垃圾焚燒發電廠煙氣凈化系統優化改造經驗
摘要：文章針對影響垃圾焚燒煙氣凈化系統長周期運行的問題，以及電廠環保達標排放存在的風險，提出了脫酸系統增加備用液堿脫酸工藝，布袋除塵器及煙道采用專用防腐涂料進行防腐施工，飛灰固化系統增加二次螯合固化的優化改造經驗，可有效保證設備達標排放。
1煙氣凈化系統工藝概述
煙氣處理工藝采用“SNCR+半干法（旋轉噴霧反應塔）+活性炭噴射+消石灰干粉噴射+布袋除塵+SCR”的組合式工藝，煙氣排放標準全面滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485—2014）及歐盟2010/75/EC標準。工藝流程見圖1。
1.1SNCR脫硝系統
SNCR系統主要包括氨水儲存單元、氨水輸送單元、氨水分配單元、噴射層單元、壓縮空氣單元及控制系統六部分。
氨水（20%～25%）通過還原劑加注泵單元由槽罐車泵送入氨水儲存單元，儲罐中氨水由還原劑輸送泵送入分配單元，還原劑在分配單元里實現定向分配后，依靠泵的壓頭送入噴射器，噴射器分為內外槍管，還原劑由內槍管噴入，霧化壓縮空氣由外槍管進入，在噴槍端部霧化段實現霧化，噴入爐膛，實現爐膛內脫硝。
1.2半干法脫酸系統
半干法脫酸系統由制漿系統、噴霧反應器組成，石灰漿制備系統向霧化器提供12%濃度的Ca(OH)2溶液，并維持恒壓。
190℃～220℃熱煙氣從反應塔頂部煙道進入半干法脫酸系統，頂部煙道設有風柵組件，可使煙氣呈螺旋狀向下運動。石灰漿溶液通過霧化器霧化成30～50μm的微小液滴，液滴與高溫煙氣混流，并被煙氣裹帶著向下運動。同時，Ca(OH)2與煙氣中的酸性氣體HCl、HF、SO2等發生反應。Ca(OH)2的主要反應發生在緊鄰霧化器噴嘴的區域，該區域具有傳熱和傳質的最適宜條件。主要反應為：
一小部分SO2會進行如下反應：
2.jpg
在反應過程的第一階段，氣—液接觸發生中和反應，石灰漿液滴中的水分得到蒸發，同時煙氣得到冷卻；在反應過程的第二階段，氣—固接觸進一步中和并獲得干燥的固態反應物CaCl2、CaF2、CaSO3及CaSO4等。該冷卻過程還使二噁英、呋喃和重金屬產生凝結。反應生成物落入反應器錐體，由錐體底部排出。
1.3活性炭系統
為滿足重金屬及有機物污染的排放要求，在煙氣進入袋式除塵器前噴入活性炭。活性炭作為吸附劑可吸附汞等重金屬及二噁英、呋喃等污染物。吸附后的活性炭在袋式除塵器中和其他粉塵一起被捕集下來，這樣煙氣中的有害物濃度就可得到更嚴格的控制。
活性炭的投放量根據煙氣流量而定，每條工藝線中均設有一套多組分煙氣在線監測裝置，由自動調節裝置控制從而達到活性炭的定量供給，以確保活性炭用量的經濟性。
1.4干法脫酸系統
在半干法反應塔與布袋除塵器之間增加干法脫酸系統，將半干法反應塔出口溫度設定在150℃左右，此時在反應塔與布袋除塵器之間煙道中噴入Ca(OH)2，以降低煙氣中的酸性氣體含量（如SOx和HCl等）。消石灰干粉在單獨使用石灰漿無法達標的情況下使用，或在旋轉噴霧干燥裝置檢修時使用。
