【《生活垃圾焚烧系统的烟气处理阶段各单元设计案例》7600字】

生活垃圾焚烧系统的烟气处理阶段各单元设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u31868生活垃圾焚烧系统的烟气处理阶段各单元设计案例 15421.1一般规定 144031.2烟气排放标准 1289851.3垃圾焚烧烟气净化工艺 286521.3.1酸性气体脱除工艺 2299041.3.2除尘工艺 424241.3.3NOx去除工艺 4119211.3.4重金属及二恶英去除工艺 5126791.4垃圾焚烧烟气净化系统的选型 6162761..半干式反应塔和旋转雾化器 7183152、石灰浆制备系统 8298253、活性炭喷入系统 8198444、袋式除尘器 8223945、烟气排放连续监测系统 973066、引风机 91.1一般规定垃圾焚烧厂烟气净化系统一般遵循以下规定：1、垃圾焚烧线必须配置烟气净化系统，并应采取单元制布置方式。2、烟气排放指标限值应满足焚烧厂环境影响评价报告批复的要求。3、烟气净化工艺流程的选择，应充分考虑垃圾特性和焚烧污染物产生量的变化及其物理、化学性质的影响，并应注意组合工艺间的相互匹配。4、烟气净化系统应有防止飞灰阻塞的措施，材料和设备应有可靠的防腐蚀、防磨损性能。1.2烟气排放标准根据可行性研究报告对烟气排放的要求，本项目烟气排放达到并严于《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2001)的要求，以满足兰州市现代化发展对环境保护的需要。烟气排放指标见下表(以干基、O2含量11％计)：表6-1烟气排放指标序号污染物名单位GBl8485-2001保证值1颗粒物mg/Nm380302HClmg/Nm375753SO2mg/Nm32602604NOxmg/Nm34004005COmg/Nm31501506Hg及其化合物mg/Nm30.20.27Cd及其化合物mg/Nm30.10.18Pbmg/Nm31.61.69烟气黑度林格曼级1110二恶英类(TEQ)Ng/Nm31.00.11.3垃圾焚烧烟气净化工艺垃圾焚烧烟气污染物以气态或固态形式存在，一般分为四类：酸性气体(HCI、HF、SOx)、颗粒物、重金属及有机毒物(二恶英与呋喃)。为了防止焚烧处理过程对环境造成二次污染，因此必须对这些污染物进行有效的控制，利用烟气净化系统控制污染物的排放，使其达到无害化，以满足环境保护的要求。1.3.1酸性气体脱除工艺酸性气体净化工艺按照有无废水排出分为干法、半干法和湿法三种，每种工艺有其组合形式，也各有优缺点［12］。(1)干法除酸干法除酸可以有两种方式，一种是干式反应塔，干性药剂和酸性气体在反应塔内进行反应，然后一部分未反应的药剂随气体进入除尘器内与酸进行反应。另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂，药剂在除尘器内和酸性气体反应。除酸的药剂大多采用消石灰(Ca(OH)2），让Ca(OH)2微粒表面直接和酸气接触，产生化学中和反应，生成无害的中性盐颗粒，在除尘器里，反应产物连同烟气中粉尘和未参加反应的吸收剂一起被捕集下来，达到净化酸性气体的目的。消石灰吸附HCl等酸性气体并起中和反应，要有一个合适温度，约140℃，而从余热锅炉出来的烟气温度往往高于这个温度，为增加反应塔的脱酸效率，需通过换热器或喷水调整烟气温度，一般采用喷水法来实现降温。此种工艺的特点是：(1)工艺简单，不需配置复杂的石灰浆制备和分配系统，设备故障率低，维护简便；(2)药剂使用量大，运行费用略高；(3)除酸(HCl)效率相对湿式和半干式低些。(2)半干法除酸半干法除酸的吸收剂一般采用氧化钙(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)2)为原料，制备成Ca(OH)2溶液，在烟气净化工艺流程中通常置于除尘设备之前，因为注入石灰浆后在反应塔中形成大量的颗粒物，必须由除尘器收集去除。