垃圾焚燒爐干法尾氣凈化處理系統的應用研究
摘要:介紹了目前國內垃圾處理情況和有關規定及垃圾焚燒爐干法尾氣凈化處理的原理、工藝流程及系統構成，并從工藝流程、工藝原理、運行和控制、維護保養、運行成本等方面對垃圾焚燒爐干法尾氣凈化處理系統和半干法尾氣凈化處理系統進行了比較。
1 我國垃圾處理情況及有關規定
我國屬于發展中國家，經濟發展迅速、城市化速度加快、居民生活水平不斷提高，導致了城市垃圾產生量不斷增加。目前國內600多座城市的垃圾產生量以每年7%～8%的速度增長，而垃圾處理率不到1/3，真正達到無害化處理和能源利用的比例更低。隨著經濟的高速發展，城市化水平的提高，在城市周邊已很難尋找到適宜的垃圾填埋場地，因此城市垃圾處理問題相當嚴重。
目前國內90%的城市生活垃圾采用填埋處理，但是如不是嚴格意義上的衛生填埋，垃圾產生的高濃度滲濾液，會造成地下水以及地表水的嚴重污染，對水資源造成嚴重威脅；同時還會產生大量有害氣體，污染大氣環境，若處理不當，其產生的危害會延續幾百年甚至上千年。
垃圾焚燒是實現垃圾無害化、減容化、資源化處理最為有效的方法。垃圾焚燒技術在發達國家已經十分成熟，并已積累了超過20年的經驗。但對于我國來說，卻是一個有待開發、學習的新領域。我國在垃圾焚燒方面目前雖然已經取得不少進步，但仍處于摸索與研究階段。
我國垃圾焚燒爐尾氣排放的限值規定（《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2001））見下表。
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2 垃圾焚燒干法尾氣處理系統
2.1 干法處理原理
干法工藝，即“綜合反應器+布袋除塵”煙氣治理工藝。此法是在垃圾焚燒鍋爐的出口設置急冷反應塔，使尾氣溫度迅速降至170℃左右，抑制二惡英的再生成，然后將Ca(OH)2干粉和特殊反應助劑經定量供給裝置，由鼓風機噴射進急冷反應塔和布袋反應器之間的煙道內，Ca(OH)2粉體和特殊反應助劑與尾氣中的酸性氣體發生如下中和反應：
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
CaSO3+1/2O2→CaSO4
同時特殊反應助劑與尾氣中的重金屬及二惡英發生吸附反應，去除部分包括粉塵、酸性氣體、重金屬和二惡英在內的有害物質。
反應生成物（CaCl2，CaSO4）、未完全反應的消石灰及反應助劑將進入并附著在布袋反應器的濾布上，并在濾布上形成一層網狀結構膜（稱之為反應膜），故布袋反應器的系統阻力降低，大大增加了反應的比表面和反應時間。在煙道中未反應的酸性氣體以及未完全被吸附的重金屬和二惡英，在通過此反應膜時，最終將被中和或被吸附掉，從而達到高效率的去除效果。其反應機理如圖1：
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氣中的有害物質去除，以干燥狀態回收反應生成物，由于特殊反應助劑的存在、系統阻力降低、延緩氯化鈣等的潮解速度，布袋反應器的壽命可大大延長。同時，干法系統和自動控溫技術的采用，消除了“糊袋現象”，也可延長濾袋壽命，降低設備使用成本。
干法系統所收集的飛灰容易處理，解決了濕法、半干法飛灰二次處理的難題。干法系統采用石灰粉和化學助劑來去除有害氣體，不再采用價格昂貴的活性炭，再加上減少了制漿所需電耗和水，從而可大大降低運行成本。布袋反應器在事先設定好的壓力損失數值或時間條件下，通過高壓空氣使濾布膨脹變形，從而清除掉濾布上的粉塵及反應生成物，進行脈沖洗；被清除下來的粉塵及反應生成物被送到粉塵處理裝置進行處理。
2.2 干法尾氣凈化系統構成
系統采用“急冷反應器+干式消石灰加反應助劑噴射裝置+高效率布袋除塵器”煙氣凈化處理工藝。系統由噴霧急冷反應塔、干式消石灰加反應助劑噴射裝置、內置在線/離線式布袋除塵裝置、卸料（石灰粉）站、灰接收裝置及系統設備的電氣、儀表及自控裝置（含煙氣在線監測系統）等部分組成。
3 干法尾氣處理系統與半干法處理系統的比較
干法處理工藝是采用噴石灰粉替代石灰漿霧化。由于國內垃圾焚燒廠煙氣處理系統中對酸性氣體的中和工藝各不相同，因此垃圾焚燒爐尾氣凈化處理工藝多為半干法，少有干法。
半干法處理工藝為：來自鍋爐的煙氣大部分由反應塔下部通過布風裝置進入反應塔。霧化水由反應塔喉部的雙流體霧化噴嘴噴入反應塔，以很高的傳質速率在反應塔中與煙氣混合，煙氣中小液滴與氫氧化鈣顆粒以很高的傳質速率與煙氣中的SO2等酸性物質進行混合反應，生成CaSO4、CaSO3和CaCl2等反應產物。這些干態產物小部分從反應塔塔底排灰口排出，大部分隨煙氣經煙道進入和布袋除塵器除塵。
