垃圾焚烧炉烟气净化规程.doc

第四篇 烟气净化系统第一章 烟气净化系统第一节 烟气净化系统简介 一 锅炉出口烟气成分及有关参数 二 烟气净化系统的功能几净化目标 三 烟气净化系统的组成第二节 烟气净化系统性能计算 一 酸性气体的净化原理及计算 二 烟气中有毒有害物的净化原理 三 烟气中粉尘的去除 四 管道系统及有关计算第二章 半干法反应系统第一节 半干法反应系统概述 一 半干法反应法反应系统功能 二 半干法反应系统组成部分第二节 旋转雾化器及其附属系统 一 旋转雾化器 二 旋转雾化器附属系统 三 旋转雾化器及其附属系统的运行维护第三节 半干反应塔及其附属设备 一 半干反应塔及烟气进口蜗壳设计计算（包括CFD） 二 半干反应塔结构 三 附属设备及其运行维护（大块破碎器、拌热器）第三章 石灰存储和石灰浆制备系统第一节 石灰存储仓 一 社会存储仓组成部分 二 石灰存储仓功能及运行维护第二节 石灰浆制备系统 一 石灰浆制备系统组成部分 二 石灰浆制备系统功能 三 石灰浆制备系统设计计算第三节 石灰存储仓和石灰浆制备系统运行维护 一 石灰存储仓及其附属设备的运行维护 二 石灰浆制备系统运行维护第四章 活性碳存储和计量喷入系统第一节 活性碳存储仓 一 活性碳存储仓组成部分 二 活性碳存储仓功能 第二节 活性碳计量和喷入系统 一 活性碳计量和喷入系统组成部分 二 活性碳计量和喷入系统功能 三 活性碳计量和喷入系统计算第三节 活性碳存储和计量喷入系统运行维护 一 活性碳存储仓几其附属设备运行维护 二 活性碳计量和喷入系统运行维护第五章 袋式除尘系统第一节 袋式除尘系统概述 一 袋式除尘系统入口烟气成分及有关参数 二 垃圾焚烧烟气处理对袋式除尘系统的特殊要求 三 袋式除尘系统功能及净化目标第二节 袋式除尘系统组成部分及其功能 一 袋式除尘烟气净化系统 二 压缩空气脉冲喷吹系统 三 热风循环系统 四 旁路及气密系统 五 袋式除尘器出灰第三节 袋式除尘器 一 袋式除尘器工作原理 二 袋式除尘器计算及参数 三 袋式除尘器的组成部分及其功能 四 袋式除尘器的结构特点 五 袋式除尘器的清灰控制特点第四节 袋式除尘系统运行维护 一 袋式除尘系统运行维护 二 袋式除尘器运行维护第六章 其他第一节 恶臭气体的防治 一 恶臭气体成分和引起原因 二 恶臭气体防治原理和方法 三 国家标准第二节 噪声的控制 一 噪声引起原因 二 噪声防治原理和方法 三 国家标准第三节 烟气污染的防治 一 烟气污染组成和引起原因 二 烟气污染防治原则和方法 三 国家标准第一章 烟气净化系统第一节 烟气净化系统简介一 锅炉出口烟气成分及有关参数 可燃的生活垃圾基本上是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。 有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。 有机物中的投的焚烧产物是水。若有氟或氯存在，也可能有它们的氢化物生成。 后垃圾中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中掭二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。 有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。由于高温时空气中氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对空气中氮来说，生活垃圾中的氮元素含量很少，一般可忽略不计。 有机氟人物的焚烧的焚烧产物是氟化氢，若体系中氢的量不足以所有的氟结合生成氟化氢，可能出现四氟化碳或二氟氧碳（COF2），除非有其它元素存在，例如金属元素，它可与氟结合形成金属氟化物。