高，接(jie)近飽和溫度(du)會造成(cheng)嚴重的(de)沉降(jiang)(jiang)和固體(ti)處(chu)理(li)問(wen)題(ti)，其原因(yin)是產(chan)生了CaCl2，由(you)于CaCl2的(de)吸濕特(te)性(xing)(xing)，在接(jie)近飽和時(shi)這(zhe)些(xie)顆粒(li)要達(da)到充分(fen)干(gan)燥非常困難。氣流中這(zhe)些(xie)顆粒(li)就會凝(ning)聚在容器(qi)和除塵器(qi)壁上，形成(cheng)沉降(jiang)(jiang)層。CaCl2吸濕特(te)性(xing)(xing)降(jiang)(jiang)低了水在液(ye)滴表面的(de)蒸(zheng)氣壓力，從而導致(zhi)干(gan)燥速率下降(jiang)(jiang)，因(yin)此，為保(bao)證達(da)到要求的(de)污染物去除效率和反應(ying)產(chan)物所含水分(fen)充分(fen)蒸(zheng)發，出塔(ta)煙氣溫度(du)控制在140-150℃，液(ye)滴在吸收(shou)器(qi)內的(de)停留時(shi)間(jian)范圍為10秒(miao)。
合(he)肥院提供的SDA有如(ru)下(xia)特點(dian)：
1、允許入(ru)口溫度500℃，最高550℃，這樣節省了(le)系(xi)統前一部分煙氣降溫的費用，減少(shao)了(le)系(xi)統阻力。
2、對500℃以上(shang)的高溫煙氣(qi)進行急冷，有(you)效防止二噁英的生成。
3、采(cai)用(yong)高(gao)效(xiao)FM噴(pen)頭(tou)及均(jun)勻噴(pen)霧區設(she)計(ji)，能(neng)保證霧滴在0.3～0.5秒時間內(nei)汽(qi)化，保證急(ji)冷(leng)效(xiao)果。
4、SDA提(ti)供了足夠的(de)反應時(shi)間，并采用了特別的(de)湍流區設(she)計，大(da)大(da)提(ti)高(gao)了傳熱、傳質的(de)速度(du)，吸收效(xiao)率大(da)大(da)提(ti)高(gao)。
5、采(cai)用特殊的鋼結(jie)構設計及耐溫(wen)防腐技術，有效消除了結(jie)構中可(ke)能產(chan)生的熱應力，并有較長的使(shi)用壽(shou)命(ming)。
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表4 合肥院的SDA部分設計數(shu)據
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噴霧干燥塔雖然獲(huo)得(de)(de)了(le)很(hen)好的(de)(de)(de)(de)(de)急冷(leng)(leng)效(xiao)(xiao)果，同時(shi)也獲(huo)得(de)(de)了(le)較好的(de)(de)(de)(de)(de)酸性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)去除率(lv)，但由(you)于(yu)(yu)(yu)SDA固(gu)(gu)有(you)(you)的(de)(de)(de)(de)(de)結構模型，始終無法獲(huo)得(de)(de)更高(gao)(gao)(gao)程度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)紊態(tai)流(liu)(liu)化區(qu)，因此氣(qi)(qi)(qi)固(gu)(gu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)(xiao)率(lv)不(bu)可能非常(chang)完(wan)全，這(zhe)(zhe)在國(guo)外(wai)大(da)(da)(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用已經(jing)獲(huo)得(de)(de)充分(fen)證(zheng)明。另外(wai)由(you)于(yu)(yu)(yu)SDA承(cheng)擔的(de)(de)(de)(de)(de)急冷(leng)(leng)任務，使得(de)(de)整個反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)區(qu)溫(wen)度(du)場(chang)變化很(hen)大(da)(da)(da)，而(er)這(zhe)(zhe)種溫(wen)度(du)區(qu)布置相當不(bu)利(li)于(yu)(yu)(yu)二氧化硫(liu)等物(wu)(wu)質的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)。