EU2000_76_EC标准的垃圾焚烧厂烟气处理工艺探讨

污染物 GB18485—2001欧盟1992 EU2000/76/EC 烟尘/(mg/m3) 80 30 10 HCl/(mg/m3) 75 50 10 HF/(mg/m3) 2 1 SOx/(mg/m3) 260 300 50 NOx/(mg/m3) 400 200 CO/(mg/m3) 150 100 50 TOC/(mg/m3) 20 10 Hg/(mg/m3) 0. 2 0. 1 0. 05 Cd/(mg/m3) 0. 1 0. 1 0. 05 Pb/(mg/m3) 1. 6 ≤0. 5 其它重金属/(mg/m3) 6. 0 ≤0. 5 二 类/(ngTEQ/m3) 1. 0 0. 1 0. 1 烟气黑度/林格曼级 1 1 烟气主要污染物排放标准 满足EU2000/76/EC标准的 垃圾焚烧厂烟气处理工艺探讨 孙向军,龙吉生,岳优敏,邵 军,王文梅,孙建平 (上海日技环境技术咨询有限公司,上海 200040) 摘 要:参考国外发达国家生活垃圾焚烧厂的有关资料,通过不同的烟气处理工艺,对能够满足 EU2000/76/ EC标准、适合中国特点的生活垃圾焚烧厂烟气处理工艺进行了探讨,为生活垃圾焚烧厂建设单位、设计单位等提供参 考。 关键词:生活垃圾;焚烧;烟气;处理;EU2000标准 中图分类号:X701文献标识码:A 文章编号:1005-8206(2007)05-0001-03 Discussion on Flue Gas Treatment Process in Waste Incineration Plants Meeting EU2000/76/EC Sun Xiangjun,LongJisheng,Yue Youmin,ShaoJun,WangWenmei,Sun Jianping (Shanghai JECEnvironmental Consultant Co.,Ltd,Shanghai 200040) Abstract:Referring to information about domestic waste incineration plants in developed countries,different treatment processes offlue gas were analyzed. The flue gas treatment process in domestic waste incineration plant meeting EU2000/76/EC and adaptingtoChinese characteristic was discussed. It provided reference for construction,design units and soon. Key words:domestic waste;incineration;flue gas;treatment;standard EU2000/76/EC 目前国内已建成运营的生活垃圾焚烧厂烟气 排放均执行 GB 18485—2001生活垃圾焚烧污染 控制标准或欧盟1992标准。随着环保的日益 严格及国家有关节能减排政策的实施,国内已有 部分筹建的生活垃圾焚烧厂烟气排放拟执行 EU2000/76/EC(欧盟2000) 标准,而国内目前常 用的烟气处理工艺无法满足这一标准。我们通过 参考国外发达国家生活垃圾焚烧厂的有关资料, 分析不同的烟气处理工艺,对能够满足 EU2000/ 76/EC标准、适合中国特点的生活垃圾焚烧厂烟 气处理工艺进行了探讨,为拟采用较高烟气排放 标准的生活垃圾焚烧厂建设单位、设计单位等提 供参考。 1 EU2000/76/EC标准介绍 垃圾焚烧厂烟气排放标准 EU2000/76/EC、 GB18485—2001、欧盟1992标准见表1。 国内生活垃圾焚烧厂目前常用的烟气处理工 艺为半干法 (干法) +活性炭喷射+袋式除尘器。 从运营情况看,采用该工艺可使烟气主要污染物 排放达到 GB 18485—2001或欧盟 1992标准。但 要达到EU2000/76/EC标准,必须寻找一种新的烟 气处理工艺。 2 满足EU2000/76/EC标准的烟气处理工艺选择 垃圾焚烧厂烟气处理工艺主要是对酸性气体 (HCl、HF、SOx)、氮氧化物 (NOx)、颗粒物、有 机物 (包括二 ) 及重金属等进行控制。 2. 