半干式烟气净化在双港垃圾焚烧发电厂的应用
天津泰达环保有限公司承建的双港垃圾焚烧发电厂, 位于天津市津南开发区双港镇西, 2005 年5 月正式运行。无害化处理生活垃圾能力1200t/d, 利用焚烧垃圾的余热发电, 年上网发电量1.2 亿kWh, 实现了垃圾的减量化、无害化和资源化。
双港垃圾焚烧发电厂焚烧采用SN 型炉排技术, 对于工艺流程中的关键问题—烟气处理, 采用“半干式吸收塔+活性炭+袋式除尘器”的组合工艺, 有效去除各种酸性气体、二恶英及有害重金属, 远远优于我国规定的排放标准, 某些排放指标达到欧盟的标准, 达到了居民区的环保要求。
烟气净化工艺系统及工艺流程如图1 所示。
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半干法工艺原理为用CaO 粉剂或Ca(OH) 2 粉剂作为吸收剂。当用CaO 粉剂作脱硫剂时, 先进入消化器中加水消化成Ca(OH) 2, 然后与布袋除尘器及机械预分离器除下的大量飞灰一起进入增湿反应器。在此加水增湿使混合灰的水份从2%增加到4%左右, 然后含Ca(OH) 2 的循环灰以流化风为动力, 借助烟道负压进入反应器。由于有很大的蒸发表面, 水份蒸发很快, 在较短的时间内使烟气温度从约200℃冷却到约 130℃, 烟气的相对湿度迅速增加, 形成一个较好的脱硫工况。
烟气中的其它酸性气体如HCl、HF 等由于比SO2 更易于与Ca( OH) 2 反应, 因此, 只要保持1s 左右的反应时间, 几乎所有的HCl、HF 都能被有效去除。此外, 因垃圾中含有大量的含氯有机物, 受垃圾焚烧炉型式和混合不均匀等问题的限制, 在焚烧过程中会产生微量但毒性极大的物质, 如二恶英(PCDD) 和呋喃 (PCDF) 。为了减少PCDD 和PCDF 的生成, 除在锅炉系统应保证燃烧温度、保证停留时间外, 还在炉后采取以下措施: 因二恶英、呋喃在低温(200℃以下) 都是以固态的方式吸附在粉尘的表面, 因而喷水降温, 即能大大减少在气态中的含量。另一方面, 向系统喷加具有高活性表面的木质活性炭, 以吸附上述有毒物质。
反应塔由旋转喷雾器和筒体以及锥斗底部的卸灰装置组成, 在反应塔里有以下几个过程[7]: 1) 石灰浆液与烟气混合反应, 去除酸性气体和部分重金属; 2) 水份气化, 使烟气得到冷却; 3) 干燥反应残余物。 Ca( OH) 2 和水在反应塔内与烟气接触的化学反应为:
2HCl + Ca( OH) 2 → CaCl2 + 2H2O
2HF + Ca( OH) 2 → CaF2 + 2H2O
SO2 + Ca( OH) 2 + 1/2O2 → CaSO4 + 2H2O
石灰浆制备系统制成的Ca(OH) 2 溶液由喷嘴或旋转喷雾器喷入反应塔中, 形成粒径极细的碱性泥浆, 由水分的挥发以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。烟气和石灰浆常采用顺流设计, 亦有少部分使用逆流设计, 无论采取何种流动方法, 其主要目的均为维持烟气与石灰浆微粒充分反应的接触时间, 以获得高去除效率。携有大量粒状物的烟气从反应塔出来进入下游的袋式除尘器, 部分未反应的石灰附在滤袋上与通过滤袋的酸气再次反应, 使去除效率进一步提高。
袋式除尘器安装在半干法脱硫反应塔与引风机之间, 其工作原理是利用布袋滤料纤维的拦截作用使滤带上面先附上一层粉尘, 再用附着的一次尘过滤二次尘, 也就是用粉尘过滤粉尘, 因此净化效率高。来自反应器的含尘烟气进入除尘器后, 粉尘被一次尘捕集在滤袋外, 净化后的气体从滤袋内部自下而上进入净气室, 然后经过引风机从烟囱排入大气。当滤带达到设定阻力时, 就需清灰。清灰分室轮流进行。清灰时, 先关闭该气室, 然后通过脉冲向布袋喷入压缩空气, 使灰很快从布袋的一次尘外剥离, 清下的灰落入下部的集灰槽。由流化床焚烧锅炉排出的烟气, 经反应器除去SO2 和 HCl, 尾气进入布袋除尘器进一步除尘, 经上述处理后的烟气, 通过烟囱排入大气。可提高脱硫效率10%以上。
系统运行后, 污染物排放浓度见下表。
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污染物排放浓度
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津环监验字(2005) 第004 号验收报告结果显示, 双港垃圾焚烧发电厂排出的废气, 如二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、铅、镉、汞、氯化氢、硫化氢、氨气、臭气, 其浓度分别符合《生活垃圾焚烧污染控制标准》和《恶臭污染物排放标准》规定的限值。而厂界环境颗粒物周界外浓度最高点也符合《大气污染物综合排放标准》规定的浓度限值; 废水排放符合《污水综合排放标准》的相关规定; 噪声影响厂界声级符合《工业企业厂界噪声标准》的相关规定。中科院大连化学物理研究所现代分析中心对二恶英的排放进行了检测, 检测结果显示, 本项目中二恶英的排放平均值为 0.065ng/m3, 优于欧盟规定的二恶英排放标准, 低于我国排放标准的1/10。
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