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化工危險廢物焚燒的煙氣凈化工藝分析
時間：2021-12-17
亞德環(huán)保導(dǎo)讀：根據(jù)化工危廢焚燒煙氣污染物的生成機(jī)理,對它們各自的控制技術(shù)進(jìn)行了分析,并結(jié)合實際工程案例,合理改進(jìn)了二次污染物的控制技術(shù),即二噁英控制技術(shù)的優(yōu)化、煙氣脫酸工藝的優(yōu)化和NOx控制技術(shù)的優(yōu)化。
目前，常用的處理處置危險廢物的方法包括海洋處置、焚燒、化學(xué)與生化處理、固化處理等，旨在實現(xiàn)資源化、無害化和減量化。近年來，焚燒技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，它是一種于焚燒爐放置危廢，使其可燃成分氧化分解的處理方法。而在焚燒技術(shù)中，因工作連續(xù)性好、使用壽命長、運行穩(wěn)定、技術(shù)成熟等特點，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)顯示出較強(qiáng)的優(yōu)勢。但由于近幾年回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)發(fā)展過快，而相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵點又發(fā)展滯后，因此帶來了煙氣排放不達(dá)標(biāo)等問題。
煙氣中污染物的生成與控制
1.1酸性氣體的生成與控制
酸性氣體污染物主要由氮氧化物、氯化物和硫氧化物組成，其在燃燒過程中，固體廢物中所含的Cl、S等化合物主要產(chǎn)生HCI、SO2。主要采用濕式、半干式及干式洗氣等方法對焚燒煙氣中HCI、SO2等酸性氣體加以控制。 NOx的生成機(jī)理主要來自助燃燃料燃燒生成NOx，在高溫下空氣中氮氣氧化生成NO及在燃燒時廢物中含氮成分生成NOx這3個方面。目前控制NOx的方法主要有：
(1)選擇性非催化還原法(SNCR)
向焚燒爐內(nèi)噴入氨水或尿素，通過還原反應(yīng)后最終形成CO2、水和氮氣，煙氣中氮氧化物降低。
(2)選擇性催化還原法(SCR)
SCR系統(tǒng)脫硝效果很高。煙氣中的NO。與氨水等還原劑反應(yīng)，在催化劑的作用下，煙氣中的NOx轉(zhuǎn)化為水和氮氣。
(3)燃燒控制法
維持適合的爐膛溫度和穩(wěn)定，溫度型NO。生成的條件是溫度>1400V，因此要想控制其的生成，可通過合理的供風(fēng)(降低燃燒場的氧氣濃度)，控制爐膛溫度(減少爐膛內(nèi)部局部高溫的產(chǎn)生)。
1.2粉塵及重金屬污染物的生成與控制
諸如可凝結(jié)的氣體污染物、灰分等惰性無機(jī)物是焚燒煙氣中粉塵的主要成分。重金屬污染物包括砷、鉻、鉛等元素態(tài)氧化物及氯化物等。經(jīng)過高溫焚燒后，廢物中的重金屬物質(zhì)，部分揮發(fā)進(jìn)入煙氣，部分存留在灰渣中。目前，焚燒尾氣處理系統(tǒng)去除重金屬均采用活性炭吸附的方法，最終通過布袋除塵器收集進(jìn)行安全填埋。在袋式除塵器后，揮發(fā)性強(qiáng)、沸點低的重金屬汞仍有少量以氣體狀態(tài)存在，但由于其溶于水的特性，最終在酸吸收塔內(nèi)被洗滌液去除。
1.3二噁英的生成與控制
二噁英是多氯二苯并呋喃PCDFs和多氯二苯并對二噁英PCDDs這2類化合物的統(tǒng)稱。二噁英的生成機(jī)理主要有：①直接釋放機(jī)理;②高溫氣相反應(yīng)機(jī)理;③前驅(qū)物合成機(jī)理;④從頭合成反應(yīng)機(jī)理。
化工危廢焚燒過程中煙氣凈化工藝
2.1工藝流程
