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行業知識

垃圾焚燒發電廠煙氣脫白特點及技術方案分析

  在我國火電、鋼鐵、建材、水泥等行業的煙氣凈化工藝中大多使用了濕法脫酸工藝,從濕法處理系統出來的飽和濕煙氣中含有大量水蒸氣,水蒸氣中又含有溶解性鹽、粉塵等污染物。水蒸氣進入溫度較低的環境中,在煙氣溫度降低過程中,煙氣中的水蒸氣會和污染物凝結形成濕煙羽,出現煙囪冒白煙、灰煙的情況,視覺效果比較差,對周邊居民生活產生了影響。目前,許多省市的火電或其他行業地方標準中都將白煙的排放列入了控制指標中[1]。
 
  目前生活垃圾焚燒行業的國家標準《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB 18485—2014)對白煙的控制無相關要求,地方規范也無相關參考標準。垃圾焚燒發電煙氣脫白技術路線主要參考火電行業,各技術路線的適用性無系統性總結。基于此,本文從理論上對各種煙氣脫白工藝的特點進行了詳細比較,并對類似項目的脫白工藝選擇給出了建議。
 
1 垃圾發電行業煙氣脫白特點
 
  煙氣脫白技術主要受工藝流程條件、余熱資源、投資要求等因素影響。雖然各行業的煙氣脫白工藝都各不相同,但考慮到節能和投資方面的因素,煙氣脫白常用的技術路線主要有3種:煙氣加熱技術、煙氣冷凝技術、煙氣先冷凝再加熱技術,這3種技術路線及組合方案也延伸出了許多種脫白工藝流程[2]。
 
  垃圾發電和火電行業相比有其特殊性,一是大部分垃圾發電廠鑒于環保要求,選址通常距離居民區較遠,在各項污染物排放達標的情況下,白煙對居民的視覺影響并不大,影響人群數量較少,沒有設置煙氣脫白的必要性。二是參考火電廠脫白工藝,無論采用加熱還是冷凝后再加熱的方法,所需的蒸汽和電能消耗較大,而垃圾發電廠由于垃圾熱值較低,產生的蒸汽或發電量與燃煤電廠相比太小,不適合耗費大量蒸汽或電能再加熱煙氣。因此,垃圾電廠煙氣脫白最重要的考慮因素有:投資運營成本和技術實用性。
 
  除熱源以外,垃圾發電煙氣脫白方案主要受煙氣凈化工藝的影響。下面將對比介紹煙氣凈化工藝及配套煙氣脫白的工藝技術路線。
 
2 垃圾發電行業煙氣凈化工藝及煙氣脫白技術方案
 
  2.1 常規煙氣凈化工藝
 
  為滿足現行的《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB 18485—2014)要求,垃圾發電煙氣凈化的常規工藝為“SNCR(爐內脫硝)+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵器除塵”。余熱鍋爐出口的煙氣(約190 ℃)進入半干反應塔,進行第一步脫酸處理。消石灰通過制漿系統制成石灰漿,經過旋轉霧化器與冷卻水一同噴射在反應塔內。進入反應塔的煙氣與高度霧化的石灰漿液接觸,釋放熱量使水組分蒸發降低煙溫,部分反應產生的飛灰(固相)與未反應的石灰在反應塔底部排除,大部分飛灰與煙氣一起進入布袋除塵器排除。在半干反應塔和布袋除塵器之間的煙道內分別設置活性碳噴射系統及干粉(消石灰或氫氧化鈉)噴射系統。活性碳用于吸附重金屬、二噁英、呋喃、TOC等。噴入的消石灰干粉與煙氣充分混合可輔助除去煙氣中的酸性氣體,未反應的物料在除塵器內繼續與污染物進行反應。煙氣進入袋式除塵器,前段工藝的反應產物(氯化鈣、亞硫酸鈣、硫酸鈣等)與吸附污染物的活性炭及煙塵在通過濾袋時被分離出來。煙氣離開布袋除塵器后,通過引風機增壓送至煙囪排入大氣,煙囪出口排放溫度為130~150 ℃[3]。
 