由喷嘴或旋转喷雾器将Ca(OH)2溶液喷入反应器中，形成粒径极小的液滴。由于水分的挥发从而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。烟气和石灰浆采用顺流或逆流设计，无论反应器采用何种流动方式，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，以获得高的除酸效率。半干式反应塔内未反应完全的石灰，可随烟气进入除尘器，若除尘设备采用袋式除尘器部分未反应物将附着于滤袋上与通过滤袋的酸气再次反应，使脱酸效率进一步提高，相应提高了石灰浆的利用率。半干法工艺成熟、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、能耗低；工作过程清洁，无废水产生，生成物易处理，无二次污染；控制系统温度、湿度，避免设备腐蚀；不结垢，不堵塞；对负荷波动适应性好，吸收剂石灰浆浓度可按烟气中污染物浓度进行调节；操作灵活方便，维修量小；耗水量少，占地面积小。(3)湿式洗涤塔湿法脱酸采用洗涤塔形式，烟气进入洗涤塔后经过与碱性溶液充分接触得到满意的脱酸效果。洗涤塔设置在除尘器的下游，以防止粒状污染物阻塞喷嘴而影响其正常操作。同时湿式洗涤塔不能设置在袋式除尘器上游，因为高湿度之饱和烟气将造成粒状物堵塞滤布，气体无法通过滤布。湿式洗涤塔产生的HYPERLINK废水经浓缩后，污泥进入除尘器前设置的干燥塔内进行干燥以干态形式排出。湿式洗涤塔所使用的碱液通常为NaOH，较少使用石灰浆液Ca(OH)2以避免结垢。此种方式的特点是：(1)流程复杂，配套设备较多；(2)净化效率较高，在欧洲及美国应用多年的实践均可验证其对HCl脱除效率可超过95%，对SO2亦可超过80%：(3)产生含高浓度无机氯盐及重金属的HYPERLINK废水，需经处理后才能排放；(4)处理后的废气因温度降低至露点以下，需再加热，以防止烟囱出口形成白烟现象，造成不良景观；(5)设备投资高，运行费用也较高。通过以上比较，湿法净化工艺的污染物净化效率最高，但流程复杂，配套设备较多，并有后续的HYPERLINK废水处理问题，一次性投资和运行费用高；干法净化工艺在日本近年的焚烧厂建设中采用较多，其工艺比较简单，投资低，运行维护方便，在很多场合是理想的选择。但干法工艺净化效率相对较低，没有提升空间；半干法净化工艺可达到较高的净化效率，投资和运行费用低，流程简单，不产生HYPERLINK废水，欧洲的焚烧厂采用半干法的较多，丹麦、法国、德国采用半干法的比例分别约为20%、40%和30%。半干法在国内已有较多成功的应用实例，积累了一定的运行经验，故宜选用半干法工艺。1.3.2除尘工艺垃圾焚烧厂的粉尘控制可以采用静电分离、过滤、离心沉降及湿法洗涤等几种形式。常见的设备有电除尘器、布袋除尘器。静电除尘器和袋式除尘器广泛应用于发达国家垃圾焚烧厂对烟气中颗粒物的净化，国外的工程实践表明，静电除尘器可以使颗粒物的浓度控制在45mg/Nm3以下，而袋式除尘器可以使颗粒物的浓度控制在更低的水平，同时具有净化其他污染物的能力（如重金属、PCDDS等），因此，袋式除尘器的净化效果优于静电除尘器。但是袋式除尘器虽然易受气体温度和颗粒物粘性的影响，致使滤料（耐高温、耐冲击）的造价增加和清灰不利，但净化效率却不受颗粒物比电阻和原始浓度的影响，而太高或太低的比电阻却使静电除尘器的净化效率降低，故二者各有其优缺点，由于袋式除尘器在高效除尘的同时兼有净化其它污染物的作用，袋式除尘器目前已广泛应用于新建的城市垃圾焚烧厂及老厂改造上。随着环保要求的日益严格，电除尘器不仅不能满足脱除有机物(二恶英等）、重金属的需要，同时也不能满足粉尘排放的要求，所以，现在已基本不再采用电除尘器作为焚烧垃圾厂的粉尘处理装置。