添加辅助燃料（CH4、油品）增加氢元素，可以防止四面八方氟化碳或二氟氧碳的生成。 有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。由于氧和氯的电负怕相近，存在着下列可逆反应： 4HCL+O2 2CL2+2H2O 当体系中氢量不足时，有游离的氯气的生。添加辅助燃料（天然所或石油）或较高温度的水蒸气（约莫1100）可以使上述反应向左进行，减少废气的含量。 烟囱部位的烟气成分的值与垃圾组成、燃烧方式、烟气处理设备有关，垃圾焚烧产生的烟气与其他燃料燃烧产生的烟气在组成上相差较大。同其他烟气相比，垃圾焚烧烟气的特点J HCL和O浓度特别高，粉尘中的盐分（氯物和硫酸盐）特别高，下表为城市生活垃圾与其他燃料燃烧产生的烟气组成对比。垃圾与其他燃料燃烧产生的烟气组成对比 成分燃料 颗粒物/（mg/Nm3）NOX（mg/L）SOx/(mg/L)HCL/(mg/L)H2O/(mg/L)温度/LNG、PPG105010000510250400低硫磺重油原油501001001003000510270400高硫磺重油10050010050050015000510270400碳10025000100100500300030510250300城市垃圾除尘器前200050009015020802008001530200250除尘器后2100 焚烧过程中一些物质会产生有害气体，有害气体也会和粉尘反应，成为粉尘的一部分。垃圾中也挥发性氯元素转化为HCL的转化率为100%，燃烧性硫转化为SOX的转化率为100%，氯元素转化为NOx的转化率为10%。 800以上，NO和SO2是稳定的化学形态；300以下时，NO2、SO3或H2SO4是稳定的化学状态。但是，300以下的烟气实测数据显示，NOx和SOX的95%以上为NO和SO2。在高温条件下，通过平衡计算的结果与实测值比较接近；而低温条件下，由于停留时间短，计算结果与实测值差异较大。300以下，HgCl2是稳定的化学状态。大型焚烧炉的烟气温度在300以下，气体中的汞几乎都HgCl2形式存在，90%是水溶性的。烟气中HCL来源于含氯的塑料，SOX来源于纸张和厨房垃圾。烟气中的HCL与粉尘中的碱性成分易发生反应。SOX易与粉尘中的碱性成分和氯化物发生反应。烟气中汞（Hg）的化学形态在炉内基本上是汞蒸气，以燃烧室、静电除尘器后基本转变为氯化汞（HgCl2）。重金属、盐分在高温炉内部分气化，但在烟气冷却过程中凝聚，成为粉尘。下表为烟气中污染物的来源、产生原因及存在形态。污染物来源产生原因存在形态酸性气体HCLPVC、其它氯代碳氢化合物气态HF氟化碳氢化合物气态SO2橡胶及其它含硫组分气态HBR火焰延缓剂气态NOX丙烯腈、胺热NOx气态CO与碳氢化合物CO不完全燃烧气态未燃烧的碳氢化合物溶剂不完全燃烧气、固态二噁英、呋喃多种来源化合物的离解及重新合成气、固态颗粒物粉末、沙挥发性物质的凝结固态重金属Hg温度计、电子元件、电池气态Cd涂料、电池、稳定剂/软化剂气、固态Pb多种来源气、固态Zn镀锌原料固态Cr不锈钢固态Ni不锈钢NI-Cd电池固态其它气、固态 下面介绍一下深圳南山垃圾电厂污染物排放的具体情况，根据深圳市南山垃圾焚烧发电厂环境影响报告书（深圳市环境科学研究所，200111），本工程主要废气污染物排放情况如下表所示。