垃圾焚烧发电厂烟气净化工艺及应用
作者：李晓海
摘要：本文介绍了引进的西格斯烟气净化技术的工艺流程和技术特点，并就采用该技术建设的深圳某垃圾焚烧发电厂烟气排放指标和国家标准及实测值进行了比较。

关键词：垃圾焚烧；烟气净化；污染物排放
垃圾焚烧处理过程产生的烟气中的一些污染物会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，使其达到无害化，以满足环境保护的要求。

这也是垃圾焚烧技术的关键，对污染物控制得好坏关系到垃圾焚烧技术的发展前景。

1生活垃圾焚烧烟气中污染物的种类
生活垃圾焚烧发电厂烟气中的污染物主要有烟尘（飞灰）、酸性气体、重金属和二恶英类等。

这是由于生活垃圾中含有大量的厨余、橡塑等有机化工用品的废弃物，在焚烧过程中会发生化学反应产生酸性气体，其中以HCl的含量最高，还有SOx和HF等；垃圾中的废灯具、废电池等含有汞和目它重金属元素，在焚烧过程中由于高温会变成气态存在于烟气或凝结附着在悬浮于烟气中的固态尘粒上。

当垃圾中含有氯化物并且燃烧中有碳和氧等元素、焚烧过程处在一定的温度范围内时，就会生成二恶英类物质（450℃左右时生成量最高），如不加以控制，其浓度可达2000ng/Nm3以上。

因此，这些物质必须经过处理至对环境和人体无害的程度才能排放到大气中。

国外对减少二恶英类物质在垃圾焚烧过程中的生成及其在焚烧炉出口烟气中的含量都进行了大量的研究和实践，现已能在垃圾焚烧过程中对其进行有效控制，即用良好的燃烧工况来降低二恶英含量。

该控制方法是将焚烧炉后段的燃尽室（二次燃烧室）的烟气温度升至850℃，保证烟气在此温度有2s的停留时间，同时对氧气与垃圾燃料进行充分扰动。

这三个控制条件通常简称为3T(Tem-peratare、Time、Turbulent）。

满足上述三个条件后可使在焚烧炉前段燃烧室生成的二恶英类物质被大量破坏分解，从而最大限度地降低了二恶英在焚烧炉出口烟气中的含量。

这种良好工况是通过焚烧炉的优化设计及高质量的运行来实现的。

2西格斯烟气净化技术
2.1烟气净化系统流程
比利时西格斯公司设计的烟气处理系统为半干式吸收塔+活性炭喷入系统+袋式除尘器的组合工艺，其工艺系统如下图所示。

烟气净化工艺系统
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。

2.2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的西格斯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1。

表1半干式反应塔技术参数
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1旁路。

(2）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。

(3)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。

烟气在通过袋式除尘器的过程中，被阻截在滤袋上的粉尘层会不断增厚，除尘器的阻力（压力降）也会不断增加，因此在保留一定粉尘层厚度以进行二次反应的同时，必须将滤袋上多余的粉尘清除（清灰），以维持除尘器在额定阻力范围内运行。

自动控制系统可以根据粉尘层的厚度利用压缩空气脉冲对滤袋进行清灰，使除尘器滤袋的粉尘层在保持一定厚度的同时又能得以更新。

袋式除尘器的滤袋材料采用具有表面过滤功能、透气性好、耐腐蚀和耐高温的进口滤料。

该袋式除尘系统的设计充分考虑了垃圾焚烧烟气的特性及运行工况的严格要求，采取了热风循环、旁路和伴热等保护措施，其技术水平优于一般袋式除尘系统。

该袋式除尘器的设备技术规格见表2
表2设备技术规格（按一台除尘器计）
(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。

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DC3（集散控制系统）监视。

2.3烟气净化系统的特点
(1)独有的高速旋转雾化器（转速高达12000转/min)，充分保证石灰浆的雾化效果；
(2)石灰浆雾滴与烟气的逆向旋与运动强化了二者的接触反应，使得除酸效率提高、石灰耗量降低；
(3)废水零排放。

细小均匀的石灰浆颗粒与热烟气充分混合，并且在吸收塔内有很长的停留时间，这就保证了水分完全蒸发．反应残余物充分干燥；
(4)烟气处理量范围广。

与静态喷嘴相比，旋转雾化器雾化颗粒的尺寸与石灰浆流量的大小无关，这就保证了反应塔能够处理各种烟气量；
(5)旋转雾化器高度集成，使用寿命长，运行可靠性高，便于维护操作易于更换；
(6)袋式除尘器的布袋滤料采用进口P84/PTFE；
(7)比利时西格斯公司的这套烟气处理技术，已在欧洲和韩国的多座城市生活垃圾焚烧发电厂实现了长期安全可靠、经济高效的运行。

烟气中污染物的排放浓度远低于所要求的限值。

3应用实例
深圳某垃圾焚烧发电厂装设了2条400t/d的垃圾焚烧和烟气处理线（1号线、2号线），并配1台12MW的凝汽式汽轮发电机组，烟气处理工艺为引进的西格斯烟气净化技术。

该垃圾焚烧发电厂的烟气净化装置进口的烟气成分和污染物组成见表3
表3烟气净化装置进口烟气成分和污染物组成
该垃圾焚烧发电厂的环保指标与国标GB18485-2001和实测值的比较见表4。

由表4可以看出、排放烟气中的主要污染物、酸性气体和重金属的实测数值都符合国家规定的限值。

表4焚烧炉大气污染物排放标准限值和该工程设计值、保证值和实测值的比较
4结语
在引进国外先进的垃圾焚烧和烟气净化技术的基础上，结合国内垃圾焚烧特点进行严格设计，可使垃圾焚烧炉排放的烟气中各种污染物浓度均符合国家标准限值，一些主要污染物浓度甚至可以达到发达国家标准。

但应该说明的是，城市垃圾焚烧在我国的应用时间还很短，无论是理论、实践各方面的工作都还处在一个比较粗浅的阶段。

所以，还有大量的问题有待于发现、研究、解决，从而开发出更适合我国国情的烟气净化技术，为防止城市生活垃圾处理中的二次污染做出贡献。