生活垃圾焚燒發(fā)電時(shí)，煙氣中產(chǎn)生的產(chǎn)要污染物有酸性氣體、煙塵、重金屬等物質(zhì)，不同的污染物需要裝備不同的處理技術(shù)、工藝和設(shè)備。例如，針對(duì)煙氣中產(chǎn)生的酸性氣體，其主要成分由SOx(硫氧化物)、NOx(氮氧化物)、HCl(鹽酸)等組成，其中NOx的去除原理為化學(xué)還原反應(yīng)(SNCR或SCR技術(shù));而SOx、HCl的去除原理為酸堿中和反應(yīng)。本文重點(diǎn)介紹SOx、HCl的去除方法及工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

一.酸性氣體SOx、HCl的來(lái)源及含量

生活垃圾焚燒煙氣中的SOx主要由SO2構(gòu)成，產(chǎn)生于原生垃圾中含硫化合物焚燒氧化所致(主要為有機(jī)硫，也有部分源于無(wú)機(jī)硫)。HCl來(lái)源于原生垃圾中的氯化物含量，如塑料、橡膠、皮革、紙張(氯漂白所致)、餐廚垃圾含氯農(nóng)藥殘留、，廚余中的NaCl以及KCl等。與燃煤火力發(fā)電廠不同的是：垃圾焚燒煙氣中SOx的含量很低，一般為200-800mg/Nm3，質(zhì)量百分含量約為0.11%;而HCl的含量又較高，達(dá)200-1600mg/Nm3(在我國(guó)，由于塑料制品的大量應(yīng)用，致使煙氣經(jīng)處理后截留在飛灰中的氯元素含量甚至高達(dá)25%)，一般生活垃圾產(chǎn)生的SOx是HCl的1/10以下，所以HCl是垃圾焚燒煙氣中主要的污染氣體。

二.反應(yīng)原理

1.氯化氫(HCl)

聚氯乙稀PVC的熱穩(wěn)定性較差，140℃時(shí)就開(kāi)始分解出HCl，反應(yīng)溫度達(dá)600-800℃，反應(yīng)時(shí)間10-15min時(shí);化學(xué)反應(yīng)原理為：

CH2CHCl+5/2O2=2CO2+HCl+H2O

氯化鈉反應(yīng)溫度為430-540℃，反應(yīng)原理為：

2NaCl+SO2+1/2O2+H2O=Na2SO4+2HCl

2NaCl+2SiO2+H2O=Na2O(SiO2)2+2HCl

2NaCl+4SiO2+Al2O3+H2O=NaO2(SiO2)4 Al2O3+2HCl

2.硫氧化物(SOx)

燃燒過(guò)程中，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)小于1時(shí)，有機(jī)硫的反應(yīng)產(chǎn)物有SO2及H2S、SO等;當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)大于1時(shí)即完全燃燒條件下，95%以上生成物為SO2，約有0.5-2%的SO2進(jìn)一步反應(yīng)生成SO3。另外，研究表明：在1127℃的高溫燃燒條件下，幾乎不生成SO3，但過(guò)量空氣系數(shù)大于1的燃燒條件下，SO3的生成為迅速增加。

有機(jī)硫的反應(yīng)機(jī)理：

CxHyOzSp+O2=CO2+H2O+SO2+未完全燃燒物

2SO2+O2=2SO3

無(wú)機(jī)硫的反應(yīng)機(jī)理：S+O2=SO2

三.HCl的危害

HCl氣體對(duì)眼和呼吸道黏膜有較強(qiáng)的刺激作用，引起胸部窒息感，咳嗽、咯血、肺水腫、直至死亡;

HCl氣體會(huì)對(duì)余熱鍋爐受熱面和監(jiān)測(cè)儀表產(chǎn)生高低溫腐蝕，影響余熱鍋爐安全并限制了過(guò)熱蒸汽參數(shù)的提高;

HCl氣體的存在升高了煙氣露點(diǎn)，導(dǎo)致排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率 ;