傳統(tǒng)的煙氣凈化采用的技術(shù)和工藝是煙氣急冷+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸。該項目采用的煙氣凈化技術(shù)和工藝是煙氣高溫脫硝+煙氣急冷+干法脫酸+活性炭粉噴射+布袋除塵+兩級濕法脫酸+靜電除霧器+活性炭吸附床。
2.2煙氣凈化工藝的優(yōu)化
2.2.1控制N0。的技術(shù)優(yōu)化
(1)回轉(zhuǎn)窯溫度的控制
經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，在1000oC下NOx的生成量為1300V下的1/10。首先要維持適合的爐膛溫度和爐膛燃燒穩(wěn)定，才能控制NOx的生成。在回轉(zhuǎn)窯，該項目設(shè)置紅外測溫儀，自動控制爐膛溫度通過遠(yuǎn)程監(jiān)測來實現(xiàn)。該項目還采用了組合燃燒器，以維持爐膛的穩(wěn)定燃燒，并對回轉(zhuǎn)窯頭罩供風(fēng)口的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，有效減少氮氧化物等污染物的排放。
(2)優(yōu)化布置二次風(fēng)
采用2次燃燒，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)將氧氣含量控制在6%～10%，使在弱還原氣氛下物料進(jìn)行一次燃燒，促進(jìn)氮化合物轉(zhuǎn)化為N2，充分焚燒在二燃室進(jìn)行，使有害物質(zhì)徹底燃盡。為有效減少NO的生成，需對二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)合理布置。該項目是在二燃室縮口直段布置二次風(fēng)分布器，煙氣擾動的增加應(yīng)用文丘里效應(yīng)，同時在同一截面上均勻分布風(fēng)噴嘴，切向進(jìn)入二燃室后，一個假想圓會在中心形成。在二次風(fēng)的擾動下，焚燒煙氣螺旋上升，增加煙氣流動的行程，在二燃室內(nèi)煙氣的停留時間延長，煙氣滯留時間大于2.0s，煙氣中的有害物質(zhì)完全分解。
(3)脫氮系統(tǒng)優(yōu)化
將脫硝反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)在余熱鍋爐第一回程。脫硝采用SNCR法(非催化法)控制NO。，而SNCR技術(shù)的關(guān)鍵是溫度窗口的選擇。在噴射口附近，該項目設(shè)置熱電偶，窗口溫度930C效果最佳，設(shè)為900～1000"C。同時將NO。分析系統(tǒng)設(shè)置在鍋爐出口，對NOx濃度實時監(jiān)測，向PLC傳送采集到的NOx濃度信號，根據(jù)濃度數(shù)值，PLC對尿素溶液噴射量值進(jìn)行調(diào)整，輸出噴射流量控制信號，最終將定量的尿素溶液通過噴射系統(tǒng)噴入焚燒爐內(nèi)，在鍋爐內(nèi)尿素溶液熱分解出氮，并在適溫下與鍋爐內(nèi)的NOx發(fā)生還原反應(yīng)，還原成水和氮氣，最終煙氣中氮氧化物被脫除。
本項目還原劑為尿素溶液。該系統(tǒng)采用人工上料配制還原劑，由現(xiàn)場的軟水管道將配置所需軟水送至尿素溶液配制罐，配制成40%尿素溶液，其后通過離心泵組，將溶液輸送至儲存罐，通過在線稀釋計量分配模塊，40%的尿素溶液被稀釋成5%的尿素溶液后，通過分配計量裝置分配至噴射系統(tǒng)噴射霧化。本項目儲存罐設(shè)置電加熱裝置，輸送管道蒸汽伴熱，以避免尿素溶液再結(jié)晶。同時為防止噴嘴超溫與堵塞，噴槍設(shè)置壓縮空氣護(hù)風(fēng)，還采用分層對稱布置，預(yù)留接口12個，為保證脫硝效果，可按照工況，對噴槍噴射位置進(jìn)行調(diào)整。在模塊化設(shè)計理念下，本項目SNCR系統(tǒng)幾乎所有的設(shè)備均安裝在預(yù)先經(jīng)過工廠測試的模塊上，采用的流量控制系統(tǒng)先進(jìn)，分析現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)后，輸出流量控制信號，實現(xiàn)自動化全程控制。
