垃圾焚烧炉干法尾气净化处理系统的应用研究
摘要:介绍了目前国内垃圾处理情况和有关规定及垃圾焚烧炉干法尾气净化处理的原理、工艺流程及系统构成，并从工艺流程、工艺原理、运行和控制、维护保养、运行成本等方面对垃圾焚烧炉干法尾气净化处理系统和半干法尾气净化处理系统进行了比较。
1 我国垃圾处理情况及有关规定
我国属于发展中国家，经济发展迅速、城市化速度加快、居民生活水平不断提高，导致了城市垃圾产生量不断增加。目前国内600多座城市的垃圾产生量以每年7%～8%的速度增长，而垃圾处理率不到1/3，真正达到无害化处理和能源利用的比例更低。随着经济的高速发展，城市化水平的提高，在城市周边已很难寻找到适宜的垃圾填埋场地，因此城市垃圾处理问题相当严重。
目前国内90%的城市生活垃圾采用填埋处理，但是如不是严格意义上的卫生填埋，垃圾产生的高浓度渗滤液，会造成地下水以及地表水的严重污染，对水资源造成严重威胁；同时还会产生大量有害气体，污染大气环境，若处理不当，其产生的危害会延续几百年甚至上千年。
垃圾焚烧是实现垃圾无害化、减容化、资源化处理最为有效的方法。垃圾焚烧技术在发达国家已经十分成熟，并已积累了超过20年的经验。但对于我国来说，却是一个有待开发、学习的新领域。我国在垃圾焚烧方面目前虽然已经取得不少进步，但仍处于摸索与研究阶段。
我国垃圾焚烧炉尾气排放的限值规定（《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB18485-2001））见下表。
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2 垃圾焚烧干法尾气处理系统
2.1 干法处理原理
干法工艺，即“综合反应器+布袋除尘”烟气治理工艺。此法是在垃圾焚烧锅炉的出口设置急冷反应塔，使尾气温度迅速降至170℃左右，抑制二恶英的再生成，然后将Ca(OH)2干粉和特殊反应助剂经定量供给装置，由鼓风机喷射进急冷反应塔和布袋反应器之间的烟道内，Ca(OH)2粉体和特殊反应助剂与尾气中的酸性气体发生如下中和反应：
Ca(OH)2+2HCl→CaCl2+2H2O
Ca(OH)2+SO2→CaSO3+H2O
CaSO3+1/2O2→CaSO4
同时特殊反应助剂与尾气中的重金属及二恶英发生吸附反应，去除部分包括粉尘、酸性气体、重金属和二恶英在内的有害物质。
反应生成物（CaCl2，CaSO4）、未完全反应的消石灰及反应助剂将进入并附着在布袋反应器的滤布上，并在滤布上形成一层网状结构膜（称之为反应膜），故布袋反应器的系统阻力降低，大大增加了反应的比表面和反应时间。在烟道中未反应的酸性气体以及未完全被吸附的重金属和二恶英，在通过此反应膜时，最终将被中和或被吸附掉，从而达到高效率的去除效果。其反应机理如图1：
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气中的有害物质去除，以干燥状态回收反应生成物，由于特殊反应助剂的存在、系统阻力降低、延缓氯化钙等的潮解速度，布袋反应器的寿命可大大延长。同时，干法系统和自动控温技术的采用，消除了“糊袋现象”，也可延长滤袋寿命，降低设备使用成本。
干法系统所收集的飞灰容易处理，解决了湿法、半干法飞灰二次处理的难题。干法系统采用石灰粉和化学助剂来去除有害气体，不再采用价格昂贵的活性炭，再加上减少了制浆所需电耗和水，从而可大大降低运行成本。布袋反应器在事先设定好的压力损失数值或时间条件下，通过高压空气使滤布膨胀变形，从而清除掉滤布上的粉尘及反应生成物，进行脉冲洗；被清除下来的粉尘及反应生成物被送到粉尘处理装置进行处理。
2.2 干法尾气净化系统构成
系统采用“急冷反应器+干式消石灰加反应助剂喷射装置+高效率布袋除尘器”烟气净化处理工艺。系统由喷雾急冷反应塔、干式消石灰加反应助剂喷射装置、内置在线/离线式布袋除尘装置、卸料（石灰粉）站、灰接收装置及系统设备的电气、仪表及自控装置（含烟气在线监测系统）等部分组成。
3 干法尾气处理系统与半干法处理系统的比较
干法处理工艺是采用喷石灰粉替代石灰浆雾化。由于国内垃圾焚烧厂烟气处理系统中对酸性气体的中和工艺各不相同，因此垃圾焚烧炉尾气净化处理工艺多为半干法，少有干法。
半干法处理工艺为：来自锅炉的烟气大部分由反应塔下部通过布风装置进入反应塔。雾化水由反应塔喉部的双流体雾化喷嘴喷入反应塔，以很高的传质速率在反应塔中与烟气混合，烟气中小液滴与氢氧化钙颗粒以很高的传质速率与烟气中的SO2等酸性物质进行混合反应，生成CaSO4、CaSO3和CaCl2等反应产物。这些干态产物小部分从反应塔塔底排灰口排出，大部分随烟气经烟道进入和布袋除尘器除尘。