消石灰干粉的投放量要根據煙氣中HCl含量而定，每條工藝線中均設有一套多組分煙氣在線監測裝置，由自動調節裝置控制從而達到消石灰的定量供給，以確保消石灰用量的經濟性。
1.5袋式除塵器
噴霧反應器排放的帶有飛灰及各種粉塵的溫度為150℃～160℃的煙氣，由反應器下部位置進入袋式除塵器。煙氣從濾袋外部進入，從隔倉頂部排出，煙氣中的飛灰、石灰漿反應劑和反應生成物、凝結的重金屬、噴入的活性炭等吸附在濾袋上，形成一層濾膜。煙氣中酸性氣體在此與過量的反應劑進一步發生反應，使酸性氣體去除率進一步提高，活性炭也進一步起到吸附作用，從而提高整套裝置的煙氣凈化效率。另外，布袋除塵器還會將煙氣里的固體顆粒（灰塵）過濾出來。過濾過程主要在布袋的外表面進行，固體顆粒在過濾袋的外表面被截留聚結成塊。重的顆粒在重力作用下沉降到料斗處。聚結成塊的固體灰渣在布袋清潔過程中被除掉，降落至料斗底部，灰渣經旋轉排灰閥排至輸灰系統的刮板輸送機。除塵后的煙氣經SCR、引風機、煙囪排入大氣。
1.6SCR脫硝系統
由于催化器的活性最佳溫度為180℃～190℃，布袋除塵器排放的煙氣經過SGH加熱器后，保持煙氣溫度大于等于180℃。
氨水輸送泵單元將20%氨水從氨水儲存區加壓輸送至SCR反應器計量分配單元，罐區來的氨水經計量分配單元控制進入蒸發混合器，混合器內設置整流器，通過熱空氣蒸發成稀釋氨氣，氨氣通過噴氨格柵噴入煙道中與原煙氣充分均勻混合，在SCR反應器內使催化劑均勻發揮效用。催化劑設計三層，預留一層。稀釋風機按一臺焚燒爐配備兩臺（一用一備）風機設置。根據SCR反應器進出口中NOx、O2濃度，煙氣溫度及煙氣流量等計算氨的注入量，通過氨水流量閥調節控制進入脫硝系統的氨量。稀釋后混合氣中氨氣濃度低于5%，以防爆炸。
1.7爐渣輸送系統
本系統是為了把從燃盡爐排出的爐渣和爐排下部漏渣及鍋爐飛灰輸送機運來的鍋爐飛灰運送到爐渣坑而設置的。經過焚燒后的垃圾變為成分穩定的爐渣，從爐排的出渣口經落渣井落入出渣機中，同時爐排漏渣輸送機輸送來的漏渣及鍋爐飛灰輸送機運來的鍋爐飛灰也分別排入出渣機中，爐渣、漏渣和飛灰在出渣機中經冷卻水冷卻、脫水后排入渣坑，然后通過灰渣吊將灰渣裝車后運出進行綜合利用。
1.8飛灰輸送及穩定化處理系統
飛灰是指煙氣凈化系統（噴霧反應器和袋式除塵器）收集的飛灰，因其成分復雜且含有一定量的毒性物質，故需與焚燒產生的爐渣分開處理，設置單獨的輸送及貯存設備。飛灰來自反應塔底部和布袋除塵器底部，經刮板輸送機（反應塔底部）、刮板輸送機（布袋除塵器底部）、集合刮板機及斗提機輸機送到飛灰暫存倉。暫存倉內的飛灰經氣力輸灰輸送至飛灰固化間進行穩定化處理，養護數天后經檢測合格后裝車運至指定的填埋場進行安全填埋處理。
飛灰穩定化處理系統主要采用“飛灰+水泥+螯合劑+水+攪拌混合”的飛灰穩定化工藝。飛灰穩定化處理系統采用螯合劑和水泥對飛灰進行固化穩定化處理，旨在降低飛灰中重金屬的浸出，為操作人員提供良好的操作環境。飛灰穩定化處理采用藥劑化學穩定化處理法，即將飛灰和液體藥劑按一定比例加入攪拌機內充分攪拌，穩定化后裝車老化。老化后的飛灰經檢驗，達到《生活垃圾填埋場污染物排放標準》（GB16889—2008）填埋場入場標準后，裝車送入填埋場進行填埋處理。