GB18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》中明确规定生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用布袋除尘器。1.3.3NOx去除工艺NOx的去除工艺有选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)等。(1）SCR法SCR法是在催化剂的存在下NOx被还原成N2，为了达到SCR法还原反应所需的400℃温度，烟气在进入催化脱HYPERLINK氮器之前需要加热，试验证明SCR法可以将NOx排放浓度控制在50mg/m3以下。（2）SNCR法SNCR法是在高温(800～1000℃)条件下，利用还原剂将NOx还原成N2。SNCR法不需要催化剂，但其还原反应所需的温度比SCR法高得多，因此需设置在焚烧炉膛内完成。该工艺是以氨水(NH3·H2O)或尿素作为还原剂，将其喷入焚烧炉内，在有O2存在的情况下，温度为850～1050℃之范围内，与NOx进行选择性反应，使NOx还原为N2和H2O，达到脱NOx之目的。两种方法相比较，SCR法不仅需要催化剂，同时还要在除尘器后进行重新加热，需要耗用大量热能，因此，选用SNCR法。1.3.4重金属及二恶英去除工艺（1）重金属净化工艺垃圾焚烧产生废气中挥发状态的重金属污染物，部分在温度降低时可自行凝结成颗粒、在飞灰表面凝结或被吸附，从而被布袋除尘器收集去除。因此，垃圾焚烧烟气净化系统的温度越低，则重金属的净化效果越好。部分无法凝结及被吸附的重金属的氯化物，可利用其溶于水的特性，经湿式洗气塔液自废气中吸收下来。（2）二恶英控制及净化工艺在生活垃圾焚烧过程中，垃圾中的含氯有机化合物如氯乙烯、氯化苯、五氯苯酚等物质，在适宜温度并在氯化铁和氯化铜的催化作用下与O2、HCl反应，通过分子重排、自由基综合、脱氯等过程生成二恶英类物质(PCDD、PCDF)。二恶英类物质的控制措施应包括以下几个方面：(1)源头控制含氯垃圾进入焚烧炉；(2)控制烟气在炉膛内的停留时间和温度，使垃圾充分燃烧；(3)控制进入除尘器入口的温度低于200℃，防止焚烧后再合成；(4)采用活性碳+布袋净化除去二恶英类物质。1.4垃圾焚烧烟气净化系统的选型通常情况下，烟气净化系统主要根据烟气中的酸性气体、颗粒物及重金属等污染物的含量进行选择。要满足严格的环保标准对垃圾焚烧烟气的排放要求，需要多种净化设备的组合。“半干式吸收塔+活性炭+袋式除尘器”的组合工艺［13］，可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，故宜选用此工艺。

烟气净化工艺系统及工艺流程如图所示［14］。图6-1工艺流程锅炉出口的额定温度为210℃的烟气进入反应塔，反应塔内的旋转雾化器高速旋转，使石灰浆溶液和冷却水雾化，由于水分蒸发，烟气温度降至约150℃。在此温度下，石灰浆细雾与烟气中的酸性物质进行充分反应，与此同时，重金属凝结并吸附在活性炭微粒上。烟气中少部分的粉尘、反应生成物（固态）和未完全反应的石灰落入反应塔的底部后去除，大部分则随烟气进入袋式除尘器捕集下来。在反应塔和袋式除尘器之间喷入活性炭吸收剂，其微孔结构确保了二恶英和汞蒸气的吸附。烟气净化系统可实现全自动控制运行。

1.5烟气净化系统的组成及功能1..半干式反应塔和旋转雾化器在半干式反应塔内旋转速度为12000转/min的高速旋转雾化器可使冷却水和石灰浆保持理想的雾化效果。反应塔及旋转雾化器具有如下功能：使烟气在反应塔内分布均匀；强化烟气与雾滴的混合和接触；提供足够长的反应停留时间；高温烟气、冷却水和石灰浆雾滴之间的热交换会使水分蒸发将烟气温度降至150℃，这样既能获得最有效的反应温度，又能在有限的时间段内获得干燥反应物。这些功能可保证最佳的除酸效果。半干式反应塔的技术参数见表5-2。