1 NOx去除工艺 目前国内已运行的生活垃圾焚烧厂均未设置 专门的脱氮装置,烟气中的 NOx排放浓度一般可 控制在 300~400 mg/m3,能够满足 GB 18485— 2001中 400 mg/m3的 排 放 限 值 , 但 达 不 到 EU2000/76/EC中 200 mg/m3的排放限值,必须设 置专门的脱氮设施。 NOx去除工艺主要有选择性非催化还原法 (SNCR) 和选择性催化还原法 (SCR)。收稿日期:2007-07-19 注:①表中规定的各项标准限值,均以标准状态下含 11% O2的干烟气为 参考值换算而得;②烟气最高黑度时间,在任何 1 h内累计不得超过 5 min;③GB 18485—2001中 HCl、HF、SOx、NOx、CO为小时均值,而欧 盟1992、EU2000/76/EC为日均值,其余污染物均为测定均值。 环境卫生工程 Environmental Sanitation Engineering Vol.15 No.5 October 2007 第15卷第5期 2007年10月 ·1· 环境卫生工程 第15卷 指标 袋式除尘器+ 湿式反应塔 半干式反应塔 +袋式除尘器 干式反应塔 +袋式除尘器 烟尘排放浓度/(mg/m3) <5 <10 <10 硫氧化物排放浓度/(mg/m3) <50 <200 <250 氯化氢排放浓度/(mg/m3) <10 <30 <50 重金属及二 脱除效果 佳 佳 较佳 二次污染物污泥及废水量 多 无 无 二次污染物灰量 少 低 低 工艺复杂性 复杂 复杂 简单 初次投资 高 中 较低 年运行费用 较高 中 低 SCR法是在催化剂作用下 NOx被还原成 N2, 为达到SCR法还原反应所需的200℃的温度,烟 气在进入催化脱氮器前需加热。SCR法可将 NOx 排放浓度控制在50mg/m3以下。 SNCR是以 NH4OH(氨水) 或 (NH2)2CO(尿 素) 作为还原剂,将其喷入焚烧炉内。NOx在高 温下被还原为 N2和 H2O。SNCR法可将 NOx排放 浓度控制在200mg/m3以下。 与 SNCR法相比,SCR法脱氮效果更好,但 需要消耗昂贵的催化剂,加热还需耗用大量热能, 处理成本远大于 SNCR法。因此,SCR法一般应 用在对NOx排放控制更严的经济发达国家。工程 上SNCR应用更多。 2.2 颗粒物去除工艺 颗粒物去除主要有电除尘器和袋式除尘器。 电除尘器由于不能满足去除有机物 (二 等)、 重金属的需要,现已基本不作为垃圾焚烧厂的除 尘设备。GB18485—2001明确规定生活垃圾焚烧 炉除尘装置必须采用袋式除尘器。 2.3 脱酸工艺 2.3.1 干法 干式脱酸有 2种方式。一种是干性药剂 (一 般采用消石灰) 和酸性气体在反应塔内进行反应; 另一种是在进入除尘器前的烟气管道中喷入干性 药剂,在此与酸性气体反应。消石灰与酸性气体 发生中和反应要有合适温度 (140~170℃),而余 热锅炉出口的烟气温度往往高于这个温度,为提 高脱酸效率,一般需通过喷水降低烟温。 2.3.2 半干法 半干法脱酸一般采用氧化钙 (CaO) 或氢氧 化钙 (Ca(OH)2) 为原料,制备成氢氧化钙溶液。 利用喷嘴或旋转喷雾器将氢氧化钙溶液喷入反应 器中,形成粒径极小的液滴,与酸性气体进行反 应。反应过程中水分被完全蒸发,故无废水产生。 2.3.3 湿法 湿法脱酸的药剂一般采用烧碱 (NaOH),以提 高除酸效率。配置好的烧碱溶液喷入湿式洗涤塔, 与烟气中的酸性气体进行反应。洗涤塔产生的废水 需经专门处理后排放,处理后的烟气需再加热。 烟气脱酸除尘工艺有袋式除尘器+湿式反应 塔、半干式反应塔+袋式除尘器、干式反应塔+袋 式除尘器 3种组合形式,其优缺点及性能比较见 表2。 由表2可知,要达到EU2000/76/EC的酸性气 体排放标准,必须采用湿法工艺。 2.4 重金属及二 去除工艺 重金属以固态、液态和气态的形式进入除尘 器,当烟气冷却时,气态部分转化为可捕集的固 态或液态微粒。目前常用的重金属及二 去除 工艺是“ 活性炭吸附+袋式除尘器”。 2.5 满足EU2000/76/EC标准的烟气处理工艺 满足EU2000/76/EC标准的烟气处理工艺有以 下几种: 工艺1为SNCR+减温塔+活性炭喷射+袋式除 尘器+湿式洗涤塔+烟气再加热器。 工艺 2为 SNCR+减温塔+干法+活性炭喷射+ 袋式除尘器+湿式洗涤塔+烟气再加热器。 工艺3为SNCR+半干法+活性炭喷射+袋式除 尘器+湿式洗涤塔+烟气再加热器。 对于工艺 1,由于脱酸完全在湿式洗涤塔内 进行,造成洗涤塔的负荷过大,且废水的产生量 也大。对于工艺 3,虽然增加半干法工艺后大大 提高了除酸效果,但会使整个烟气处理工艺过于 复杂,此工艺适合于排放要求更高的经济发达国 家。