因此合肥院根(gen)據發(fa)達國(guo)家(jia)和(he)地區(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)經(jing)驗，專門(men)設(she)計了(le)流(liu)(liu)態(tai)化低溫(wen)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)裝置（VRI）來解決(jue)這(zhe)(zhe)個問題。VRI設(she)置了(le)一個高(gao)(gao)(gao)度(du)流(liu)(liu)態(tai)化的(de)(de)(de)(de)(de)平臺，來自SDA的(de)(de)(de)(de)(de)煙氣(qi)(qi)(qi)在這(zhe)(zhe)里處于(yu)(yu)(yu)高(gao)(gao)(gao)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)紊流(liu)(liu)狀態(tai)，反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)面(mian)積和(he)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)效(xiao)(xiao)率(lv)大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)提(ti)高(gao)(gao)(gao)，非常(chang)有(you)(you)利(li)于(yu)(yu)(yu)氣(qi)(qi)(qi)固(gu)(gu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)進(jin)行(xing)。另外(wai)VRI的(de)(de)(de)(de)(de)流(liu)(liu)體(ti)(ti)溫(wen)度(du)控制在110~140℃之(zhi)間，這(zhe)(zhe)個溫(wen)度(du)區(qu)間非常(chang)有(you)(you)利(li)于(yu)(yu)(yu)二氧化硫(liu)等氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)吸(xi)收(shou)。由(you)于(yu)(yu)(yu)吸(xi)收(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)主要產物(wu)(wu)CaSO3、CaCl2的(de)(de)(de)(de)(de)摩爾容積比Ca(OH)2或CaO更大(da)(da)(da)，反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)生成物(wu)(wu)很(hen)容易覆蓋住新(xin)鮮吸(xi)收(shou)劑的(de)(de)(de)(de)(de)微粒表面(mian)，阻止了(le)酸性(xing)氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)向其內(nei)部(bu)擴散，從而(er)使反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)停止。由(you)于(yu)(yu)(yu)VRI的(de)(de)(de)(de)(de)紊流(liu)(liu)作用，吸(xi)收(shou)劑顆粒之(zhi)間相互磨(mo)擦，將外(wai)層磨(mo)去，內(nei)層不(bu)斷(duan)暴露，提(ti)高(gao)(gao)(gao)了(le)吸(xi)收(shou)劑的(de)(de)(de)(de)(de)利(li)用率(lv)。同時(shi)VRI還提(ti)供(gong)了(le)吸(xi)收(shou)劑的(de)(de)(de)(de)(de)再循環。由(you)于(yu)(yu)(yu)VRI具有(you)(you)較高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)固(gu)(gu)分(fen)離效(xiao)(xiao)果，它對氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)中的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)粉末(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)離效(xiao)(xiao)率(lv)達到80%，只有(you)(you)20%的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)跟隨氣(qi)(qi)(qi)體(ti)(ti)進(jin)入(ru)下一級的(de)(de)(de)(de)(de)袋除塵器。