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生活垃圾焚烧厂烟气净化工艺设计

2020-08-19 00:24

  由于焚烧处理技术可以实现对生活垃圾的减量化、无害化和资源化,目前国内越来越多的城市采用这种方式处理生活垃圾。但是,生活垃圾焚烧厂实际运行过程中的烟气污染物排放也成为人们普遍关注的焦点。本文结合工程实际,对生活垃圾焚烧烟气处理工艺方案进行了简要描述和工程设计,并对其中关键设备参数进行介绍,以保证垃圾焚烧烟气能够满足环保要求达标排放。

  垃圾焚烧处理方法是将垃圾在高温下燃烧,使可燃成分经氧化转变为稳定气体(烟气),不可燃成分转变为无机物(灰渣),焚烧处理过程中产生的热能可用于发电,进而达到无害化、减量化、资源化的目的,是目前处理城市垃圾最有前途的方法之一。随着垃圾焚烧处理越来越被国内大中城市所接受,焚烧烟气的处理问题也越来越受到广泛关注,因此必须对焚烧烟气进行净化处理确保达标排放。

  某垃圾焚烧发电工程处理规模为1000t/d,配置2台500 t/d垃圾焚烧炉,与焚烧炉对应配置2套焚烧烟气净化系统。根据项目排放要求,结合本工程污染物排放浓度要求的特点,同时从技术成熟性、可靠性、稳定性及经济性等方面考虑,参考国内已建成的大中型现代化垃圾焚烧厂的实践,本工程采用的“半干法+ 辅助干法”烟气净化工艺,即“旋转喷雾半干法脱酸+ 辅助消石灰粉烟道喷射干法脱酸+ 活性炭吸附+袋式除尘器”进行处理,吸收剂采用石灰浆。另外,本工程采用SNCR脱NOx工艺,由于该脱氮工艺为焚烧炉内脱氮,因此烟气净化工艺设计暂不考虑脱氮系统的设计。

  每台余热锅炉出口烟气主要参数如表1所示。本工程烟气排放指标要求如表2所示。

  焚烧烟气经余热锅炉回收热量后( 温度190 ~ 240℃)进入脱酸反应塔,烟气中的酸性物质(HCl、SO2等)与雾化的石灰浆液滴充分反应,调温水随石灰浆液雾化并蒸发,从而调节烟气温度。在反应塔出口烟道喷入Ca(OH)2和活性炭粉末,烟气中未去除完的酸性污染物与Ca(OH)2继续反应去除,二噁英和汞等重金属则被活性炭吸附。烟尘进入袋式除尘器后被滤袋分离出来,收集下来的粉尘经刮板输送机输送至灰仓。布袋除尘器净化后的洁净烟气通过引风机送入钢制烟囱外排。

  烟气净化系统主要组成如下:石灰浆制备、旋转喷雾脱酸反应塔、消石灰干粉喷射、活性炭喷射吸附、袋式除尘器、引风及排烟、飞灰输送及储存。其中,石灰浆制备、消石灰干粉喷射、活性炭喷射吸附、飞灰输送及储存为公用系统。

  石灰浆制备主要内容是消石灰粉储存,用消石灰粉制备石灰浆,将石灰浆送入旋转喷雾干燥脱酸反应塔。其主要设备消石灰粉仓、定量给料装置、制浆罐、储浆罐、石灰浆泵、通风除尘设施等。石灰粉由定量螺旋输送机送入制浆罐,在制浆罐中加水搅拌制成浓度10%~15%的石灰浆液,批次运行,石灰浆液自流入储浆罐,再由石灰浆泵送往脱酸反应塔。

  石灰浆制备主要设备参数:石灰仓有效容积100m3,1台,可保证全厂约5d石灰粉用量;石灰定量螺旋输送机(变频控制)1 500 kg/h,2台;石灰消化罐有效容积6m3,2台;石灰浆储存罐有效容积12m3,1台;石灰浆泵流量15m3/h,2台(1用1备)。

  旋转喷雾脱酸反应塔由旋转喷雾盘、旋转雾化器高速电机(8000~ 12000r/min)、脱酸反应塔本体和相关控制系统组成。旋转雾化器高速电机带动耐磨合金旋转喷雾盘高速均匀地旋转,在离心力的作用下,将浆液雾化成微小的雾滴;喷浆量及喷水量通过烟气在线监测仪的数据反馈自动控制;烟温降低的同时,烟气中的部分有毒有机物和重金属也被凝聚或被干燥的粉尘吸附而除去。

  旋转喷雾脱酸反应塔的主要设备参数:塔内烟气流速约0.59m/s,停留时间20 s,设备阻力800Pa,反应塔尺寸(直段)φ9.5 m×11.8m,圆锥部分角度60°,正常工况下每台反应塔需循环冷却水量1.5kg/h,全厂共两套旋转喷雾脱酸反应塔。

