垃圾焚烧厂干法脱酸药剂的比较研究-孙向军.pdf

垃圾焚烧厂干法脱酸药剂的比较研究*孙向军1，陈德珍2（1.上海环境卫生工程设计院，上海200232；2.同济大学 热能与环境工程研究所，上海200092）摘要：采用熟石灰和碳酸氢钠对垃圾焚烧厂的烟气进行干法药剂脱酸效果的实验研究，并通过药剂消耗计算、药剂消耗成本和飞灰处理成本比较及干法药剂选择综合分析可知：垃圾焚烧厂采用干法去除酸性气体，虽然碳酸氢钠的经济性较熟石灰差，但去除效率更高。焚烧厂若采用半干法+干法的脱酸工艺，干法药剂建议采用碳酸氢钠；若采用干法+湿法的脱酸工艺，干法药剂建议采用熟石灰。关键词：垃圾；焚烧；干法；熟石灰；碳酸氢钠中图分类号：X701文献标识码：A文章编号：10058206（2011）06000703Comparison of Dry-deacidification Reagents in Waste Incineration PlantsSun Xiangjun1，Chen Dezhen2（1.Shanghai Environmental Sanitary Engineering Design Institute，Shanghai200232；2.Research Institute of Thermal Energy and Environmental Engineering，Tongji University，Shanghai200092）Abstract：The experimental research on deacidification effect in dry process for waste incineration gas was carried out byusing Ca（OH）2and NaHCO3.According to calculating reagent consumption，comparing cost of reagent consumption with cost offly ash treatment，and analyzing selection of reagent for dry process，the results showed that the waste incineration plant adoptsdry-deacidification process for acidic gas，NaHCO3compared with Ca（OH）2has poor economy，but with higher removal efficiency.When the incineration plant adopts semi-dry combined with dry deacidification process，NaHCO3is recommended as thereagent.When it uses dry combined with wet deacidification process，Ca（OH）2is recommended.Key words：waste；incineration；dryprocess；calciumhydroxide；sodiumbicarbonate*基金项目：上海市科学技术委员会重大课题（10DZ1200105）收稿日期：2011-11-03焚烧被认为是生活垃圾处理的有效方式之一，近些年在中国的发展速度很快。目前我国已建成的垃圾焚烧厂总数超过 100 座，且焚烧厂数量呈持续增加趋势1。随着人们环保意识的增强，对焚烧厂的烟气排放要求越来越高，很多拟建的焚烧厂将采用比国标更加严格的欧盟 2000 标准。但从目前国内焚烧厂普遍采用的半干法或干法脱酸工艺的实际运营效果来看，很难达到欧盟 2000 标准。半干法+干法或干法+湿法在发达国家应用较多，可以达到更高标准，国内目前已有焚烧厂采用这 2种工艺。熟石灰（Ca（OH）2）和碳酸氢钠（NaHCO3）是国外垃圾焚烧厂采用干法去除酸性气体的常用药剂，国内垃圾焚烧厂则无碳酸氢钠的应用实例。因此，有必要对这 2 种药剂进行研究，以选择性价比最高的干法药剂。1干法药剂脱酸效果实验实验采用化学纯 NaHCO3，粒度 120 目；熟石灰来自垃圾焚烧厂，粒度 200 目。SO2的测量采用欧龙强或者凯恩 9106 型烟气分析仪，HCl 的测量采用 C16 PortaSens II HCl 测量仪和 Cl-离子选择电极。1.1实验流程干法烟气净化实验流程如图 1 所示。实验时用天然气点火，点燃炉内垃圾衍生燃料（RDF）。管道中的烟气流速为 1112 m/s。加药采用 TWLP25 型给料机，匀速给料，给料量可在 10100 g/min 调整。1.2实验结果实验结果见表 1。1.3实验结果分析1）HCl 和 SO2浓度较低的情况下，熟石灰的当量比需达到 8 左右才能使 HCl 达到欧盟 2000标准规定的 10 mg/m3，而 NaHCO3的当量比为 4左右即可达标。相似条件下 NaHCO3比 Ca（OH）2对应的去除效率高，主要是因为完全反应 1 molHCl 需要 37 g Ca（OH）2，而 NaHCO3需要 84 g。因此，烟气中 NaHCO3质量大、浓度高，与气流接触更充分，所以反应效果更好。2）在与 HCl 和 SO2反应过程中，NaHCO3粉末的孔隙不断增大，有利于反应的进行。而对于Ca（OH）2反应过程中的孔隙不断被堵塞，反应不能完全进行，反应进行到一定程度后，对应的平衡浓度将不断升高2，对低浓度的排放要求不利。因此，NaHCO3的反应效果优于熟石灰。环境卫生工程Environmental Sanitation EngineeringVol19 No.6December 2011第 19 卷第 6 期2011 年 12 月 7 环境卫生工程第 19 卷3）HCl 和 SO2浓度较高的情况下，去除效率相对较高，这是由于酸性气体的浓度高，与药剂的接触充分。