而(er)80%的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)重新(xin)循環進(jin)入(ru)SDA的(de)(de)(de)(de)(de)末(mo)端參與(yu)反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)。由(you)于(yu)(yu)(yu)這(zhe)(zhe)些固(gu)(gu)體(ti)(ti)粉體(ti)(ti)中含有(you)(you)大(da)(da)(da)量(liang)未反(fan)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)完(wan)全的(de)(de)(de)(de)(de)活性(xing)鈣(gai)，因此大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)提(ti)高(gao)(gao)(gao)了(le)鈣(gai)的(de)(de)(de)(de)(de)利(li)用效(xiao)(xiao)率(lv)。
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4.5 除塵器技術
煙氣(qi)中(zhong)絕大(da)多數(shu)的(de)(de)(de)(de)重金屬和致命的(de)(de)(de)(de)二噁(wu)英(ying)都吸附在(zai)顆粒物(wu)上，因此(ci)系統末端的(de)(de)(de)(de)除(chu)塵器(qi)(qi)必須(xu)要確保高效。對濕法(fa)凈化系統來(lai)(lai)說可(ke)以(yi)選(xuan)擇電除(chu)塵器(qi)(qi)或袋除(chu)塵器(qi)(qi)，而對于半干(gan)法(fa)工(gong)藝或干(gan)法(fa)工(gong)藝則應(ying)首選(xuan)袋除(chu)塵器(qi)(qi)。由于袋除(chu)塵器(qi)(qi)在(zai)濾袋表面能夠提供一(yi)個動態的(de)(de)(de)(de)反應(ying)床，可(ke)以(yi)提高吸收劑的(de)(de)(de)(de)利用效率和進一(yi)步(bu)降低有害(hai)氣(qi)體的(de)(de)(de)(de)排放，近年來(lai)(lai)新建的(de)(de)(de)(de)垃(la)圾焚燒爐凈化工(gong)藝越(yue)來(lai)(lai)越(yue)傾向于使(shi)用袋除(chu)塵器(qi)(qi)。
不完(wan)全反應的氫(qing)氧化(hua)鈣和(he)尚未飽(bao)和(he)的活性炭(tan)粉，停(ting)留于濾布表面時(shi)，煙(yan)氣中殘余的氯化(hua)氫(qing)、硫氧化(hua)物、氟(fu)化(hua)氫(qing)、重金屬(shu)和(he)二噁英類再次得到凈化(hua)。完(wan)成(cheng)反應如下：
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
Ca(OH)2+2HF→CaF2+2H2O
值的(de)注(zhu)意的(de)是，第二(er)項反(fan)應在100℃以(yi)上的(de)環(huan)境中是需(xu)要靠第一(yi)項反(fan)應生(sheng)成，當有催化劑方可(ke)發(fa)生(sheng)。
4.6系統控制技術
1、采用DSC為核心的綜(zong)合控(kong)制系(xi)統；
2、提供(gong)簡單易用(yong)的(de)操作界面(mian)，所有系統的(de)狀態信息由液晶(jing)屏顯示，操作人員可直觀地(di)讀取或修改參數；
3、提供自動(dong)診(zhen)斷模塊，實(shi)時(shi)監控(kong)設(she)備運(yun)行情(qing)況及有關傳感(gan)器(qi)、接(jie)觸器(qi)、繼電器(qi)和開關，及時(shi)顯(xian)示運(yun)行中的各種故(gu)障和信息，在出廠(chang)時(shi)已經(jing)完成測試；
4、提供定(ding)阻或定(ding)時聯(lian)合清灰(hui)設(she)計和(he)停(ting)機(ji)自清洗控制技(ji)術；
5、自(zi)動選擇系統最(zui)佳工作模(mo)式(shi)；
6、提供系統溫度(du)狀態控制；
7、可提供(gong)煙(yan)氣壓力(li)控(kong)制(zhi)技(ji)術(shu)；
8、獨立卸灰控制系統；
9、具(ju)有公開協議支持的(de)通(tong)訊能力，可以方便地實現信(xin)息(xi)傳遞(di)和遠程控制；
10、提供進入系統安全保護。
5 幾個技術問題的探討
5.1 關于煙氣的急冷