主要废气污染物排放表垃圾焚烧量(t/d)单位SO2HClNOX烟尘CO800处理前排放量t/d1.50181.65930.458312-160.327处理后排放量t/d0.375450.165930.45830.060.080.327处理前排放浓度(Mg/Nm3)4595071403666-4888100处理后排放浓度(Mg/Nm3)1155114018-24100GWKB3200(Mg/Nm3)2607540080150工程保证值2605040030100设计保证值220403201040 二 烟气净化系统的功能及净化目标 生活垃圾焚烧烟气中的污染物可分为颗粒物、（粉尘）、酸性气体（HCL、HF、SOX、NOX） 重金属（HG、PB、CR等）和有机剧毒性污染物（二噁英、呋喃等）四大类为了防止垃圾焚烧过程中对环境产生二次污染，必须采取严格的措施，利用烟气净化系统控制垃圾焚烧烟气的排放。国外经济发达国家的研究和实践表明，“低温控制和高效颗粒物捕集”是烟气净化系统成功运行的关键因素。所以在焚烧烟气净化过程中必须将温度控制得尽可能低（露点以上），同时就采用高效除尘器。烟气净化工艺形式较多，按其系统中是否有废水排出，可分为湿法、半干法、干法三种。每种工艺都有多种组合形式也各有优缺点。 湿法净化工艺的污染物净化效率最高，可以满足严格的排放标准。故在国外经济发达国家应用较多，其工艺组合形式也多种多样，涞法净化工艺的特点是流程复杂，配套设备较多，一次性投资和运行费用较高并用后续的废水处理问题。湿法洗涤净化集除尘和去除其它污染物于一体，在允许的条件下可以不用其它高效除尘设备（静电除尘器和袋式除尘器）。湿法净化所用吸收剂可以是Ca(OH)2或NaOH。因CaCO3难溶于水，为避免设备内结垢，衣采用NaOH为好。湿法净化后烟气的温度大大降低，常需加热后排入大气。 半干法净化工艺不但可以达到较高的污染物净化效率，而且具有投资和运行费用低、流程简单、不产生废水等优点，是一种极有前途的工艺，目前在生活垃圾焚烧厂烟气净化系统中的应用越来越多。该工艺被美国国家环保局定为生活垃圾焚烧烟气净化最佳工艺。其缺点是对操作水平（如烟气在喷雾干燥吸收塔中的停留时间，吸收浆液中吸收剂的粒度及浓度等）及喷嘴的要求高。 干法净化工艺的污染物净化效率相对于湿法和半干法而言较人低，但其工艺简单，投资和运行费用明显低于湿法，操作水平要求较低，且不存在后续的废水处理问题。近几年来，国外发达国家在干法净化设备开发方面不断改进，提高了污染物的净化效率，因而该工艺仍有一定的实用性。 上述三种工艺主要对颗粒物、易支除酸性气体具有很高的净化效率，同时对于重金属、二噁英（PCDDS）、呋喃（PCDFS）等也有较高的去除效率，但对于No净化或活性炭喷射吸附并不能单独构成完整的烟气净化系统，这二种净化措施是对烟气净化主体工艺（湿法、半干法或干法）的完善和补充。烟气净化系统的目标是要保证烟氢气中污染物的排放值在国家标准的限值范围以内，下表为烟气排放的国家标准及深圳南山垃圾焚烧发电厂的设计保证值。 大气污染排放限值和南山垃圾焚烧发电厂设计保证值污染因子单位欧共体标准（1989）国家标准（2000）南山电厂保证值南山电厂设计值烟尘mg/mn330803010烟气黑度林格曼黑度级111一氧化碳mg/mn310015010040氮氧化物mg/mn3400400400320二氧化硫mg/mn3300260260220氯化氢mg/mn350755040氟化氢mg/mn32-421汞+铬mg/mn310汞0.2镉0.10.20.1镍+砷mg/mn3101.00.2铅+铬+锰mg/mn350铅15.01.0二噁英ngTEQ/mn310101.0996H-CDD7393995H-CDD8382996OCDD89NA998PCDFTCDF8598994P-CDF8488996H-CDF8286997H-CDF8392998OCDF85NA998注:低温指出160,高温指示220,NA指没有引用。 在加拿大，曾曾利用“半干法+袋式除尘器”和“干法+袋式除尘器”工艺对污染物的去除效率进行了系统的研究，取得了与表4-1-9相似的高去除率。