在实际运行中，这种工艺因反应、降温都在反应塔内进行，中和反应塔底部较潮湿，反应物容易板结，易造成塔内结垢、难以清理等问题，甚至布袋表面也都难以避免结垢而造成运行、检修等困难。
3.1 工艺流程的比较
（1）干法工艺（消石灰粉直接喷入）流程（见图2）
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（2）半干法工艺（石灰浆雾化喷入）流程（见图3）
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3.2 工艺原理的比较
（1）干法工艺原理
布袋除尘器的上游设置有急冷塔，塔顶上方装有空气-冷却水双流喷嘴，通过调节喷入的水量可控制烟气的温度，使之保持在一个设定的温度内。在急冷塔与布袋除尘器之间的烟道上设置有消石灰干粉喷嘴。
石灰仓下部的可控配粉机将消石灰粉按需要连续输送到石灰管线中，通过配粉机转速的调节可以控制石灰的加入量。石灰管线中的消石灰粉被喷吹风机吹送至烟道中，在烟道和布袋除尘器中与烟气里所含的有害物质进行中和反应。反应生成物最后被布袋除尘器滤除。
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
(气相) (固相) (反应生成物)
（2）半干法工艺原理
消石灰与石灰浆贮槽中的水混合，形成一定浓度的石灰浆。通过石灰浆泵将石灰浆输送到安装在反应塔顶部的雾化器。在反应塔内石灰浆被雾化，雾化后的石灰浆在反应塔及烟道和布袋除尘器中与烟气里所含的有害物质进行中和反应。
2HCl+Ca(OH)2＝CaCl2+2H2O
（气相）（液相）
石灰浆及反应生成物在反应器里与烟气接触，水分受热蒸发而成为干粉，小部分落到反应器底部被排出，大部分随烟气流入布袋除尘器最终被滤除。石灰浆的加入量由调节阀进行控制，多余的石灰浆经旁路回到石灰浆贮槽，形成连续的循环流动，以避免石灰浆在管线内停留而造成堵塞。控制布袋除尘器入口温度的冷却水与石灰浆同时喷入雾化。
3.3 运行和控制的比较
（1）干法工艺的运行和控制
布袋除尘器入口烟气温度和烟囱出口HCl浓度是两个独立的控制线路，互不影响；消石灰粉较易处理；消石灰为干粉状，没有堵塞等问题；不用将石灰加水制浆，石灰系统简单，只需一个贮存石灰的石灰仓。
（2）半干法工艺的运行和控制
虽然烟气温度的控制是一个单独的喷水调节回路，但石灰浆的加入量是根据烟囱出口的HCl浓度进行调节的，石灰浆所含的水分将会对烟气温度造成较大的影响，特别是当HCl浓度过高时，烟气温度可能会低于最佳设定值；石灰浆浓度对工艺影响较大，因此对石灰浆的调制有一定的要求；石灰浆在管线内的停留时间过长就会硬化而导致管道堵塞；从石灰进库到调制石灰浆，并要达到一定浓度要求，要有一套复杂的制浆系统；雾化喷头因石灰浆的高速喷出被磨损，需定期更换，更换过程约需30分钟，这段时间会影响烟气处理系统的正常运转。
3.4 维修和保养的比较
（1）干法工艺的维修和保养
辅助设备少，如石灰喷吹风机、可控配粉设备，维护容易。
（2）半干法工艺的维修和保养
石灰浆制备和输送系统设备较多，故障率高，维护工作量大，主要设备有：石灰浆泵、冷却水泵、雾化器（包括润滑系统、冷却风机等）、石灰浆调节阀、石灰浆搅拌机等；石灰浆泄漏造成设备和工作场所污染的问题也较难解决；雾化头容易被堵塞需定期清洗；如果停炉时间较长，必须将石灰浆排放干净，并对石灰浆管线进行清洗；由于石灰浆碱度较高，因此也必须进行处理。
3.5 运行成本的比较
（1）干法工艺的运行成本
对HCl 的去除效率与半干法工艺相同，但试剂消耗费用较低；冷却水采用喷嘴雾化，较半干法工艺采用雾化头节省电能；急冷塔需要消耗一定量的压缩空气。
（2）半干法工艺的运行成本
对HCl的去除效率与干法相同，但试剂消耗费用较高；由于雾化头、冷却风机、石灰浆泵、冷却水泵等都要消耗电能，所以耗电较干法工艺多。
4 结论
（1）完全雾化急冷反应塔+吸收剂和助剂喷射+涂层袋式反应器的干法尾气处理系统，结构简单，故障率低；
（2）采用系列温控、特殊药剂等技术，能够有效提高去除有害气体的效率，消除了半干法系统使用中的“糊袋现象”，可延长滤袋寿命、降低设备使用成本；
（3）采用消石灰和反应助剂代替价格昂贵的活性炭，可减少制浆水电消耗，降低运行成本。
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