表6-2半干式反应塔技术参数项目参数SO2去除率（%）78HCL去除率（%）98HF去除率（%）98进口石灰浆流量（kg/h）1634气液比（1/Nm3）0.03石灰浆浓度（%）13石灰中CaO含量（%）90入口烟气温度（oC）200-230出口烟气温度（oC）150出口烟气含湿量（%）21.52反应器烟气流速（m/s）0.5-0.6停留时间（s）18设备阻力（Pa）700-900旋转雾化器速度（r/min）12000雾化器外形尺寸（mm）高：1000直径：300雾化器重量(kg)300旋转雾化器采用快速拆卸接头联接，在系统运行中需检查或维修旋转雾化器时，可将其切断15min换入备用雾化器。在雾化器更换期间，下游的袋式除尘器仍在运行，附着在滤袋上未完全反应的石灰粉尘层仍在捕集烟气中的污染物。在旋转雾化器停运时，烟气温度可能运行，附着在滤袋上未完全反应的石灰粉尘层仍在捕集烟气中的污染物。在旋转雾化器停运时，烟气温度可能升至230℃，袋式除尘器能满足这一温度值的要求，当烟气温度超过250℃时，袋式除尘器进入旁路。Ca(OH)2和水在喷雾冷却塔内和烟气接触产生化学反应。2HCl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O2HF+Ca(OH)2CaF2+2H2OSO2+Ca(OH)2+1/2O2CaSO4+2H2O2、石灰浆制备系统石灰浆制备系统包括石灰储仓、消化罐、稀释罐、循环泵和管路。其主要作用是按反应器对石灰浆浓度和石灰浆量的要求连续将石灰桨供至反应塔。在消化罐内将来自石灰储仓的石灰消化至一定浓度后，溢流至稀释罐，在稀释罐内再将其稀释到所要求的浓度。消化罐和稀释罐所需浓度通过控制加入的水量来调整。石灰浆循环泵将石灰浆输送至反应塔。为了防止石灰浆循环管路堵塞，循环泵的流量应大于所需的石灰浆量。石灰浆循环管路的流速应能既防止石灰沉积又能使管路磨损达到最小。活性炭喷入系统采用了专门的活性炭自动计量设备和喷入装置，将活性炭喷入袋式除尘器前的烟道内，使烟气和活性炭在进入除尘器前得到良好的混合和吸附。4、袋式除尘器袋式除尘器在整个烟气处理系统中起着非常重要的作用：(l)将烟气与尘粒和固态物质分离。由于这些烟尘、反应物和活性炭等颗粒物附着汞、重金属和二恶英等污染物，因而在除尘的同时也就将这些污染物从烟气中清除。(2)残留酸性气体的中和及污染物吸附的二次反应。在袋式除尘器的除尘过程中，滤袋外累积了未完全反应的石灰和活性炭的粉尘层，烟气通过时，残留的酸性气体和其它污染物被继续中和、吸收，使系统的整体处理效率大大提高［14］。5、烟气排放连续监测系统为了满足对电厂运行过程中环境保护设施和污染物排放情况监督管理的需要，适应不断完善的企业污染物排放收费制度，在烟囱出口处安装了烟气排放连续监测装置，主要监测SO2、NO2（NOx）、HCl、烟尘排放情况等。烟气排放连续监测系统由烟尘监测子系统、气态污染物监测系统、烟气排放参数测试系统、系统控制及数据采集处理子系统组成［14］。气态污染物采样探头、烟尘监测子系统及烟气参数测试系统安装在烟囱高度约2/3处，每管一套探头，两套探头共用一套分析仪器，分析仪器安装在烟囱附近的仪器间内，并进入集散控制系统监视。引风机从袋式除尘器出来的气体通过引风机经烟囱排至大气。1.6烟气处理的各单元设计计算生活垃圾焚烧厂典型的烟气净化控制设备和处理流程可分为干式、半干式和湿式三类。半干法典型处理流程是由半干式洗涤塔和布袋除尘器组合而成，以半干式洗涤塔去除酸气，布袋除尘器去除粉尘。由于袋式除尘器是利用过滤的方法完成颗粒物的净化过程，当烟气通过由颗粒物形成的滤层时，气态污染物仍能与滤层中还未起反应的Ca(OH)2固体颗粒物发生化学反应而得到进一步的净化。因此，在同等条件下，半干式净化工艺中的除尘器优先选用袋式除尘器。半干式工艺计算简单，工程投资较低，但对管理的要求较高。本设计方案采用半干式工艺流程。