对于工艺 2,可不专设干式反应塔,结合活 性炭喷射,采用在烟气管道中喷入干性药剂的方 式,大大降低了系统的复杂性,在确保达到排放 标准的前提下,还可降低后续湿式洗涤塔的负荷, 减少废水产生量。 综合考虑,工艺 2适合中国垃圾焚烧厂的烟 气处理。 3 烟气处理工艺流程描述 烟气处理工艺为SNCR+减温塔+干法+活性炭 喷射+袋式除尘器+湿式洗涤塔+烟气再加热器。 3.1 SNCR 尿素从厂外运入并送至尿素溶液配制间,在 配制槽内经搅拌配制成浓度约 40%的尿素溶液, 通过溶液输送泵送至混合器。在混合器内尿素溶 表2 3种烟气脱酸除尘方式综合性能比较 注:年运行费用中含湿式洗涤烟气加热、废水处理及飞灰处理所需费用。 ·2· 第5期 液进一步被水稀释成 5%的稀溶液。稀释后的溶 液被压缩空气雾化,并经喷嘴喷入炉膛内,与烟 气中的NOx反应,可将锅炉出口烟气中的 NOx浓 度控制在200mg/m3内。 3.2 减温塔 从锅炉出来的温度为 190~200℃的烟气进入 减温塔。减温塔由冷却装置与飞灰排出装置组成。 冷却水由冷却水供应泵从水箱送至喷嘴,并被压 缩空气雾化后喷入减温塔内与烟气直接接触。减 温塔的高度设置应确保喷入的雾化水可以完全蒸 发,直径设置应能防止塔内壁被电子化的水微粒 接触。烟气经减温塔降温至 150℃左右后进入后 续设备。烟气中部分粉尘落入塔底的料斗中,经 排灰阀、输送机送至飞灰贮仓。减温塔底部需配 置加热装置,防止飞灰吸潮沉积在内壁上腐蚀减 温塔。 3.3 熟石灰及活性炭喷射 熟石灰和活性炭从各自的贮仓经出料螺旋定 量输出,经喷射风机喷入减温塔和袋式除尘器之 间的管道中。通过熟石灰与烟气中的酸性气体反 应可去除部分酸性气体,以减少后续的湿法洗涤 塔的负荷,并确保酸性气体达到排放标准。喷入 的活性炭可将烟气中的二 和重金属等有害物 质吸附去除,之后烟气进入袋式除尘器。 3.4 袋式除尘器 烟气进入袋式除尘器后,烟气中的各种颗粒 物如烟尘、消石灰及其反应产物、凝结的重金属、 活性炭等附着于滤袋表面,形成一层滤饼。烟气 中的酸性气体在此与未反应的消石灰进一步反应 去除,滤袋表面的活性炭还可进一步吸附二 和重金属。滤袋表面的飞灰经压缩空气反吹后落 入灰斗。袋式除尘器也设有电加热装置,除尘后 的烟气进入湿式洗涤塔。 3.5 湿式洗涤塔 从袋式除尘器出来的温度约 140℃的烟气经 底部进入湿式洗涤塔。洗涤塔分为冷却部和吸收 减湿部。烧碱稀释槽中配制好的烧碱溶液通过烧 碱输送泵、冷却液循环泵送至冷却部上方的喷嘴, 向下喷入与逆流的烟气充分接触,将烟气温度降 至饱和温度。同时,在此过程中烧碱溶液与烟气 中的部分酸性气体进行反应。塔底的吸收液一部 分循环使用,一部分排出以降低溶液中的含盐量 以保证酸性气体的吸收率。 烟气经冷却和吸收后进入洗涤塔上部的吸收 减湿部。减湿水与烧碱溶液一并由减湿水循环泵 输送至减湿部上方喷嘴,向下喷入并均匀地经过 填料床与烟气充分接触,酸性气体被进一步去除。 反应后的减湿水从吸收减湿部下部排入减湿水槽。 净化后的烟气经塔顶除雾器除雾后进入烟气再加 热系统。 3.6 烟气再加热器 从湿式洗涤塔出来的烟气温度约有70℃,为 防止低温腐蚀及烟囱出口冒白烟,需将烟气加热 至 150～160℃才能排放。再加热方式可选择蒸汽 加热或电加热 (一般选用蒸汽加热)。从烟气再加 热器出来的烟气通过引风机经烟囱排入大气。 4 洗涤塔废水处理 采用湿法工艺会产生大量的废水,处理量 1000t/d规模的垃圾焚烧厂采用湿法工艺约产生 150t废水。湿式洗涤塔废水的水质:CODCr200 mg/L、BOD5100mg/L、SS500mg/L、Hg10mg/L、 TDS30~100g/L。 由此,洗涤塔废水中的 CODCr、BOD5含量较 低,能够达到通常的污水排放标准。另外,虽然 废水中的 TDS(总溶解盐) 含量很高,但属于无 害物质,且一般的污水排放标准并没有对含盐量 进行规定,也不用考虑去除。因此,在不考虑废 水回用的前提下,洗涤塔废水处理主要是SS、Hg 的去除,可采用图1的工艺处理后排放。 5 结论 执行EU2000/76/EC标准的中国生活垃圾焚烧 厂,可以选用 SNCR+减温塔+干法+活性炭喷射+ 袋式除尘器+湿式洗涤塔+烟气再加热器的烟气处 理工艺。 参考文献 [1] 张益,赵由才.城市生活垃圾焚烧技术[M].北京:化学工业出版社, 2000. 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