2優化改造經驗
2.1增加煙氣脫酸備用液堿系統
2.1.1原系統存在的問題
當霧化器故障或者垃圾成分問題導致煙氣排放濃度難以達標時，只有用干法脫酸系統來代替半干法脫酸系統，但脫酸效率得不到可靠保證。
2.1.2解決措施
增加液堿系統可以適當增加霧化器定期維護清理的頻率和時間，降低設備故障率，提高運行周期。備用液堿系統（見圖2）主要由一個液堿存儲罐（Φ4m×4m，材質為不銹鋼304）、一臺卸堿泵、兩臺液堿輸送泵（一用一備）、管路、閥組和儀表控制系統等組成。
液堿母管分別與#1公用系統冷卻降溫水母管、#2公用系統冷卻降溫水母管相連，液堿輸送管路與冷卻降溫系統管道母管共用一套輸送管路，系統流量及壓力的調節可利用原有系統閥門進行控制。系統如圖2備用液堿系統。
當半干法脫酸系統出現故障時，一鍵啟動備用液堿泵，將濃度為32%的液堿通過原有冷卻水管道噴入脫酸塔內，可進一步提升系統脫酸能力，增加脫酸手段。
2.2布袋除塵器防腐
2.2.1原系統存在的問題
目前，垃圾焚燒發電廠布袋除塵器清潔室及煙道周邊存在如下問題：
(1）清潔室下部箱體腐蝕相對嚴重，特別是外側壁板，局部有銹蝕磨穿的情況，甚至延伸至門框，致使大量冷風進入。
(2）清潔室上部箱體腐蝕稍輕，但也有明顯的腐蝕，特別是在清潔室上下箱體有銹穿或蓋板漏風的倉室。
(3）仔細觀察發現，除了清潔室及煙道內部腐蝕，壁板的外側即保溫層下也有明顯的腐蝕，內外腐蝕疊加形成點穿孔后，加上引風機的負壓引入外部冷風，進一步加速磨損和腐蝕蔓延，導致6mm鋼板在2年左右就可能被穿透。
(4）隨著煙道內煙氣溫度的進一步降低，更容易結露腐蝕，特別是對于較長的煙道，腐蝕尤為嚴重。
2.2.2原因分析
(1）在一定的濕度條件下，當高溫煙氣溫度較低時，容易結露，導致腐蝕發生。
(2）低溫可能的情況有：蓋板邊角處漏風、殼體腐蝕穿透、焊縫缺陷處漏風或遇到冷的壁板（啟停爐時或保溫不佳處）等。
(3）保溫層下也是易腐蝕的區域，冷熱變化時空氣易結露，且結露后在保溫層的遮蓋下不易擴散，會循環結露腐蝕，加上一般保溫材料含有無機鹽，當無機鹽溶解在濕氣中時，也會加劇電化學腐蝕的發生。
(4）除塵器油漆的選擇不合理、涂裝前的表面處理質量以及后續的涂裝不合格。
2.2.3解決措施
2.2.3.1確定防腐部位
在清潔室1的側板、頂板（小蓋板及邊框反面、大蓋板及邊框的反面）、清潔室2、出口煙道等容易產生冷熱交換的表面進行防腐。
2.2.3.2防腐層選擇耐高溫抗結露專用涂料
該涂料由高分子聚合物技術的樹脂和片狀金屬粉末等填料組成，用于重腐蝕環境的防護，可耐受持續高溫205℃（400℉），且可以經受冷熱循環的考驗，并保持良好的屏蔽性能。該涂料具備優異的耐結露性能，經長時間的海水和堿水（按指定標準）浸泡后，無氣泡、開裂及銹蝕等涂層失效現象；該涂層的結構件在火焰切割、焊接時不會著火燃燒，只會有一些煙塵產生，大大降低了現場作業的風險，涂料在低溫（-5℃）時可以固化，相比較酚醛樹脂和乙烯基酯體系的產品而言，大大擴展了其溫度應用范圍，特別是很多工廠大修會安排在冬季（年底或年初）且限定在較短時間內，其低溫固化和快速固化性能更加具備優勢。
