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【轉】垃圾焚燒發電煙氣中酸性污染物的去除方法及技術經濟比較
時間:2019-01-02 來源: 【轉】垃圾焚燒發電煙氣中酸性污染物的去除方法及技術經濟比較  瀏覽次數:1209
【轉】垃圾焚燒發電煙氣中酸性污染物的去除方法及技術經濟比較


來自:環衛科技網

生活垃圾焚燒發電時,煙氣中產生的產要污染物有酸性氣體、煙塵、重金屬等物質,不同的污染物需要裝備不同的處理技術、工藝和設備。例如,針對煙氣中產生的酸性氣體,其主要成分由SOx(硫氧化物)、NOx(氮氧化物)、HCl(鹽酸)等組成,其中NOx的去除原理為化學還原反應(SNCR或SCR技術);而SOx、HCl的去除原理為酸堿中和反應。本文重點介紹SOx、HCl的去除方法及工藝技術經濟比較。
一.酸性氣體SOx、HCl的來源及含量
生活垃圾焚燒煙氣中的SOx主要由SO2構成,產生于原生垃圾中含硫化合物焚燒氧化所致(主要為有機硫,也有部分源于無機硫)。HCl來源于原生垃圾中的氯化物含量,如塑料、橡膠、皮革、紙張(氯漂白所致)、餐廚垃圾含氯農藥殘留、,廚余中的NaCl以及KCl等。與燃煤火力發電廠不同的是:垃圾焚燒煙氣中SOx的含量很低,一般為200-800mg/Nm3,質量百分含量約為0.11%;而HCl的含量又較高,達200-1600mg/Nm3(在我國,由于塑料制品的大量應用,致使煙氣經處理后截留在飛灰中的氯元素含量甚至高達25%),一般生活垃圾產生的SOx是HCl的1/10以下,所以HCl是垃圾焚燒煙氣中主要的污染氣體。
二.反應原理
1.氯化氫(HCl)
聚氯乙稀PVC的熱穩定性較差,140℃時就開始分解出HCl,反應溫度達600-800℃,反應時間10-15min時;化學反應原理為:
CH2CHCl+5/2O2=2CO2+HCl+H2O
氯化鈉反應溫度為430-540℃,反應原理為:
2NaCl+SO2+1/2O2+H2O=Na2SO4+2HCl
2NaCl+2SiO2+H2O=Na2O(SiO2)2+2HCl
2NaCl+4SiO2+Al2O3+H2O=NaO2(SiO2)4Al2O3+2HCl
2.硫氧化物(SOx)
燃燒過程中,當過量空氣系數小于1時,有機硫的反應產物有SO2及H2S、SO等;當過量空氣系數大于1時即完全燃燒條件下,95%以上生成物為SO2,約有0.5-2%的SO2進一步反應生成SO3。另外,研究表明:在1127℃的高溫燃燒條件下,幾乎不生成SO3,但過量空氣系數大于1的燃燒條件下,SO3的生成為迅速增加。
有機硫的反應機理:
CxHyOzSp+O2=CO2+H2O+SO2+未完全燃燒物
2SO2+O2=2SO3
無機硫的反應機理:S+O2=SO2
三.HCl的危害
HCl氣體對眼和呼吸道黏膜有較強的刺激作用,引起胸部窒息感,咳嗽、咯血、肺水腫、直至死亡;
HCl氣體會對余熱鍋爐受熱面和監測儀表產生高低溫腐蝕,影響余熱鍋爐安全并限制了過熱蒸汽參數的提高;
HCl氣體的存在升高了煙氣露點,導致排煙溫度升高,降低鍋爐熱效率;
氯源在一定條件下與重金屬反應生成低沸點的金屬氯化物,從而加劇了重金屬的揮發,導致重金屬在飛灰上的富集,增加飛灰毒性;
HCl氣體能促進氯酚、氯苯、氯苯并呋喃等“三致”有機物的生成,而且PVC裂解后生成的HCl被認為能促進多環芳烴(paHs)的生成。因此,有效去除HCl氣體直接關系到焚燒系統的安全和環保運行。
四.SOx、HCl的去除方法
酸性氣體SOx、HCl主要通過干法、半干法、濕法等凈化工藝加以去除:
1.干法脫酸:
干法脫酸的基本原理為:
CaO+SO2=CaSO3
CaO+2HCl=CaCl2+H2
干式脫酸有2種方式。一種是干性藥劑(一般采用消石灰)和酸性氣體在反應塔內進行反應;另一種是在進入除塵器前的煙氣管道中噴入干性藥劑,在此與酸性氣體反應。消石灰與酸性氣體發生中和反應要有合適溫度(140~170℃),而余熱鍋爐出口的煙氣溫度往往高于這個溫度,為提高脫酸效率,一般需通過噴水降低煙溫。
減溫塔:從鍋爐出來的溫度為190~200℃的煙氣進入減溫塔。減溫塔由冷卻裝置與飛灰排出裝置組成。冷卻水由冷卻水供應泵從水箱送至噴嘴,并被壓縮空氣霧化后噴入減溫塔內與煙氣直接接觸。減溫塔的高度設置應確保噴入的霧化水可以完全蒸發,直徑設置應能防止塔內壁被霧化的水微粒接觸。煙氣經減溫塔降溫至150℃左右后進入后續設備。煙氣中部分粉塵落入塔底的料斗中,經排灰閥、輸送機送至飛灰貯倉。減溫塔底部需配置加熱裝置,防止飛灰吸潮沉積在內壁上腐蝕減溫塔。