结果表明，当袋式除尘器入口气体温度小于140时，总的二噁英类去除效率达99。9%，尤其是毒性最强的TCDD的出口浓度达到最低，一般那情况下测不出。当除尘器出口温度为110-209时，总的呋喃类污染物的去除效率为99。3%。可见，袋式除尘器对有机类污染物的净化是非常有效的。 重金属的净化 与有机类污染物的净化相似，“高效的颗粒物捕集”和“低渐控制”是重金属净化的二个主要方面，而采用什么样的吸收剂对净化效率影响不大。重金属以固态或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因态或液态微粒。但是对于挥发性强大的重金属如Hg而言，即使除尘器以最低的温度操作，该部分金属仍有部分存在于烟气中。总之，垃圾焚烧烟气净化系统的温度越低，则重金属的净化效果越好，反之越差。在瑞典一中试垃圾焚烧厂，利用“湿法净化+静电除尘+后续冷却”的工艺使烟气净化系统的温度降至今60，结果总Hg(因态+气态)的排放浓度降低为0.01mg/Nm3.德国一家境采用“半尘法+静电除尘器”工艺的垃圾焚烧厂测试结果表明在150的操作条件下，气态形式的Hg的排放浓度为0.05mg/Nm3以下。瑞典一家采用“半干法+袋式除尘器”净化工艺的垃圾焚烧三月测试数据表明，烟气排放颗粒物中的Hg可以达到测不出来的水平，而气态Hg的排放浓度范围为0.012-0.065mg/Nm3。 三 烟气中粉尘的去除 垃圾焚烧厂的颗粒物控制和其他行业相同，可以分为静电分离、过滤、离心沉降及湿法洗涤先等几种形式。常见的净化设备有静电除尘器、代式除尘器、和文丘里洗涤器。由于焚烧烟中的颗粒物粒度很小（d10um的颗粒物含量相对而言较高），为了支除小粒度的颗粒物，必须采用高效除尘器才能有效控制颗粒物的排放。文丘里洗涤器虽然可以达到很高的除尘效率，但能耗较高且存在后续的废水处理问题，所以不再作为主要的颗粒物净化设备。静电除尘器和袋式除尘器广泛用于发达国家垃圾对烟气中颗粒物的净化。国外的工程实践表明，静电作尘器可以使颗粒物的浓度控制在于45mg/Nm3以下。而袋式除尘器可合颗粒物的浓度控制在更低的水平，同时具有净化其它污染物的能力（如重金属、PCDDS等），因此，袋式除尘器的净化效果优于静电除尘器。袋式除尘器的净化效果优于静电除尘器。袋式除尘器虽然易受气体温度和颗粒物粘性的影响，致使滤料（耐高温、耐冲击）的造价增加和清灰不利，但净化效率却不受颗粒物比电阻和原始浓度的影响，而太高太低的比电阻却使静电除尘器的净化效率低，故二者各有其优缺点。应说明的是，由于袋式除尘器在高效去除颗粒物的同时兼有净化其他污染物的作用，近年来国内外建设的大规模现代化垃圾焚烧厂大都采用袋式除尘器。四 管道系统及有关计算 (缺)第二章 半干反应塔系统 第一节 半干反应塔系统概述 一、半干法反应系统功能 半干反应器系统的作用是给离开锅炉的烟气提供第一步的净化。在反应塔中，烟气中的重金属和有害气体成份(HCl、SOx)与雾化器的很细的石灰浆液在适当的温度接触进行中和反应。在反应塔出口通道活性碳喷入烟气中吸收汞和二恶英。固体反应物随烟气进入下游的布袋除尘器，部分反应物在反应塔底部从烟气中分离出来通过底部圆锥排出到灰存储和处理系统。 二、半干法反应系统组成部分半干反应塔系统基本上是由下列部件组成；有螺旋烟气进口通道的反应塔体，有石灰浆液和自来水喷入的旋转雾化器，有活性碳喷入口的烟气通道和收集落下的固体反应物的底部圆锥以及大块破碎机和旋转阀。 反应塔体的主要作用是为通过的烟气提供足够的反应时间（约20秒）来为中和反应创造最佳的空间条件。 烟气进口通道的主要作用是强迫烟气以向下，螺旋的形式通过反应塔，这可以通过有导向叶片的蜗壳型通道来得到，使通过反应塔的烟气达到最佳均匀的分布，烟气的旋转对雾化器喷出的液雾来说是逆流的。 