  根據項目實際運行經驗,通過常規煙氣凈化工藝處理后的煙氣,水蒸氣含量和含塵量處于一個較低的水平,煙氣溫度處于較高水平,對白煙的產生作用有限,正常項目冬季或陰雨天氣會有可見的白煙,但視覺上的影響并不明顯。因此,新建及改造工程中不用考慮半干法+干法工藝對白煙產生的影響,不必設置煙氣脫白裝置。但是如果地方標準或環保部門對白煙有特殊要求需要脫白,那么從工藝和經濟角度考慮可選擇進一步提高煙氣溫度和降低含塵度。由于目前運行的項目含塵度都能滿足國家標準,且增加過濾面積在改造中的難度較大,所以提高煙氣溫度是最可行的方式。
 
  在布袋除塵器后端增加一套SGH(蒸汽-煙氣換熱器)或電加熱器是提高煙氣溫度最可行的辦法。
 
  (1)電加熱:采用電加熱方法將空氣提高至所需求的溫度,再將熱空氣送入煙道中與煙氣混合,提升煙溫。其主要設備為風道式電加熱器,功率較大,具體根據加熱器進出口煙溫確定。電加熱工藝的缺點是耗電量太大,大幅度提高了廠用電率,優點是設備簡單,占地較小。
 
  (2)蒸汽加熱:布袋除塵器出口的煙氣直接利用SGH(蒸汽-煙氣換熱器),提升煙溫至所需溫度。SGH的缺點是設備較復雜,占地較大,優點是可利用部分低品質蒸汽。
 
  2.2 帶濕法脫酸系統的煙氣凈化工藝
 
  為滿足越來越高的地方環保要求,部分項目使用了濕法脫酸工藝及SCR(選擇性催化還原技術)脫硝工藝,布袋除塵器出口的煙氣再進入SCR反應器和濕法反應器中進行脫硝和脫酸,然后排入大氣。完整工藝為SNCR(爐內脫硝)+半干法脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵器除塵+濕法脫酸+SCR脫硝。根據環保要求的不同,有的項目只增加了濕法工藝,多數項目在增加濕法的同時也增加了SCR脫硝系統,濕法工藝和SCR工藝的前后順序會有變化[4]。
 
  濕法工藝對煙氣含水量的影響巨大,也是垃圾焚燒發電廠煙氣脫白的主要研究對象。濕法處理系統出口排放溫度約60 ℃,煙氣濕度大,直接排到大氣極易產生白煙。部分項目使用煙氣直接加熱方案,采用“GGH(煙氣-煙氣換熱器)+SGH(蒸汽-煙氣換熱器)工藝”來提高煙氣溫度,出口煙氣可先用GGH(煙氣-煙氣換熱器)與濕法處理系統入口高溫煙氣換熱,提高煙氣溫度,然后再通過SGH(蒸汽-煙氣換熱器)和蒸汽換熱進一步提升煙氣溫度。但從本質上來講,該方法只提高了煙氣溫度,并未減少煙氣中的水分,濕度依然較大,因此需要提升至更高的溫度來減少白煙產生。為此,部分項目使用了先冷凝再加熱技術,在濕法處理系統出口設置換熱器,繼續降低煙氣溫度至45 ℃左右,在此過程中大量冷凝水析出,煙氣中含水率大幅度降低,然后再通過“GGH(煙氣-煙氣換熱器)+SGH(蒸汽-煙氣換熱器)工藝”提高煙氣溫度,這樣可以大幅度減少白煙的產生。此系統在解決白煙產生的問題上有較好的效果,但缺點是設備較復雜,占地面積較大,對空間高度的要求比較高,且由于使用人為降溫和人為升溫的方式,人力成本太高,同時由于煙道較為復雜,阻力較大,也大大增加了引風機的耗電量。
 
3 結語
 
    本文參考火電領域在煙氣脫白經驗,從經濟、可靠的角度出發,針對垃圾焚燒發電領域的煙氣脫白提出了兩種技術框架設計思路:一是針對白煙視覺觀感不太嚴重,實際污染物達到排放標準的項目,建議不設置脫白設施(主要針對使用半干法+干法脫酸工藝的項目)。二是針對白煙視覺觀感嚴重,實際污染物達到排放標準的項目,可以增加煙氣再加熱或冷凝再加熱等設施,利用電廠產生的低品質蒸汽或較少電能,采用成熟技術或新技術協同治理的技術路線(主要針對使用濕法脫酸的項目),在考慮了經濟投資、運行費用的基礎上,最大限度地減少白煙排放。
 

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