垃圾焚燒(shao)爐煙氣(qi)在(zai)500~300℃溫度(du)范圍內容易產生二噁英，因此避免煙氣(qi)在(zai)該溫度(du)區間里滯(zhi)留過長時間非(fei)常重要。要做(zuo)到這(zhe)一(yi)點，必須實(shi)(shi)(shi)現高(gao)溫煙氣(qi)的(de)(de)(de)快速冷(leng)卻(que)。根據傳(chuan)(chuan)質傳(chuan)(chuan)熱理論，要實(shi)(shi)(shi)現高(gao)速的(de)(de)(de)熱交換，利用水(shui)的(de)(de)(de)汽化(hua)(hua)非(fei)常有效而(er)廉(lian)價。如果煙氣(qi)的(de)(de)(de)溫度(du)降確定，只要低溫液態(tai)水(shui)霧化(hua)(hua)的(de)(de)(de)粒徑(jing)足夠(gou)小，靜壓足夠(gou)低，霧化(hua)(hua)水(shui)和煙氣(qi)分布均勻，流態(tai)處于喘流狀(zhuang)態(tai)，就可(ke)以實(shi)(shi)(shi)現煙氣(qi)的(de)(de)(de)高(gao)速冷(leng)卻(que)。已(yi)經有的(de)(de)(de)經驗可(ke)以做(zuo)到在(zai)一(yi)定的(de)(de)(de)溫度(du)場和流場中，水(shui)霧在(zai)10ms內全(quan)部蒸發，從而(er)實(shi)(shi)(shi)現急冷(leng)。幾乎(hu)所有工業領(ling)域煙氣(qi)的(de)(de)(de)高(gao)速冷(leng)卻(que)都是這(zhe)樣實(shi)(shi)(shi)現的(de)(de)(de)。
合肥院提供的冷卻塔技術提供了設計優良的傳質傳熱區(qu)及可轉向噴頭，使霧滴和煙氣始(shi)終處(chu)于充分接(jie)觸(chu)狀態，而高(gao)(gao)壓旋轉霧化(hua)噴頭能夠提供極小(xiao)粒徑的均勻水霧，另外足夠的塔體高(gao)(gao)度保證了液滴的充分蒸發，滿足急(ji)冷的需要。
由于PCDDS和(he)PCDFS有機污染物(wu)越來越受(shou)到國家的重視(shi)，我(wo)(wo)國新頒(ban)布(bu)的《危險廢物(wu)焚燒污染控(kong)制標準(zhun)(zhun)》中對其排放(fang)濃度制定了(le)嚴格(ge)的標準(zhun)(zhun)。據此(ci)，我(wo)(wo)們還建議(yi)采取以(yi)(yi)下幾方面從(cong)源頭上加以(yi)(yi)控(kong)制：
· 選用(yong)合適的焚燒爐(lu)型(xing)，使垃圾在焚燒爐(lu)內得以充分燃燒，監測CO的濃度，并作(zuo)為燃燒控制(zhi)的參數(shu)，調節送風量和燃燒器的動作(zuo)。
· 控制爐(lu)膛和二燃室的溫度不低(di)于1000℃，并(bing)且(qie)煙氣在二次爐(lu)內的停(ting)留時間(jian)不小(xiao)于2秒(miao)，使二噁英徹底分解。
· 抑制HCl、CuO、CuCl2的產(chan)生。
· 高溫(wen)煙氣(qi)(qi)(qi)采用急冷(leng)措施，使煙氣(qi)(qi)(qi)從850℃快速(su)冷(leng)卻至250℃，縮短了煙氣(qi)(qi)(qi)在500~300℃的二(er)噁英(ying)易重新(xin)合成溫(wen)度區間的停留(liu)時間，減(jian)少了因(yin)煙氣(qi)(qi)(qi)溫(wen)度降低而導致(zhi)二(er)噁英(ying)重新(xin)合成的幾率。
· 選用(yong)高效布袋除塵(chen)器，并在(zai)進入布袋除塵(chen)器前的煙(yan)道上設置(zhi)活性炭(tan)噴(pen)射裝(zhuang)置(zhi)，進一步吸附二(er)噁英。
5.2 關于Ca的消耗量及利用率
對同樣的(de)酸性煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)吸收來說(shuo)，理論上鈣(gai)的(de)消(xiao)耗量是一樣的(de)，但這基于鈣(gai)液(ye)(ye)的(de)活性、鈣(gai)液(ye)(ye)霧滴的(de)大小及與煙(yan)(yan)氣(qi)(qi)接觸的(de)充(chong)分(fen)程(cheng)度(du)(du)(du)。我們采用(yong)一定(ding)細度(du)(du)(du)的(de)高純度(du)(du)(du)的(de)氧(yang)化鈣(gai)制成(cheng)一定(ding)濃度(du)(du)(du)的(de)氫氧(yang)化鈣(gai)溶液(ye)(ye)，以保(bao)證活性。而鈣(gai)的(de)消(xiao)耗量主要取決于其利用(yong)率。
