垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气净化系统

垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气净化系统简介

一  医疗废弃物集中处理烟气净化烟气成分及有关参数

   可燃的生活垃圾和医疗废弃物基本上是有机物，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。

   垃圾和医疗废弃物中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中产生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。

   有机氟化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。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（天然气或石油）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 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和医疗废弃物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

   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%，N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、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。

    下面介绍一下合力海科有限公司污染物排放的具体情况主要废气污染物排放表

二    、垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气功能及净化目标

烟气净化系统的功能及净化目标

   生活垃圾焚烧及医疗废弃物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。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，湿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，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、易去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垃圾焚烧的设计保证值。

大气污染排放限值和垃圾焚烧设计保证值

注:1）本表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。

2）烟气最高黑度时间，在任何1小时内累计不超过5分钟。

三  

垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气系统的组成

烟气净化系统通常是由一个主体净化工艺如半干法、干法、湿法、再辅以氮氧化物净化及活性碳喷射吸附组成。下面介绍垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气系统的系统组成，    

垃圾焚烧的烟气净化系统采用半干式喷溅雾吸收塔加布袋除尘器的净化方法；二噁英的排放则通过烟气在炉内850℃、2秒钟以上的停留时间尽量予以分解而得到控制。烟气净化系统考虑了预留技术改进的余地，以满足国家未来污染物排放标准提高的可能。

垃圾在燃烧的过程中产生的二噁英类物质对人体有较强的毒性和致癌性。二恶英类物质具有在环境温度800℃以上开始分解的特点，故其生成量可以通过合理地组织燃烧过程来进行控制。烟气中酸性气体如HCL等通过喷钙的手段来达到去除的目的。Ca0与HCL反应最佳温度约为140℃左右，从余热炉出来的烟气温度较高，为增加反应塔的脱酸效率，需通过换热器或喷水调节烟温。采用干式脱酸，化学当量比达到3左右其酸性气体（对HCL而言）去除效率一般在50-80%，除酸用石灰计量大；半干式脱酸是将氧化钙制备成氢氧化钙溶液，其除酸效率可达90%以上。其系统流程图及相关说明如下：

   余热锅炉出口的烟气额定温度为200℃，进入反应塔进行冷却并与石灰浆雾滴接触，二者进行反应去除酸性气体（HCL、SOX、HF）和重金属等。小部分粗颗粒烟尘、反应生成物（固态）和未完全反应的石灰在反应塔的底部除下，大部分随烟气进入袋式除尘器被捕集下来。在反应塔和袋式除尘器之间喷入活性碳吸收剂，其微孔结构确保二噁英和汞蒸气的吸附。

   半干法反应塔和旋转雾化器 反应塔及旋转雾化器具有如下功能：使烟气在反应塔内分布均匀；强化烟气与雾滴的混合和接触；提供足够的停留反应时间；高温烟气与冷却水和石灰浆雾滴之间的热交换使水分蒸发烟气温度降至150℃，以此得到最有效的反应温度，同时又在有限的时间段内获得干燥的反应物；根据除酸所需的最佳温度和所要求达到的排放标准自动控制冷却水和石灰浆的用量。通过这些功能的实现来获得最佳的除酸效果。

垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气半干反应塔系统

   一、半干法反应系统功能

   垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气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噁英。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

垃圾焚烧及医疗废弃物处理烟气半干反应器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210°C到出口的150ºC。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250ºC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90º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，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。