旋转雾化器的主要作用是喷入和均匀地雾化石灰浆液和自来水，提供旋转的喷入液雾加强与螺旋运动的烟气的混合。喷入的石灰浆液量由烟囱中要求的排放水平来控制。为了冷却烟气从进口的大约210C到出口的150C。喷入的自来水量通过反应器出口测量的烟气温度来控制。 雾化器装在反应塔顶部一个中心室内，该室壁面为双层，其间通过冷却用空气（由一风扇驱动）冷却壁面以防室内处于热烟气中。 雾化器基本是由一个雾化轮（其产生液雾）和一个速度控制电机组成，两者有一共同的轴，旋转速度大约为12000rpm。 一个外部闭环冷却装置用来冷却雾化器，该装置有两台泵和用水冷却的热交换器，一个电加热器在启动时应用给出冷却液体所需的最小温度。 一个外部的润滑装置提供由空气扩散的润滑油来润滑雾化器的运动部件。 雾化器以如下方式设计（例如所有接口有快速接头，替换移去原位的雾化器，安装一台备用雾化器）可以在最多15分钟内完成，安装一个电动葫芦方便操作，由于下游布袋除尘器可经受高达250C的烟气温度，在滤袋外部滤层有足够的石灰克服石灰浆液喷入的短期中断，所以该期间冷却水和石灰浆液喷入的中断对系统运行和污染物排放影响不大。 出口通道有喷入活性碳装置。 反应塔底部锥体收集通过烟气旋转产生的离心力和90烟气弯管从烟气中分离出来的固体，为防止固体沉积结块，圆锥被加热和保温，进一步，气动锥装在圆锥体的外面。固体沉积物通过圆锥底部的出口阀首先落入一个大块破碎器，然后通过一个旋转阀收集在一链式传送机上，旋转阀密封反应塔防止外部空气进入反应塔内。第二节 旋转雾化器及其附属系统 一、旋转雾化器 (一) 旋转雾化器概述 旋转雾化器由以下系统及部件组成： 1、雾化器及早雾化盘； 2、控制柜及变频器； 3、汽油水集装装置； 4、扰性接头及顶盖； 5、安装及检修葫芦；6、专用工具。 旋转雾化器位于反应塔顶部的一个中心室（叫做反应塔竖井）内，该竖井为双层结构，由一台风机驱动，环境空气通过夹层冷却该竖井。否则，该竖井将处于进口通道的热烟气中。旋转雾化器主要由一个雾化盘和一个速度控制电机组成，两者共同用一个轴，旋转速度大约12,000rpm。由于其高速和特殊的形状，雾化盘均匀地雾化加入的石灰浆液（由石灰浆液制备系统供应）和自来水，并使液雾产生旋转与螺旋状烟气强烈混合。加入石灰浆液的量由烟囱中要达到的排放要求来控制。加入自来水的量（用于把烟从进口的大约210C冷却到大约150C）由出口通道上的温度测量来控制。 在反应塔的机械设计中，要使旋转雾化器的替换（取出旋转雾化器和安装备用的旋转雾化器）在最多15分钟内完成，因此与旋转雾化器的所有连接应是快速接头型式的，并装有一个电动葫芦以方便替换。旋转雾化器替换期间，石灰浆液和自来水中断供应，由于下游的袋式除尘器规定要经受高达250C烟气温度，且滤袋外部的过滤层中有足够的石灰，短期内可以满足安全和烟气排放要求。 (二) 工艺流程简介 利用旋转雾化器喷水使垃圾炉来的烟气在反应塔中降温，冷却同时通过喷射石灰浆去除烟气中的酸性污染物（HCl、HF、SO2等）。锅炉出口的烟气额定温度为210C，通过反应塔上部的烟气进口涡壳经导叶以合理的旋转方向及速度进入反应塔中，与经旋转雾化器中的高速旋转雾化盘雾化后的石灰浆液雾滴充分接触反应去除重金属和有害气体（HL、SOx）。同时用雾化后的冷却水来降低烟温。烟气温度由于水蒸发而降至大约150C，在此温度下，分散的石灰浆细雾与烟气中的酸性物质进行非常有效的反应，与此同时，重金属吸附在分散的粉尘微粒上，粉尘、反应生成物（固态）和末反应的石灰部分在反应器的底部除下，而大部分随烟气进入下一级的袋式除尘器除尘，反应塔及布袋除尘器的飞灰收集到同一灰库中。 在反应塔中烟气的旋转方向与石灰浆的旋转方向相反，以便充分反应，达到高效清除酸性物质及重金属的目的。 (三) 材料 雾化器设计时材料选取考虑： 1、抗酸性气体腐蚀（HCl、HF、SO2、SO3等）； 2、承受温度300C（烟气温度）； 3、抗石灰浆碱性腐蚀。 上述三种因素决定雾化器材料必须选取抗腐蚀性强的材料，壳体内部件选DIN1.4021，与烟气及石灰浆接触的部件选取AVESTA2545MO，雾化盘选取高硬质合金。 (四) 雾化器部件特性及规范 总体高度（包括吊装段） 1055mm 直径 330mm 支承的外径 392mm 雾化盘直径 215mm 雾化盘及轴的材料 1.4529 雾化盘连接部件 2.4602 雾化盘中导流块 高硬质合金钢 石灰浆最小喷射量 1m3/h 石灰浆最大喷射量 5m3/h 电机: 型号 绝缘等级 F 电压 380V 功率 74KW 极数 4 转速（400Hz） 12000rpm 旋转方向 顺时针 二、旋转雾化器附属系统 (一) 雾化器及辅助设备描述 1、概述 雾化器是一要求平稳，在恶劣条件下保证高利用率的精密机械设备，其设计标准设计（石灰浆喷射范围为1m/h5m/h）。其中包括轴承汽油混合润滑，冷却水及密封空气附属系统，同时还配有电器柜，包括变频器，测轴温，测轴振，就地PLC控制等，雾化器在碱流体及酸性气体的两相流的恶劣环境中运行，材料选取时应考虑：(1)抗烟气带来的酸性腐蚀（HCl HF SO2 SO3等）；(2)耐温300C（温度）；(3)抗石灰浆的碱性腐蚀。因此，雾化器中与烟气及石灰浆直接接触的部件材料选用抗腐蚀性强的材料，雾化盘材料选用特殊的高硬质合金。 2、电机 旋转雾化器中关键部件为一特殊设计的三相鼠笼式电机，能够接受通过变频器转换的高频电流（400Hz），产生高的旋转速度（最大12000rpm）。 频率及电极数量决定额定转速： n(rpm)=f(Hz)60/(电极对数) n=f30rpm (两对电极) 当雾化器负荷有轻微变化时，通过变频器变化电流频率从而变化旋转速度使负荷滑动变化雾化器的扭矩决定电机的电流，电流的大小直接影响电机的发热，过热会导致电机绝缘层破坏，因此合理的控制电机的电流及温度是至关重要的。为保证电机安全、可靠、高速运行而配有气、油、水机械集装装置，并设有PTC温度计以监视电机的温度，另外还设有特殊的测轴振探针装置测量电机振动情况并显示在监视屏上。 根据电机运行参数，变频器自动调节出口电压以改变出口频率。雾化器启动时，应逐步缓慢的加速至额定转速，电机转子有三个精密轴承支撑，轴承受电机的轴向及径向力。为了减少振动，雾化器制作时偏差应减至最小在出厂前雾化器轴及雾化盘应做动平衡实验，并填写好动平衡实验报告。 3、汽油润滑、冷却水及密封空气系统 汽油润滑、冷却水及密封空气系统都是为保证雾化器高转速、安全、平稳的运行。汽油润滑必须保证为轴承供应适量及洁净的润滑油以保证轴承良好的工作环境。 冷却水回路以保证雾化器电机的温度，由闭式一次循环冷却水供电机定子及轴承冷却用；在水水交换器中由二次循环冷却水量来控制一次循环冷却水的温度；在启动时，一次循环冷却水被电加热器加热到正常温度的冷却水通过密封风机来的密封空气供雾化器，以避免外界空气中杂质进入雾化器腔体。 4、变频器 输入电压 +/-10% 输入频率 50Hz 出口电压 303380/400V 输出频率 01000Hz 电机功率 45KW正常 保护等级 IP20 5、气油水集装装置 (1)连接接口 动力电源电压 3380、50Hz 控制电源电压 220VAC 空气接管 1/2 冷却水进口 1 冷却水出口 1 (2)冷却水系统 冷却水箱容积 150L 加热时间 3h(150L) 电加热器： 功率 3KW 接口 G11/2 长度 300mm 保护等级 IP54 温度计 Pt100 范围 0120C 长度 100mm 冷却水泵 公称直径 R11/4 板式热交换器 接口 4XR11/4 一次