氯源在一定條件下與重金屬反應(yīng)生成低沸點(diǎn)的金屬氯化物，從而加劇了重金屬的揮發(fā)，導(dǎo)致重金屬在飛灰上的富集，增加飛灰毒性 ;

HCl氣體能促進(jìn)氯酚、氯苯、氯苯并呋喃等“三致”有機(jī)物的生成，而且PVC裂解后生成的HCl被認(rèn)為能促進(jìn)多環(huán)芳烴(paHs)的生成。因此，有效去除HCl氣體直接關(guān)系到焚燒系統(tǒng)的安全和環(huán)保運(yùn)行。

四.SOx、HCl的去除方法

酸性氣體SOx、HCl主要通過(guò)干法、半干法、濕法等凈化工藝加以去除：

1.干法脫酸：

干法脫酸的基本原理為：

CaO+SO2=CaSO3

CaO+2HCl=CaCl2+H2

干式脫酸有2種方式。一種是干性藥劑(一般采用消石灰)和酸性氣體在反應(yīng)塔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng);另一種是在進(jìn)入除塵器前的煙氣管道中噴入干性藥劑，在此與酸性氣體反應(yīng)。消石灰與酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)要有合適溫度(140~170℃)，而余熱鍋爐出口的煙氣溫度往往高于這個(gè)溫度，為提高脫酸效率，一般需通過(guò)噴水降低煙溫。

減溫塔：從鍋爐出來(lái)的溫度為190~200℃的煙氣進(jìn)入減溫塔。減溫塔由冷卻裝置與飛灰排出裝置組成。冷卻水由冷卻水供應(yīng)泵從水箱送至噴嘴，并被壓縮空氣霧化后噴入減溫塔內(nèi)與煙氣直接接觸。減溫塔的高度設(shè)置應(yīng)確保噴入的霧化水可以完全蒸發(fā)，直徑設(shè)置應(yīng)能防止塔內(nèi)壁被霧化的水微粒接觸。煙氣經(jīng)減溫塔降溫至150℃左右后進(jìn)入后續(xù)設(shè)備。煙氣中部分粉塵落入塔底的料斗中，經(jīng)排灰閥、輸送機(jī)送至飛灰貯倉(cāng)。減溫塔底部需配置加熱裝置，防止飛灰吸潮沉積在內(nèi)壁上腐蝕減溫塔。

2.半干法脫酸：

半干法脫酸的基本原理為：

2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O

SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O

半干法脫酸裝置一般設(shè)置在除塵器之前，主要包括給料系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)。脫酸劑CaO在給料系統(tǒng)制作成粉狀，再進(jìn)入制漿系統(tǒng)與水充分混合制成石灰漿，最后以噴霧狀進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。HCl、SOx等酸性成分被中和，生成中性的細(xì)小固體顆粒，隨煙氣進(jìn)入下一步凈化系統(tǒng)。


3.濕法脫酸：

濕法脫酸裝置設(shè)置在除塵器之后，從袋式除塵器出來(lái)的溫度約140℃的煙氣經(jīng)底部進(jìn)入濕式洗滌塔。洗滌塔分為冷卻部和吸收減濕部。燒堿稀釋槽中配制好的燒堿溶液通過(guò)燒堿輸送泵、冷卻液循環(huán)泵送至冷卻部上方的噴嘴，向下噴入與逆流的煙氣充分接觸，將煙氣溫度降至飽和溫度。同時(shí)，在此過(guò)程中燒堿溶液與煙氣中的部分酸性氣體進(jìn)行反應(yīng)。塔底的吸收液一部分循環(huán)使用，一部分排出以降低溶液中的含鹽量以保證酸性氣體的吸收率。

煙氣經(jīng)冷卻和吸收后進(jìn)入洗滌塔上部的吸收減濕部。減濕水與燒堿溶液一并由減濕水循環(huán)泵輸送至減濕部上方噴嘴，向下噴入并均勻地經(jīng)過(guò)填料床與煙氣充分接觸，酸性氣體被進(jìn)一步去除。反應(yīng)后的減濕水從吸收減濕部下部排入減濕水槽。凈化后的煙氣經(jīng)塔頂除霧器除霧后進(jìn)入煙氣再加熱系統(tǒng)。