在(zai)干法、半干法脫硫(liu)工藝應(ying)(ying)用(yong)中，吸(xi)收劑利用(yong)率低一(yi)直是(shi)一(yi)個重(zhong)要問題(ti)。在(zai)此(ci)工藝中CaO或Ca(OH)2被噴(pen)入與煙氣接(jie)觸反(fan)應(ying)(ying)，但仍有大量的(de)吸(xi)收劑未反(fan)應(ying)(ying)。原(yuan)因是(shi)CaSO4的(de)摩爾(er)容積(ji)比Ca(OH)2或CaO的(de)大，反(fan)應(ying)(ying)生成的(de)CaSO3、CaSO4覆蓋住了(le)吸(xi)收劑微粒表(biao)面，吸(xi)收劑的(de)孔被堵塞，阻(zu)止了(le)SO2向其內(nei)部擴散，從而使(shi)反(fan)應(ying)(ying)停止。VRI中顆粒物(wu)(wu)存(cun)在(zai)不(bu)斷磨擦，這意味著CaSO3、CaSO4惰性產物(wu)(wu)層將不(bu)斷地被剝落，提高了(le)吸(xi)收劑的(de)利用(yong)率。
為進一(yi)步(bu)減少吸收劑用(yong)量，降(jiang)低運行費用(yong)，目前我們主要(yao)采用(yong)吸收劑再循環和(he)增加(jia)高(gao)效(xiao)添加(jia)劑的辦法，但仍需(xu)進一(yi)步(bu)努力以提高(gao)鈣的利(li)用(yong)率。
5.3 氮氧化物的去除
常用的技術措施是通過垃圾焚燒過程的燃燒控制，抑制氮氧化物有害氣體成分的產生。
垃圾(ji)焚燒煙氣中氮氧化(hua)(hua)物以一(yi)氧化(hua)(hua)氮為(wei)主，采(cai)用添加各種(zhong)化(hua)(hua)學藥劑來去除氮氧化(hua)(hua)物的方法(fa)有(you)濕式(shi)法(fa)和干(gan)式(shi)法(fa)兩種(zhong)，其中干(gan)式(shi)法(fa)又(you)可分為(wei)無催化(hua)(hua)劑法(fa)和有(you)催化(hua)(hua)劑法(fa)兩種(zhong)，即選(xuan)擇(ze)性非(fei)催化(hua)(hua)還原法(fa)（SNCR）、選(xuan)擇(ze)性催化(hua)(hua)還原法(fa)（SCR），濕式(shi)法(fa)有(you)氧化(hua)(hua)吸收法(fa)、吸收還原法(fa)等。
選擇性非催化還原法（SNCR）是在(zai)煙氣溫度800~1000℃，氨(an)(an)在(zai)與(yu)(yu)氧(yang)(yang)共存的(de)條件下，與(yu)(yu)氮(dan)氧(yang)(yang)化物進(jin)行選擇性的(de)反應，以(yi)脫除煙氣中(zhong)(zhong)的(de)氮(dan)氧(yang)(yang)化物，噴入的(de)藥劑有氨(an)(an)水和尿(niao)素(su)，其中(zhong)(zhong)尿(niao)素(su)比氨(an)(an)水價格(ge)高，而且(qie)用(yong)尿(niao)素(su)操作時危險性大。
選(xuan)擇性催化(hua)(hua)還原法（SCR）是在煙氣(qi)(qi)溫度(du)400℃以(yi)下時，將煙氣(qi)(qi)通(tong)(tong)過催化(hua)(hua)劑層(ceng)，與(yu)噴入的(de)(de)(de)氨(an)進(jin)行(xing)(xing)選(xuan)擇性的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學反(fan)應(ying)(ying)（同時需要(yao)氧(yang)），從而去除(chu)煙氣(qi)(qi)中(zhong)的(de)(de)(de)氮氧(yang)化(hua)(hua)物。催化(hua)(hua)劑通(tong)(tong)常采(cai)用(yong)五氧(yang)化(hua)(hua)二(er)礬（活性物）一氧(yang)化(hua)(hua)鈦(tai)（載體），催化(hua)(hua)劑采(cai)用(yong)專為含塵(chen)煙氣(qi)(qi)脫氮用(yong)的(de)(de)(de)形狀。在催化(hua)(hua)劑表面(mian)氨(an)與(yu)氮氧(yang)化(hua)(hua)物基(ji)本上進(jin)行(xing)(xing)等摩爾數反(fan)應(ying)(ying)，在溫度(du)與(yu)催化(hua)(hua)劑量足夠的(de)(de)(de)情(qing)況下，基(ji)本上不殘留(liu)未反(fan)應(ying)(ying)的(de)(de)(de)氨(an)，氮氧(yang)化(hua)(hua)物的(de)(de)(de)去除(chu)率較高，該(gai)反(fan)應(ying)(ying)在700℃以(yi)上時無(wu)催化(hua)(hua)劑也(ye)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)(xing)化(hua)(hua)學反(fan)應(ying)(ying)，采(cai)用(yong)催化(hua)(hua)劑后400℃以(yi)下也(ye)能(neng)反(fan)應(ying)(ying)。
