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垃圾焚烧烟气净化处理半干法脱酸工艺浅析

人气:277发表时间:2020-03-02 10:23:39
垃圾焚烧烟气净化处理半干法脱酸工艺浅析
摘要:随着生活垃圾处理量日渐增加,对垃圾焚烧烟气排放要求愈加严格。目前,半干法脱酸在垃圾焚烧烟气净化中的应用较多,分析半干法常用方法、工艺原理,及其特点,为半干法脱酸在垃圾焚烧烟气处理中的广泛应用提供理论依据。
垃圾焚烧发电是一种无害化、减量化和资源化的固体废物处理方法,应用较为广泛。然而.垃圾在燃烧时,会产生很多有毒有害物质,特别是其中的酸性气体(SO,和HC1).若不经处理就进行排放.会对环境造成污染。出于环境保护考虑.并满足环保排放的要求.有关垃圾焚烧烟气净化处理的研究较多,已成为环境保护研究中的重要内容。现国内.烟气脱酸技术多种,包括湿法、干法、半干法,各有各的优缺点,使得其分别适用于不同的处理环境中其中半干法由于其投资运行费用较低.工艺流程简单.不产生废水等优点而越来越受到电厂青睐.特别是在生活垃圾焚烧电厂烟气净化领域中.得到越来越广泛的应用。解海卫等针对垃圾焚烧烟气量、组分特点,研究旋转喷雾半干法对烟气中HCI和SO,的去除率.结果表明这种脱酸方法对垃圾焚烧烟气较为适宜美国曾经指出半干法烟气净化工艺是处理垃圾焚烧烟气最佳的工艺。研究者对于半干法的研究还有很多袁莉莉就综述了国内外常用的半千法烟气脱酸工艺并分析了其技术特点和应用现状,关于半干法烟气脱酸工艺的相关研究为其进一步改进及更广泛的应用提供理论依据。

当前,半干法脱酸工艺主要包括烟气循环流化床技术、旋转喷雾干燥法、炉内喷钙加尾部增湿活化脱硫工艺、循环半干法脱硫工艺等.本文着重介绍半干法中2种较为常用的烟气循环流化床技术和旋转喷雾干燥法脱硫技术。

1酸性物质来源

生活垃圾组分较复杂.焚烧过程中产生的大气污染物根据其性质不同可分为颗粒物、酸性气体、重金属及有机污染物。其中酸性气体主要包括HCI、HF、SOx、NOx和CO等。垃圾中含氯塑料、厨浴、纸张等物质燃烧会产生HCI。含氟碳化物燃烧会产生HF.含硫生活垃圾经高温氧化则会产生SOx.高温作用下N,和O,氧化或者含氮有机物燃烧产生NOx.生活垃圾中有机可燃物不完全燃烧产生CO。

2半干法处理工艺

半干法烟气脱酸工艺由于其运行操作简单.占地面积小、投资成本低等特点而在烟气脱酸行业中得到一定的应用更由于该工艺产物为干态.系统不需设置废水处理装置。使得其在生活垃圾焚烧发电厂烟气处理净化系统中得到广泛应用l1j半干法工艺原理为用CaO粉剂或Ca(OH):粉剂作为吸收剂.直接向塔内喷人粉剂或制备成石灰浆后喷入,使得吸收剂与烟气中的酸性物质进行反应以达到脱酸目的

与烟气中的S0相比,其他酸性气体如HC1、HF等更易于与Ca(OH),反应.反应时间只要保持1s左右就几乎都能被有效去除。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.如二恶英和呋喃为减少二恶英和呋喃的生成.除在锅炉系统应保证燃烧温度和停留时间外.还在炉后采取以下措施:因二恶英、呋喃在低温(200cc以下)都是以固态的方式吸附在粉尘的表面.因而喷水降温.即能大大减少其在气态中的含量。另外,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[61。烟气中的酸性物质与吸收剂反应生成固态颗粒.后与烟气一起进入除尘器.布袋除尘器可以对未反应的吸收剂进行再利用.有二次脱酸的效果:且布袋除尘器对微小颗粒有较好的捕集作用.而烟气中的重金属、二嗯英、呋喃等~般都凝结在<1m的微小颗粒表面上,所以控制微小颗粒物的排放对减少重金属等物质的排放有很大的作用以下具体分析2种常用的烟气半干法脱酸工艺:旋转喷雾半干法和循环悬浮式半干法。

(1)旋转喷雾半干法。由于垃圾焚烧烟气中SO少,HC1多,因此旋转喷雾干燥法(SprayDryAbsorption.简称SDA)非常适用于垃圾焚烧烟气的净化。它不仅可以满足烟气SO浓度排放要求.同时可以保证较高的脱氯效率旋转喷雾半干法脱酸工艺为先对生石灰进行消化并加水配制成含固率15%一30%的浆液.后经振动筛筛分后自流入浆液罐,配制得到所需石灰fCa(OH)]浆液,浆液量根据入口烟气S0,浓度由浆液泵控制并输送至脱酸塔顶部雾化器旋转雾化器是该工艺的核心部件.其转速达到上万转或更高.浆液被高速喷出形成20~501xm粒径的液滴.液滴初始速度很大,且其表面积极大,使之具有较强的吸附能力,能与烟气充分接触.热交换强热.液滴在碰到吸收塔壁前就被干燥.在此过程中液滴与烟气进行脱酸反应,脱除效率较高。图1所示为工艺流程.具体的脱酸反应如下:

