垃圾焚烧发电厂烟气净化技术方案的选择
摘要：分析比较垃圾焚烧发电厂烟气净化技术特点。通过综合考虑进行决策，选出最优的技术方案。给出了烟气净化技术方案选择的方法。
关键词：垃圾焚烧发电厂,烟气净化技术,选择
垃圾焚烧发电厂中烟气净化系统的建设是一次性投资和持续性运行投入均较高的环保项目，约占整个垃圾发电厂工程造价的1/3。因此，如何结合资源条件，科学合理地选择切合实际的烟气净化技术十分重要。只有选择合适的烟气净化技术，才能用最小的投资达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485- 2001中规定的要求，达到保护环境的目的，从而提高电厂的经济效益和社会效益。
1 几种工艺的比较
目前，国内外垃圾焚烧行业的烟气净化工艺有多种方案，主要为脱酸系统和除尘系统的不同组合。
1.1 脱酸系统比较
垃圾焚烧中产生的酸性气体有HCl、SO2 等，脱除酸性气体的方法概括起来可分湿法、半干法、干法三种。它们对HCl 的去除效率分别为98%、90%、80%，对SO2 的去除效率分别为95%、80%～90%、75%，对吸收剂消耗过量系数为1、2、3。
显然，湿式洗涤法对酸性气体的去除效果较好。但由于湿式洗涤法存在污水处理问题，其系统的投资费用约为半干法系统的1.75倍，同时其操作和维修费用也相应增加。
干式脱酸法设备投资与半干法接近，但对酸性气体的去除效果较差。
半干法最大的特点是充分利用烟气中的余热，使吸收剂中的水分蒸发，净化反应产物以干态固体的形式排出，避免了湿法净化技术的缺点。其净化过程是将烟气从较高温度降到设定温度，并喷入碱性吸收剂，使之与烟气中的酸性气体反应，且同时得到干燥的盐类产物，再用除尘器加以回收。将碱性吸收剂与烟气中的酸性气体进行充分的传质传热，不但提高了效率，同时也可将反应生成物得到干燥，最终得到易处理的干粉状生成物。半干法工艺较成熟，设备简单，一次性投资较低。其优点为：净化效率高，流程简单，设备少；生成物易处理，无二次污染；控制系统温湿度，可避免设备腐蚀；不结垢、不堵塞；对负荷波动适应性好，吸收剂用量可按烟气中污染物浓度进行调节；操作方便，维修量小；水耗量少，占地面积小。
半干法脱酸已具有良好的应用实践，国内外焚烧厂业绩表明其可靠性高，性能良好。
1.2 半干法脱酸塔形式的选择
半干法脱酸塔有多种形式，如喷雾干燥吸收塔、气体悬浮式吸收塔、增湿灰吸收法（即多组份有毒废气治理技术）及循环灰吸收法。
1.2.1 喷雾干燥吸收塔
喷雾干燥吸收塔净化吸收剂采用石灰乳液，烟气一般为下流式，即烟气从喷雾干燥吸收塔的上部进入，下部流出。它的优点为：净化效率高，设备体积小。喷雾干燥吸收塔的喷嘴结构亦有二大类：
（1）机械旋转喷嘴。通过高速电机带动喷嘴旋转（12000～18000r/min），在强大的离心力作用下，使吸收剂乳液得以雾化。该类喷嘴的缺点是设备投资高，运行费用大，操作中维护管理复杂。
（2）压力雾化喷嘴。靠压缩空气喷吹吸收剂乳液，乳液与压缩空气在喷嘴头处强烈混合后从喷嘴喷出，使吸收剂乳液雾化，设备投资低，操作运行简便，但雾化效果较机械旋转喷嘴稍差。
1.2.2 气体悬浮式吸收塔
气体悬浮式吸收塔吸收剂也采用石灰乳液，它是以循环流化床技术为基础的烟气净化装置，其烟气流向为下进气上流式，采用压力雾化喷嘴。气体悬浮式吸收塔主要由反应器、旋风分离器、再循环箱等部件组成，设备体积较大且复杂。
1.2.3 增湿灰吸收法
增湿灰吸收法，即多组份有毒废气治理技术（M H G T）。M H G T 技术是在喷雾干燥净化法的基础上开发出来的。主要特点是采用干法吸收剂，水作为吸收剂的增湿用水，使吸收剂的含湿量从2% 增湿到 5%，以提高吸收剂的活性。同时将大量循环灰进入脱酸反应器，提高吸收剂的利用率，采用高倍率密相循环能有效防止吸收塔内壁结垢。它较原始干法的净化效率高，又无湿法水的二次污染，同时免去了喷雾干燥净化法吸收剂溶液的制备和喷雾过程。全套系统设备简单，操作灵活，脱硫率高、耗水量少，一次性投资较低，操作方便，维修量小，占地面积少。而且工作过程清洁，无废水产生，生成物易于处理。
1.2.4 循环灰吸收法