在實際運行中，這種工藝因反應、降溫都在反應塔內進行，中和反應塔底部較潮濕，反應物容易板結，易造成塔內結垢、難以清理等問題，甚至布袋表面也都難以避免結垢而造成運行、檢修等困難。
3.1 工藝流程的比較
（1）干法工藝（消石灰粉直接噴入）流程（見圖2）
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（2）半干法工藝（石灰漿霧化噴入）流程（見圖3）
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3.2 工藝原理的比較
（1）干法工藝原理
布袋除塵器的上游設置有急冷塔，塔頂上方裝有空氣-冷卻水雙流噴嘴，通過調節噴入的水量可控制煙氣的溫度，使之保持在一個設定的溫度內。在急冷塔與布袋除塵器之間的煙道上設置有消石灰干粉噴嘴。
石灰倉下部的可控配粉機將消石灰粉按需要連續輸送到石灰管線中，通過配粉機轉速的調節可以控制石灰的加入量。石灰管線中的消石灰粉被噴吹風機吹送至煙道中，在煙道和布袋除塵器中與煙氣里所含的有害物質進行中和反應。反應生成物最后被布袋除塵器濾除。
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
(氣相) (固相) (反應生成物)
（2）半干法工藝原理
消石灰與石灰漿貯槽中的水混合，形成一定濃度的石灰漿。通過石灰漿泵將石灰漿輸送到安裝在反應塔頂部的霧化器。在反應塔內石灰漿被霧化，霧化后的石灰漿在反應塔及煙道和布袋除塵器中與煙氣里所含的有害物質進行中和反應。
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
（氣相）（液相）
石灰漿及反應生成物在反應器里與煙氣接觸，水分受熱蒸發而成為干粉，小部分落到反應器底部被排出，大部分隨煙氣流入布袋除塵器最終被濾除。石灰漿的加入量由調節閥進行控制，多余的石灰漿經旁路回到石灰漿貯槽，形成連續的循環流動，以避免石灰漿在管線內停留而造成堵塞。控制布袋除塵器入口溫度的冷卻水與石灰漿同時噴入霧化。
3.3 運行和控制的比較
（1）干法工藝的運行和控制
布袋除塵器入口煙氣溫度和煙囪出口HCl濃度是兩個獨立的控制線路，互不影響；消石灰粉較易處理；消石灰為干粉狀，沒有堵塞等問題；不用將石灰加水制漿，石灰系統簡單，只需一個貯存石灰的石灰倉。
（2）半干法工藝的運行和控制
雖然煙氣溫度的控制是一個單獨的噴水調節回路，但石灰漿的加入量是根據煙囪出口的HCl濃度進行調節的，石灰漿所含的水分將會對煙氣溫度造成較大的影響，特別是當HCl濃度過高時，煙氣溫度可能會低于最佳設定值；石灰漿濃度對工藝影響較大，因此對石灰漿的調制有一定的要求；石灰漿在管線內的停留時間過長就會硬化而導致管道堵塞；從石灰進庫到調制石灰漿，并要達到一定濃度要求，要有一套復雜的制漿系統；霧化噴頭因石灰漿的高速噴出被磨損，需定期更換，更換過程約需30分鐘，這段時間會影響煙氣處理系統的正常運轉。
3.4 維修和保養的比較
（1）干法工藝的維修和保養
輔助設備少，如石灰噴吹風機、可控配粉設備，維護容易。
（2）半干法工藝的維修和保養
石灰漿制備和輸送系統設備較多，故障率高，維護工作量大，主要設備有：石灰漿泵、冷卻水泵、霧化器（包括潤滑系統、冷卻風機等）、石灰漿調節閥、石灰漿攪拌機等；石灰漿泄漏造成設備和工作場所污染的問題也較難解決；霧化頭容易被堵塞需定期清洗；如果停爐時間較長，必須將石灰漿排放干凈，并對石灰漿管線進行清洗；由于石灰漿堿度較高，因此也必須進行處理。
3.5 運行成本的比較
（1）干法工藝的運行成本
對HCl 的去除效率與半干法工藝相同，但試劑消耗費用較低；冷卻水采用噴嘴霧化，較半干法工藝采用霧化頭節省電能；急冷塔需要消耗一定量的壓縮空氣。
（2）半干法工藝的運行成本
對HCl的去除效率與干法相同，但試劑消耗費用較高；由于霧化頭、冷卻風機、石灰漿泵、冷卻水泵等都要消耗電能，所以耗電較干法工藝多。
4 結論
（1）完全霧化急冷反應塔+吸收劑和助劑噴射+涂層袋式反應器的干法尾氣處理系統，結構簡單，故障率低；
（2）采用系列溫控、特殊藥劑等技術，能夠有效提高去除有害氣體的效率，消除了半干法系統使用中的“糊袋現象”，可延長濾袋壽命、降低設備使用成本；
（3）采用消石灰和反應助劑代替價格昂貴的活性炭，可減少制漿水電消耗，降低運行成本。
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