雾滴吸收SO2:SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H20,部分SO:进行如下反应:SO2+1/202+Ca(OH)~CaS04+H20,其他酸性物质(如SO3、HF、HC1)的反应:2HC1+Ca(OH)£aClH20;2HF+Ca(OH)2=CaF2+2H2O;SO+Ca(OH)2:CaS04+H20。

旋转雾化器的优势就是当烟气的流量、温度和组分发生较大改变时.能够保证雾滴的粒径分布不发生明显变化.从而能够保证脱硫效率相对稳定一般情况下.该工艺脱酸效率可达到95%另外该工艺主要适用于排烟温度较高的机械炉排式焚烧系统.吸收塔出口烟气温度保持在150~C左右.使得设备不受酸性物质的腐蚀.无需做防腐措施。总体来说,该工艺产物为干态,处理方便.无废水产生,设备无需防腐,投资运行成本低.工艺简单.能耗低.具有广阔的应用前景_2]但该方法也存在一些不足.比如塔内固体会出现粘壁现象。管道易于堵塞.喷雾器易磨损破裂.吸收剂用量不易控制等问题[3]。例如在此工艺中.为保证有效的雾化效果,避免塔内固体出现粘壁现象,保证脱酸效率,旋转雾化器的转速高达15000r.在此情况下.就必须选用高品质的吸收剂,其纯度一般大于9O%(以Ca(OH):计)和细度大于200目.以避免雾化器的磨损。在制浆工艺中采用振动筛去除杂质.以进一步保证进入雾化器的石灰浆液品质。针对雾化器易磨损的现象.开发商们还开发出耐磨材料如碳化钨来制作雾化轮。针对旋转喷雾半干法脱酸存在的问题,更有开发商开发出拥有3个旋转轮的雾化器.使得吸收剂利用率更高.能耗低另外,为使得收剂利用率更高,塔内干燥特性更佳.可循环利用脱硫灰渣,将其制备成浆液进入喷雾反应塔。该工艺存在的这些问题以及可以改善提升的问题都值得我们进一步探索与研究

(2)循环悬浮式半干法。烟气循环流化床半干法脱酸(CFB—FGD),就是以循环流化床原理为基础,经吸收剂多次再循环使得其与烟气的接触时问增加.从而提高吸收剂利用率其既具有干法脱酸的一些特点。比如无废水排放,可减少二次污染.占地面积相对湿法较小.且能在较低的钙硫比条件下接近或达到湿法脱酸效率,适合大、中、小型锅炉烟气净化处理Ⅲ。详见图2。该工艺的基本原理就是Ca(OH)2与烟气中的SO2,、HC1、HF等酸性物质在反应器中发生反应生成固态颗粒.并以悬浮状态与气流接触.该状态利于非均相反应.颗粒大量循环以提高系统钙硫比.进而提高脱酸效率。后利用活性炭吸附烟气中的重金属和二嗯英等有害气体.再利用高效布袋除尘器除去烟气中的固态颗粒及未被活性炭吸附的部分二恶英及重金属。

在整个烟气净化系统中.烟气经预除尘后从脱酸塔底部进入文丘里反应塔。烟气经文丘里管加速后进入循环流化床床体:在气流的作用下,气固2相处于湍流状态,2者充分接触。反应产物由于重力作用向下运动,又由于气流作用被抬升,这使得气固间的滑落速度达数十倍的单颗粒滑落速度:另外.反应塔顶部结构使得反应物向下速度加快,塔内颗粒的床层密度增大.Ca/S比高达50以上,使得脱酸反应较为充分这种流化床内的气固2相流循环机制,强化了气固间的传热与传质过程.保证了较高的脱酸率_4_文丘里的出口扩压管段上还设有喷水装置.以控制烟温,使之高于露点2O℃左右,So2与Ca(OH)在此条件下为离子型反应,反应时间较短具体反应如2.1中所述。整个工艺流程如图2所示。由于流化床中气固两相间具有良好的传热、传质效果,使得酸性气体得以去除干净。该方法具有占地面积少.副产物干态易处理.具有良好的负荷适应性等优点。另外,针对垃圾焚烧烟气特点.为防止粉尘在反应器和后续除尘工艺中的粘结.吸收塔排烟温度始终控制在l10℃左右.这使得整个系统无须防腐处理。但该吸收反应的最佳温度为70℃.这使得该方法的脱酸效率一般只有85%左右。

3结束语

半干法烟气脱酸技术采用“半干法+袋式除尘器”工艺对垃圾焚烧烟气进行处理,以CaO或Ca(OH)2粉剂作为吸收剂.以活性炭作为吸附剂.吸附烟气中的二嘿英等有毒有害物质,整个烟气处理系统无二次污染,流程紧凑。垃圾焚烧烟气经半干法整体处理工艺处理后。烟气排放浓度达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》排放要求。旋转喷雾半干法和循环悬浮式半干法各有优点,与其它脱硫工艺相比,该工艺能使处理后的烟气达到排放标准.且工艺简单、节约成本,工艺本身所带来的环境污染也少。另外.半干法烟气净化技术对反应条件要求严格.如SDA半干法中烟气停留时间的控制、吸收剂粒度等的控制.且其对喷嘴的要求非常高.这些都是半干法脱硫在实际应用中应当注意并进一步改善的问题。
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