2.2.3.3施工工藝
所有待涂覆的表面均應清潔、干燥、無污染。新鋼板噴射處理至粗糙度為50μm左右，對于噴砂機噴頭不能抵達的內部部位，采用打磨拉毛處理。底涂采用耐高溫抗結露專用涂料，干膜厚度100～125μm，施工方法采用無氣噴涂或輥涂；面漆采用耐高溫抗結露專用涂料，干膜厚度100～125μm，施工方法采用無氣噴涂或輥涂。
2.3增加飛灰二次螯合固化系統
2.3.1原系統存在的問題
由于垃圾成分的不確定性、復雜性，造成垃圾焚燒飛灰的成分具有不確定性，排放濃度具有波動性，環境影響重金屬因子相對檢測時間較長，造成飛灰螯合處置工藝調整先天的滯后，這樣一來飛灰螯合結果出具后，一旦不合格往往就是一整個批次的飛灰都可能不合格。飛灰螯合物隨時間流逝會慢慢板結成塊，對后續再次處置造成一定影響，對穩定性和均勻性、再次處置的藥劑滲透性提出了考驗。由此考慮，為保障飛灰無害化處理，二次螯合設備的增加是必要且必須的。
2.3.2解決措施
在現有的飛灰固化車間內，利用原有的鋼架進行擴展，將飛灰二次螯合設備依次布置在飛灰螯合系統旁，在現有飛灰固化與再螯合系統中設置一臺3t的電動葫蘆（起吊高度12m），作為二次螯合飛灰的起吊設備。
在電動葫蘆軌道梁下方從上至下依次布置：破袋倉、除塵風機、破碎機、插板閥、攪拌機、打包機等設備。破袋倉附帶稱重功能，可以精確計量散灰重量，利于配藥螯合，二次螯合破碎后至少85%的飛灰粒度小于10mm。
其工作流程如下：將需再螯合的飛灰裝至噸袋用叉車運至飛灰固化車間，用電葫蘆將噸袋飛灰吊至破袋倉，拆袋卸料至破袋倉。工作時啟動除塵器、破碎機、攪拌機等設備，將計量后的飛灰破碎后輸送至新的混合機內，同時根據飛灰量計算螯合劑、水的用量，并參與混合攪拌，溶液輸送及計量利用原有的溶液系統，通過管道引至二次螯合系統。
系統流程：噸袋→電動葫蘆→破袋倉→破碎機→混合攪拌機→打包機→轉運。飛灰二次螯合固化立面布置見圖3。
系統能夠完全處理因一次螯合后不合格的飛灰及各種檢修作業產生的零散飛灰。進一步提高了垃圾焚燒發電廠的應變能力，確保出廠飛灰合格合規，完全滿足《生活垃圾填埋場污染控制標準》（GB16889—2008）對飛灰管控的各項要求。
3結語
通過對垃圾焚燒發電廠煙氣凈化設備進行優化及改造，增加備用液堿系統，有效提高了脫酸系統的可靠性。采用適應垃圾焚燒發電廠煙氣條件的布袋除塵器防腐方案，可有效保證布袋除塵器的使用壽命及除塵效率。采用飛灰二次螯合固化系統，可以將不合格的螯合物進行重新螯合，保證了飛灰出廠的合格合規，以上改造優化經驗值得同類型垃圾焚燒發電機組借鑒。
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