（流程图见总工艺流程图）烟气排放标准如下表所示表6-3垃圾焚烧厂烟气排放标准项目单位数值含义限值烟尘mg/m3测定均值80烟气黑度格林曼黑度级测定值1SO2mg/m3小时均值260HClmg/m3小时均值75二恶英类TEQng/m3测定均值1.0注各项标准限值均以标准状态下含11%O2的干烟气为参考值换算。1.1.1半干式洗涤塔半干式洗涤塔实际上是一个喷雾干燥系统。将消石灰加水混合成泥浆状，与与喷嘴喷出来的压缩空气混合，利用高效雾化器将消石灰泥浆从塔顶乡下喷入干燥吸收塔中。高温气体与喷入的石灰浆成逆向流的方式充分混合，与石灰浆反应生成CaCl2、CaSO4，靠烟气本身的温度将其蒸干为粉末状，联通飞灰沉积于洗涤塔底漏斗而排除。半干式洗涤塔对酸性气体的去除率与其后接的除尘器设备有关，后接袋式除尘器，则HCl的去除效果可达到95%以上，SO2的去除效果可达到80%以上。1、洗涤塔塔径计算：取洗涤塔内产生的烟气流速v3.5m/s，可求出脱硫塔截面A：则塔直径d为：取塔直径：D=2500mm。2、洗涤塔塔高计算：根据石灰石燃烧气体脱硫的操作参数，喷淋塔的喷射所需要反应时间为t=4s，可求出喷淋塔吸收区的高度：H1vt14m洗喷嘴位于最高层（3.4至3.5）m。H23.5m则洗涤塔高度为：HH1H217.5m①SO2的去除效果焚烧烟气中SO2的含量为V该条件下其质量含量为经处理后SO2去除率为80%，则处理后烟气中的含量为：w(②HCl的去除效果焚烧烟气中HCl的含量为其质量含量为经处理后HCl去除率为95%，则处理后烟气中的含量为：符合要求1.1.2布袋除尘器袋式除尘器工作机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用，滤料的粉尘层也有一定的过滤作用。袋除尘器运行中控制烟气通过滤料的速度(称为过滤速度)颇为重要。一般取过滤速度为0.5—2m/min，对于大于0.1的微粒效率可达99%以上，设备阻力损失约为980—1470Pa。1.除尘器处理气体量式中Q-通过除尘器的含尘气体量，m3/hQs-生产过程产生的气体量；Qs=4.25m3/kg×511×1000kg/20h=1085875m3/h；tc-除尘器内气体的温度，℃；tc=200℃；Pa-环境大气压，kPa；Pa=101kPaK-除尘器前的漏风系数；得：2.过滤面积计算（1）过滤面积：式中：过滤面积：S-m2过滤风速：（一般选择风速为0.6-1.5之间）处理风量：100Vm3/h，工况下处理风量取45555.3m3/h由公式可得过滤条数：滤袋尺寸取直径d152mm；高度l5430mm每条滤袋面积：A3.140.1525.4302.59m2滤袋条数：取。3.本设计选用LFDM系列脉冲袋式除尘器根据处理烟气性质及不同型式的袋式除尘器的优缺点，最终决定选用LFDM型脉冲除尘器，根据处理气体风量及过滤面积选择型号为LFDM401。设备型号参数如下表6-4：表6-4LFDM系列脉冲袋式除尘器性能参数型号处理风量/(m3/h)过滤面积/m2室数/个过滤风速/（m/min）滤袋材料LFDM401331200368041~2ZLN针刺毡允许温度/℃阻力/Pa漏风率/%清灰方式除尘效率/%<250℃1200~1500<2压缩空气脉冲清灰>99.54.袋式除尘器滤料的选择了解布袋除尘器滤料的性能对正确选用滤料是必要的。布袋除尘器选用滤料的基本要求是：（1）透气性好，压力损失小； （2）抗褶皱、耐磨、耐温和腐蚀性好，机械强度高；（3）吸湿性小，剥离性好，易清灰；（4）使用寿命长，价格低。性能良好的滤料应容尘量大、吸湿性小、效率高、阻力低、使用寿命长，同时具备耐温、耐磨、耐腐蚀、机械强度高等优点。各种纤维的主要性能如表5-2所示。5.脉冲喷吹清灰时间的计算（1）估算积灰体积0积灰高度h取1.5m0排灰时间，20（2）滤袋清灰时间袋式除尘器的压力损失：∆P=∆Pf+∆Pp式中：∆Pf—通过清洁滤袋的压力损失，Pa；∆Pp—通过颗粒层的压力损失，Pa。∆PpRPVft