循环灰吸收法是采用烟气进口段喷水增湿，强化吸收剂活性的烟气脱硫工艺。来自焚烧炉的烟气由底部进入烟气吸收塔，水由烟气吸收塔下部的双流体雾化喷嘴喷入烟气吸收塔，新鲜消石灰和大量的循环灰由流化风机流化后送入吸收塔，它们以很高的传质速率在烟气吸收塔中与烟气和水充分混合，并与烟气中的有害气体发生反应，生成各反应产物。这些干态的反应产物从烟气吸收塔的出口进入布袋除尘器进行分离，布袋除尘器捕集到的物料大部分再循环进入烟气吸收塔。
和MHGT 法一样，循环灰吸收法也免去了喷雾干燥净化法吸收剂溶液的制备和喷雾过程。与MHGT 法相比，它有着MHGT 法的同样优点，并且由于循环灰是干灰，经空气斜槽循环使用，增强了循环灰的流动性，使循环灰的循环过程流畅，循环灰入净化塔时不易堵塞。但同时，由于新鲜消石灰和循环灰是依靠净化塔内下部喷入的水雾来增湿，其增湿活化效果必定较直接用水混合增湿时稍差，因而导致脱酸效率的降低。
1.3 除尘设备比较
静电除尘器和布袋除尘器均可达到废气粒状污染物排放标准目标（80mg/m3），但静电除尘器效率再提高的可能性不大，而布袋除尘器如采用聚四氟乙烯薄膜滤料（PTFE），则粒状污染物可降至10mg/m3 以下。布袋除尘器对微小粒状物的捕集效果良好，对重金属、二恶英、呋喃等毒性物质具有较高的脱除效率。国外已发现静电除尘器内有二恶英与呋喃的再合成现象。因此，采用布袋除尘器，排烟中Hg 和Cd 的浓度可达到0.2mg/m3，而静电除尘器一般只能达到1mg/m3。
另外，当排放标准要求较高时，可在系统中添加活性碳，增加对重金属吸附，然后被布袋除尘器捕集，而不需要对系统作重大改动。除尘器的布袋由于采用 PTFE 材料后，既能明显减小压力损失，又能提高对酸性物质控制要求的适应性。所以采用布袋除尘器显然比静电除尘器有利。
其不足之处是滤袋寿命较短、维护工作量较大，致使其日常运行费用略高于静电除尘器。另外，布袋除尘器对进入烟气的温度要求比较严格，烟温过高，滤袋损坏。烟温过低，烟气中的酸气冷凝成酸滴，滤料受腐蚀而损坏。
因此，其上游设备设置半干法脱酸塔比较合适，半干法脱酸塔能有效控制进入布袋除尘器烟气的酸度及温度，同时需设置良好的自控装置及旁通管。两种除尘器的性能比较见表1。
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2 烟气净化组合工艺比选
根据烟气成份及污染排放标准，烟气净化系统由两个部分组成，即脱酸系统与除尘设备的组合。现行的工艺组合大致有以下四种形式。
（1）静电除尘器（或布袋除尘器）+ 湿式洗涤塔；
（2）半干法脱酸塔+ 布袋除尘器；
（3）半干法脱酸塔+ 静电除尘器；
（4）干法脱酸塔+ 袋式（或静电）除尘器。
各种组合的优缺点及性能比较如表2 所示。
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3 综合选择
综上所述，在技术选择和经济选择的基础上，利用比较分析法选择较合理的工艺。焚烧垃圾发电烟气净化技术方案推荐采用半干法脱酸塔加布袋除尘器的组合工艺，如图1 所示。
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以天津双港垃圾焚烧发电厂的烟气净化系统为例，其采用半干法吸收塔+活性炭喷射系统 +脉冲布袋除尘器的组合工艺。在石灰浆制备系统中，Ca(OH)2与一定量的水混合制成浓度约为 20%的石灰浆，然后被送至石灰浆供应槽。石灰浆自供应槽被送至位于半干式吸收塔顶部的旋转喷雾器，旋转喷雾器的雾化轮在12000r/min下工作，将吸收剂雾化成液滴，从而与烟气中的酸气发生化学反应。正常运行情况下，石灰浆给料流量应在700～1000L/ h，给料管道压力应在30～80kPa 范围之内。
在活性炭喷射系统中，采用气力输送，气源由罗茨风机提供，活性炭经计量装置直接吹入吸收塔的烟气出口管道。使用的活性炭为200 目粉体，以保证比表面积和吸附能力。
4 结束语
烟气净化技术方案的选择是垃圾焚烧发电技术的重要组成部分，从技术和经济两方面综合考虑，推荐较合理的技术方案，对工程具体的建设要求和条件，科学而合理的选择烟气净化的技术方案具有指导意义。
参考文献：
[1] 魏先勋.环境工程设计手册（修订版）.长沙:湖南科学技术出版社,2002
[2] 张益，赵由才.生活垃圾焚烧技术[M].北京:化学工业出版社,2001
[3] 彭定一，林少宁.大气污染及其控制[M].北京:中国环境科学出版社,1991
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