但实验数据表明，高浓度情况下，若单独采用干法工艺，则无法达到欧盟 2000 标准，必须有其他工艺相配合。2经济性比较2.1药剂消耗量计算国内某焚烧厂设 2 台焚烧炉，单台炉烟气量（干）为 56 010 m3/h，采用半干法+干法的脱酸工艺，半干法脱酸后 HCl 的浓度为 50 mg/m3，SO2的浓度为 100 mg/m3，需要干法进一步脱酸，使HCl 的浓度达 10 mg/m3，SO2的浓度达 50 mg/m3。单台炉应去除的 HCl 和 SO2分别为 2.24、2.80kg/h。反应方程式如下：Ca（OH）2+2HClCaCl2+2H2O；Ca（OH）2+SO2+12O2CaSO4+H2O；NaHCO3+HClNaCl+H2O+CO2；2NaHCO3+SO2+12O2Na2SO4+H2O+2CO2。Ca（OH）2的当量比取 8，NaHCO3的当量比取4，药剂消耗量和生成物的计算结果见表 2。2.2药剂消耗成本比较Ca（OH）2的消耗量为 705.28 t/a（44.08 kg/h2 炉8 000 h），单价按 600 元/t 计，需 42.32 万元/a；NaHCO3的消耗量为 800.64 t/a，单价按1 300 元/t 计，需 104.08 万元/a。2.3飞灰处理成本比较未反应的药剂和反应生成物最终经布袋除尘器收集形成飞灰。飞灰需经稳定化处理后填埋处理，处理成本按 500 元/t 计。Ca（OH）2脱酸产生的飞灰量为 47.93 kg/h，即 766.88 t/a，处理成本为38.34 万元/a；NaHCO3脱酸产生的飞灰量为 47.33kg/h，即 757.28 t/a，处理成本为 37.86 万元/a。2.4经济比较结果2 种药剂消耗成本和飞灰处理成本，Ca（OH）2的总成本为 80.66 万元/a，NaHCO3初始浓度/（mg/m3）药剂喷射量（当量比）布袋后浓度/（mg/m3）总的净化效率/%HClSO2Ca（OH）2NaHCO3HClSO2HClSO21 221.30.01.131.17109.70.091.01 220.5700.01.301.2050.069.995.990.0733.30.02.151.7426.60.096.4734.4571.02.161.7520.5339.797.293.0102.7288.62.200.0047.7102.953.664.3105.9342.92.400.0045.5101.357.070.566.2414.34.100.0010.247.384.688.6122.3557.78.000.008.526.293.095.363.0161.00.002.5216.721.273.586.849.0138.00.002.4614.918.469.686.737.5408.60.004.108.333.977.991.735.3147.00.004.104.28.788.194.1表 1干法去除 HCl 和 SO2的实验结果Ca（OH）2CaCl2CaSO4NaHCO3NaClNa2SO4去除 HCl 理论值2.273.415.163.59去除 SO2理论值3.245.957.356.21理论值合计5.5112.51实际值合计44.083.415.9550.043.596.21表 2药剂消耗量和生成物计算结果kg/h图 1干法烟气净化实验流程（下转第 11 页）燃烧器流量计HClSO2瓶RDF取样分析口加料器热电偶笛形管（测速度）RDF旋风除尘器接烟气分析仪加料器混风箱调风阀引风机布袋除尘器排至室外安全处药剂喷入点焚烧炉热电偶药剂喷入点掺冷空气旋风除尘器 8 第 6 期的总成本为141.94 万元/a，较 Ca（OH）2增加了约76%。3干法药剂选择综合分析若垃圾焚烧厂采用半干法+干法，干法的主要目的是进一步去除酸性气体，以满足更高的烟气排放标准，首要考虑去除效果，其次为经济性。由前述分析，干法采用碳酸氢钠的去除效率高，满足达标要求更加可靠，而氢氧化钙受到自身反应机理的影响，难以保证达标。另外，由于半干法+干法工艺中，半干法已去除了 90%以上的酸性气体，干法仅去除不足 10%的酸性气体，故干法药剂的消耗量非常少，2 种药剂对整个烟气净化系统经济性的影响差别较少。若垃圾焚烧厂采用干法+湿法，干法的目的是去除大部分的酸性气体，以减少后续湿法的负荷3，以及降低湿法采用的价格更高的氢氧化钠的消耗量。干法的药剂消耗量很大，且无需考虑酸性气体是否达标，酸性气体达标由后续的湿法工艺保证，采用熟石灰完全可以达到此要求，没必要采用去除效果更好但价格更高的碳酸氢钠。4结论与建议1）垃圾焚烧厂采用干法去除酸性气体，虽然碳酸氢钠的经济性较熟石灰差，但去除效率更高。2）焚烧厂若采用半干法+干法的脱酸工艺，干法的药剂建议采用碳酸氢钠；若采用干法+湿法的脱酸工艺，干法的药剂建议采用熟石灰。参考文献 1 徐文龙，刘晶昊.我国生活垃圾焚烧处理现状及“十二五”发展趋势J.环境卫生工程，2011，19（S1）：1-4.2 陈德珍，张鹤声，何于涛，等.HCl 干式净化过程平衡浓度计算及其应用 J.燃烧科学与技术，2001，7（3）：311-315.3 孙向军，龙吉生，岳优敏，等.满足 EU2000/76/EC 标准的垃圾焚烧厂烟气处理工艺探讨 J.环境卫生工程，2007，15（5）：1-3.作者简介：孙向军（1972），高级工程师，主要从事固体废物焚烧项目设计及技术咨询。E-mail：。（责任编辑：苏媛）工作区等实施分区密闭管理等。在除湿方面，主要有采暖通风除湿和独立除湿技术。采暖通风除湿是对室内空气加热升温，同时采用自然通风或机械通风将室外相对湿度较低的空气送入室内，将室内相对湿度较高的空气置换出去。独立除湿技术常用的有固体吸附除湿7、液体吸湿8、转轮除湿9、加压冷却除湿10等。可以根据特定的工程，采用不同的除湿方式达到降低湿度的目的。4结束语1）我国拥有极为丰富的地下空间资