2.2.2脫除酸性氣體工藝優(yōu)化
為提高脫酸效果，本項目的煙氣凈化工藝為傳統(tǒng)的干法+濕法脫酸工藝升級為干法+雙濕法洗滌脫酸。
(1)干法脫酸
為實現(xiàn)脫酸，將凈化吸收劑Ca(OH)2粉加入脫酸塔內(nèi)。煙氣中的HF、HCI、SO，和S0：等和脫酸塔內(nèi)Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaF2、CaCl2、CaSO3、CaSO4等。同時煙氣中存在C02，Ca(OH)2消耗一些生成CaCO2，焚燒產(chǎn)生的飛灰和這些形成的顆粒物一同進(jìn)入布袋除塵器，由布袋除塵器中的濾袋濾除。
采用雙濕法洗滌處理煙氣，有預(yù)冷器(預(yù)冷水池給水來自洗滌水池，將洗滌水通過洗滌排水泵定期送入預(yù)冷水池。部分回用使用后預(yù)冷器，其余排入污水站，既減少了高濃度鹽水量，又降低了洗滌塔堿耗量。有自動切換系統(tǒng)設(shè)置在預(yù)冷水給水管路上，可通過氣動球閥自動接換到備用預(yù)冷水管路，并自動啟動預(yù)冷水泵，以保證預(yù)冷水穩(wěn)定工作)增設(shè)在洗滌塔前，使煙氣溫度降至約70。C，再進(jìn)入洗滌塔，洗滌塔選擇篩板塔，塔內(nèi)煙氣中的酸性氣體(HF、HCI、SO2)采用NaOH中和吸收。利用洗滌循環(huán)泵維持在一定pH值范圍內(nèi)的堿液。波紋板除霧器有設(shè)在洗滌塔出口，對塔中氣體夾帶的液滴通過除霧器分離，3～5um的霧滴可有效去除。除霧器帶有可間歇地噴入高壓清潔水的沖洗噴頭，以清洗除霧器，旨在將其上可能沉淀的鹽類物質(zhì)去除。
2.2.3二噁英控制技術(shù)優(yōu)化
(1)靜電除霧工藝優(yōu)化
經(jīng)濕法洗滌后，煙氣中含水率較高，若直接通過煙囪排放，會有白色煙羽產(chǎn)生，因此，以往項目將煙氣加熱器設(shè)置在洗滌塔后，把煙氣溫度加熱至大于110oC后排放。該項目更改為靜電除霧器，將煙氣中的氣溶膠、液滴及水霧利用其分離和去除。使上述問題得到解決，同時進(jìn)一步去除了煙氣中的超細(xì)顆粒物(吸附于飛灰表面的二嗯英類物質(zhì))，解決了氣溶膠中二嗯英超標(biāo)問題。
(2)活性炭吸附工藝的優(yōu)化
經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，二噁英存在的主要形態(tài)是顆粒物，所以需對粉塵的排放量嚴(yán)格控制，最有效去除二嗯英的方法是活性炭噴射吸附+布袋除塵，還能使重金屬汞的排放濃度降低?？紤]到物料成分具較大的波動性，本項目將活性炭吸附床(采用分倉設(shè)計，共有3個均能滿足使用要求的分倉組成。吸附層設(shè)置壓力及溫度測點，根據(jù)活性炭使用情況、倉內(nèi)阻力更換使用。同時旁通有設(shè)置，吸附裝置的調(diào)整依據(jù)使用需要)增設(shè)在靜電除塵器后端，再次凈化煙氣中的二噁英及重金屬等污染物，保障煙氣達(dá)標(biāo)排放。
回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)現(xiàn)有的煙氣凈化工藝存在許多亟待改進(jìn)的地方，如洗滌水中氣溶膠狀態(tài)的二嗯英類物質(zhì)增加、活性炭吸附造成二次污染、SNCR系統(tǒng)NH，逃逸等，通過該系統(tǒng)的所有設(shè)計環(huán)節(jié)的控制，結(jié)合項目投資等各種因素，針對不同的物料及項目情況加以應(yīng)用，修正工藝設(shè)計內(nèi)容，隨著此工藝會日益完善，實現(xiàn)無害化、減量化的化工危廢物處置。
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