該方法存在(zai)問題有：a.催化(hua)(hua)劑長時(shi)間(jian)運行的情況不明，催化(hua)(hua)劑價格(ge)太高。b.為了維持良好的活性，五氧(yang)化(hua)(hua)二(er)(er)礬-氧(yang)化(hua)(hua)鈦（V2O5-TiO2）催化(hua)(hua)劑的溫度(du)(du)必(bi)須在(zai)250℃以上，但是為了防(fang)止二(er)(er)噁英(ying)類的產生，要(yao)求煙(yan)氣溫度(du)(du)不斷下調(diao)，但低溫下氯化(hua)(hua)銨(an)生成會對催化(hua)(hua)劑產生毒素。
濕式法是(shi)基于煙氣中的(de)(de)氮(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)基本上為一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)氮(dan)(dan)，因(yin)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)氮(dan)(dan)不易被(bei)(bei)水(shui)或(huo)堿(jian)(jian)性溶(rong)液(ye)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)，但如(ru)果將(jiang)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)氮(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)成(cheng)(cheng)二氧(yang)(yang)化(hua)氮(dan)(dan)，可以被(bei)(bei)堿(jian)(jian)溶(rong)液(ye)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)，同時對氯化(hua)氫和(he)硫(liu)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)、汞也有很大的(de)(de)去(qu)除效(xiao)果。氧(yang)(yang)化(hua)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)法是(shi)在(zai)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)劑溶(rong)液(ye)中加(jia)入如(ru)次氯酸(suan)(suan)鈉強氧(yang)(yang)化(hua)劑，將(jiang)一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)氮(dan)(dan)轉換成(cheng)(cheng)二氧(yang)(yang)化(hua)氮(dan)(dan)，再(zai)通過加(jia)入鈉堿(jian)(jian)性溶(rong)液(ye)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)，達到去(qu)除氮(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)還原法是(shi)在(zai)加(jia)入二價鐵離子，使一(yi)氧(yang)(yang)化(hua)氮(dan)(dan)成(cheng)(cheng)為EDTA化(hua)合物(wu)，再(zai)與亞硫(liu)酸(suan)(suan)根或(huo)硫(liu)酸(suan)(suan)氫根反應，達到去(qu)除氮(dan)(dan)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。此法因(yin)成(cheng)(cheng)本較(jiao)高(gao)和(he)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)(shou)排出廢水(shui)處理(li)困難，一(yi)般較(jiao)少采(cai)用。
其他去除氮氧(yang)化(hua)(hua)物的方法還(huan)有：①向(xiang)煙氣(qi)中注入臭氧(yang)。②電(dian)離輻射或使一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)氮在(zai)氣(qi)相條件下氧(yang)化(hua)(hua)。③強(qiang)放(fang)電(dian)使一(yi)氧(yang)化(hua)(hua)氮酸化(hua)(hua)。
垃圾焚燒煙氣(qi)中氮氧化(hua)物的(de)凈(jing)化(hua)，宜采用選(xuan)擇性非催化(hua)法（SNCR）。
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