2.半干法脫酸:
半干法脫酸的基本原理為:
2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O
SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O
半干法脫酸裝置一般設置在除塵器之前,主要包括給料系統、混合系統和反應系統。脫酸劑CaO在給料系統制作成粉狀,再進入制漿系統與水充分混合制成石灰漿,***后以噴霧狀進入反應系統。HCl、SOx等酸性成分被中和,生成中性的細小固體顆粒,隨煙氣進入下一步凈化系統。

3.濕法脫酸:
濕法脫酸裝置設置在除塵器之后,從袋式除塵器出來的溫度約140℃的煙氣經底部進入濕式洗滌塔。洗滌塔分為冷卻部和吸收減濕部。燒堿稀釋槽中配制好的燒堿溶液通過燒堿輸送泵、冷卻液循環泵送至冷卻部上方的噴嘴,向下噴入與逆流的煙氣充分接觸,將煙氣溫度降至飽和溫度。同時,在此過程中燒堿溶液與煙氣中的部分酸性氣體進行反應。塔底的吸收液一部分循環使用,一部分排出以降低溶液中的含鹽量以保證酸性氣體的吸收率。
煙氣經冷卻和吸收后進入洗滌塔上部的吸收減濕部。減濕水與燒堿溶液一并由減濕水循環泵輸送至減濕部上方噴嘴,向下噴入并均勻地經過填料床與煙氣充分接觸,酸性氣體被進一步去除。反應后的減濕水從吸收減濕部下部排入減濕水槽。凈化后的煙氣經塔頂除霧器除霧后進入煙氣再加熱系統。
煙氣再加熱器:從濕式洗滌塔出來的煙氣溫度約有70℃,為防止低溫腐蝕及煙囪出口冒白煙,需將煙氣加熱至150~160℃才能排放。再加熱方式可選擇蒸汽加熱或電加熱(一般選用蒸汽加熱)。從煙氣再加熱器出來的煙氣通過引風機經煙囪排入大氣。

采用消石灰Ca(OH)2作為溶劑時,濃度為10-30%,具有價格低、溶解度低的特征,但生成的石膏容易導致填料及管道堵塞與結垢,因此,濕法工藝更多采用NaOH溶劑,濃度為10-20%。與消石灰相比,苛性鈉價格高,但與酸性氣體的反應速率高,吸收效果好且用量小,因此目前較多采用苛性鈉溶劑,主要反應過程為:
HCl+NaOH=NaCl+H2O
SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O
Na2SO3+O2=Na2SO4
SO3+2NaOH=Na2SO4+H2O
歐洲采用濕法煙氣凈化的焚燒廠實驗數據調查表明:PH值為5-6的SO2吸收階段,NaOH所吸收SO2的量遠高于預期值。
需要說明的是:濕法去除率雖然較高,但流程復雜,配套設備較多,投資較高;產生高濃度無機氯鹽及重金屬的廢水,需經處理后才能排放;處理后的廢氣因溫度降低至露點以下,需再加熱以防止煙囪腐蝕及形成白煙現象。
五.脫酸凈化工藝特性綜合比較

注:1.去除率以HCl去除率為基準;2.藥劑種類:干式為Ca(OH)2粉(95%純度);半干式為Ca(OH)2乳液(15%純度)。
六.幾種工藝煙氣脫酸綜合比較結果
1.脫酸效率:濕法>半干法>干法;
2.水消耗:濕法>半干法>干法;
3.原料消耗(按消石灰計):干法>半干法>濕法;
4.電耗:濕法>半干法>干法;
5.投資:濕法>半干法>干法;
6.維護費:濕法>半干法>干法。
七.倡議
生活垃圾焚燒時煙氣中的主要酸性污染物為鹽酸,鹽酸來源于原生垃圾中含氯物質或材料,其中每個家庭、單位、團體等日常用于裝載垃圾的一次性塑料袋占據了含氯材料的大部分比例(其它具備回收價值的含氯包裝品、紙張等被“垃圾分類”或是拾荒者提前撿走)。那么,有沒有能夠代替一次性塑料垃圾袋的、價格低廉的、無氯或低氯的物品用于裝載家庭日常生活垃圾?為此提出一種技術研發的思路和方向:利用田間每年產生的、無法充分消納掉的農作物秸稈,例如玉米秸稈、小麥秸稈、稻米秸稈等,通過簡單的加工、制膜過程,制作成適于使用的一次性垃圾袋,用于代替傳統的一次性塑料袋?如果這一技術得到突破,不僅能夠大面積避免田間露天焚燒秸稈、污染環境的現象,而且能夠提高垃圾熱值、大幅降低焚燒后煙氣中的氯產生量、從而降低煙氣脫酸處理成本……我們拭目以待,并希望有識之士能在這個領域進行有益的探索。

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