煙氣再加熱器：從濕式洗滌塔出來(lái)的煙氣溫度約有70℃，為防止低溫腐蝕及煙囪出口冒白煙，需將煙氣加熱至150～160℃才能排放。再加熱方式可選擇蒸汽加熱或電加熱(一般選用蒸汽加熱)。從煙氣再加熱器出來(lái)的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣。

采用消石灰Ca(OH)2作為溶劑時(shí)，濃度為10-30%，具有價(jià)格低、溶解度低的特征，但生成的石膏容易導(dǎo)致填料及管道堵塞與結(jié)垢，因此，濕法工藝更多采用NaOH溶劑，濃度為10-20%。與消石灰相比，苛性鈉價(jià)格高，但與酸性氣體的反應(yīng)速率高，吸收效果好且用量小，因此目前較多采用苛性鈉溶劑，主要反應(yīng)過(guò)程為：

HCl+NaOH=NaCl+H2O

SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O

Na2SO3+O2=Na2SO4

SO3+2NaOH=Na2SO4+H2O

歐洲采用濕法煙氣凈化的焚燒廠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)查表明：PH值為5-6的SO2吸收階段，NaOH所吸收SO2的量遠(yuǎn)高于預(yù)期值。

需要說(shuō)明的是：濕法去除率雖然較高，但流程復(fù)雜，配套設(shè)備較多，投資較高;產(chǎn)生高濃度無(wú)機(jī)氯鹽及重金屬的廢水，需經(jīng)處理后才能排放;處理后的廢氣因溫度降低至露點(diǎn)以下，需再加熱以防止煙囪腐蝕及形成白煙現(xiàn)象。

五.脫酸凈化工藝特性綜合比較


注：1.去除率以HCl去除率為基準(zhǔn);2.藥劑種類(lèi)：干式為Ca(OH)2粉(95%純度);半干式為Ca(OH)2乳液(15%純度)。

六.幾種工藝煙氣脫酸綜合比較結(jié)果

1.脫酸效率：濕法>半干法>干法;

2.水消耗：濕法>半干法>干法;

3.原料消耗(按消石灰計(jì))：干法>半干法>濕法;

4.電耗：濕法>半干法>干法;

5.投資：濕法>半干法>干法;

6.維護(hù)費(fèi)：濕法>半干法>干法。

七.倡議

生活垃圾焚燒時(shí)煙氣中的主要酸性污染物為鹽酸，鹽酸來(lái)源于原生垃圾中含氯物質(zhì)或材料，其中每個(gè)家庭、單位、團(tuán)體等日常用于裝載垃圾的一次性塑料袋占據(jù)了含氯材料的大部分比例(其它具備回收價(jià)值的含氯包裝品、紙張等被“垃圾分類(lèi)”或是拾荒者提前撿走)。那么，有沒(méi)有能夠代替一次性塑料垃圾袋的、價(jià)格低廉的、無(wú)氯或低氯的物品用于裝載家庭日常生活垃圾?為此提出一種技術(shù)研發(fā)的思路和方向：利用田間每年產(chǎn)生的、無(wú)法充分消納掉的農(nóng)作物秸稈，例如玉米秸稈、小麥秸稈、稻米秸稈等，通過(guò)簡(jiǎn)單的加工、制膜過(guò)程，制作成適于使用的一次性垃圾袋，用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的一次性塑料袋?如果這一技術(shù)得到突破，不僅能夠大面積避免田間露天焚燒秸稈、污染環(huán)境的現(xiàn)象，而且能夠提高垃圾熱值、大幅降低焚燒后煙氣中的氯產(chǎn)生量、從而降低煙氣脫酸處理成本。。。。。。我們拭目以待，并希望有識(shí)之士能在這個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行有益的探索。

(終稿完成于2017年4月8日)