  消石灰粉干粉喷射主要设备有消石灰仓(干法)、定量给料装置、消石灰喷射器以及罗茨风机等。在半干法脱酸效果未达到预期效果时启动,以保证烟气中污染物的达标排放。Ca(OH)2干粉从干粉仓通过定量出料机输出,用喷射罗茨风机喷入半干式反应塔和袋式除尘器之间的烟道中,与烟气充分混合后一起进入袋式除尘器。同时,该系统还可以作为启炉前袋式除尘器的预喷涂系统。

  消石灰干粉喷射系统主要设备参数:消石灰干粉仓40m3,1台,可满足全厂使用需求。

  对于生活垃圾焚烧过程产生的二噁英,一是通过控制焚烧参数来抑制其生成,二是进一步削减烟气中已生成的二噁英。因此,为确保烟气中二噁英等有害物质浓度达到要求的排放指标,烟气净化系统需增加活性炭喷射吸附的辅助净化措施。

  活性炭添加为连续作业,独立供料,由缓冲料斗及定量螺旋给料机控制活性炭添加量,经文丘里喷射器喷入除尘器前入口烟道。活性炭在管道中与烟气强烈混合,吸附一定的污染物,但并未达到饱和,随后与烟气一起进入后续的袋式除尘器中,停留在滤袋上,与缓慢通过滤袋的烟气充分接触,最终达到对烟气中二噁英等污染物的吸附净化。

  活性炭喷射吸附主要设备参数:料仓15m3,1台;缓冲料斗容积0.06m3,2台;定量螺旋给料机3~15kg/h,2台。

  烟尘采用低压喷吹脉冲袋式除尘器进行收集。滤袋材质为纯PTFE覆膜的防酸滤料,对高温和化学作用的联合影响具有极强的适应能力,抗氧化能力强,不会水解,力学性能好,使用寿命3年以上,龙骨采用20#钢镀有机硅制作。

  为避免烟气结露而影响袋式除尘器的正常工作,除尘器设有完善的整体保温措施。同时还设置一套循环加热风系统防止滤袋内结露,在袋式除尘器启动时或事故停机时开启加热系统使得袋式除尘器温度保持在140℃左右。

  过滤风速0.8~1.0 m/min, 滤袋材质为PTFE 滤料;滤袋尺寸为φ150mm×6100mm;滤袋数量为6×180个,清灰方式为脉冲清灰(在线、压差控制);系统压差<1500Pa。

  引风机布置在整个垃圾焚烧及烟气净化线的末端,以保持系统负压,风机采用变频控制。引风机风量为最大计算风量的120%,压头为最大计算压力损失的120% 设计。本工程采用双吸风口、双支撑风机,此设备运行工况稳定,事故较少。

  烟囱为双管组合套筒式烟囱。每根烟囱高度90m,上部出口内径1.9m,最大出口流速(考虑最大运行负荷)20.6m/s。在烟囱上设置烟气在线连续监测装置,按规范要求,测试项目:烟尘、SO2、HCl、NOx、NH3、O2、CO、CO2,同时装设取样孔和取样平台。

  飞灰输送系统采用机械输送方式,由反应塔下刮板输送机、除尘器下刮板输送机、公用刮板输送机、斗式提升机、螺旋输送机和灰仓及相应阀门、驱动装置、辅助设施以及其他有关设施等设备组成。公用刮板输送机、斗式提升机、螺旋输送机为双线备,烟气净化系统收集的灰尘均由公用刮板输送机并经斗式提升机送入灰仓储存。为了防止飞灰在输送和储存过程中因温度低而黏结附着在设备上,飞灰输送及储存系统采取保温和电加热措施,并且加热电功率可调。灰仓顶部设有专用的袋式除尘器,灰仓底部设置1个下灰口。为防止灰仓仓底卸灰不畅,其底部设有液化装置。

  烟气净化系统收集的飞灰属于危险固体废物,因此储存于灰仓内的飞灰需在厂内进行稳定化处理。飞灰输送及存储系统主要设备技术参数:本工程2条垃圾处理线的灰仓,灰仓容积可储存约3d的飞灰量。

  烟气净化脱硫效率≥87%;烟气净化脱氯效率≥97%;袋式除尘器的除尘效率≥99.9%;烟气净化系统总漏风率≤6%;烟气净化系统总阻力(不包括锅炉)≤3200Pa。

  本工程采用了半干法+ 干法组合脱酸工艺,其中半干法工艺净化效率较高,无需对反应产物进行二次处理,特别是在提高酸性气体反应效率和启炉时烟气净化效果方面表现出色。在此基础上,本工程增加了干法工艺,可进一步提高酸性气体的脱除效率,其系统投资低、占地面积小、建设周期短、运行维护量小。因此,采用这种组合工艺后,整个工艺系统运行可靠,性能良好,可全面提高烟气净化系统的净化性能及脱除效率,保证烟气达标排放。

  垃圾焚烧技术必须高效安全才能推广应用,随着社会的不断发展,污染物排放限值越来越低,因此需要进一步开发高效可靠的烟气处理技术,在降低成本的同时,满足日益严格的环保标准要求。

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