化工危险废物焚烧的烟气净化工艺分析
发布日期：2019-12-20 来源：节能与环保 作者：节能与环保 浏览次数：97583
摘要： 根据化工危废焚烧烟气污染物的生成机理,对它们各自的控制技术进行了分析,并结合实际工程案例,合理改进了二次污染物的控制技术,即二噁英控制技术的优化、烟气脱酸工艺的优化和NOx控制技术的优化。
目前，常用的处理处置危险废物的方法包括海洋处置、焚烧、化学与生化处理、固化处理等，旨在实现资源化、无害化和减量化。近年来，焚烧技术的应用越来越广泛，它是一种于焚烧炉放置危废，使其可燃成分氧化分解的处理方法。而在焚烧技术中，因工作连续性好、使用寿命长、运行稳定、技术成熟等特点，回转窑焚烧技术显示出较强的优势。但由于近几年回转窑焚烧技术发展过快，而相关技术关键点又发展滞后，因此带来了烟气排放不达标等问题。
1烟气中污染物的生成与控制
1.1酸性气体的生成与控制
酸性气体污染物主要由氮氧化物、氯化物和硫氧化物组成，其在燃烧过程中，固体废物中所含的Cl、S等化合物主要产生HCI、SO2。主要采用湿式、半干式及干式洗气等方法对焚烧烟气中HCI、SO2等酸性气体加以控制。
NOx的生成机理主要来自助燃燃料燃烧生成NOx，在高温下空气中氮气氧化生成NO及在燃烧时废物中含氮成分生成NOx这3个方面。目前控制NOx的方法主要有：
(1)选择性非催化还原法(SNCR)
向焚烧炉内喷入氨水或尿素，通过还原反应后最终形成CO2、水和氮气，烟气中氮氧化物降低。
(2)选择性催化还原法(SCR)
SCR系统脱硝效果很高。烟气中的NO。与氨水等还原剂反应，在催化剂的作用下，烟气中的NOx转化为水和氮气。
(3)燃烧控制法
维持适合的炉膛温度和稳定，温度型NO。生成的条件是温度>1400V，因此要想控制其的生成，可通过合理的供风(降低燃烧场的氧气浓度)，控制炉膛温度(减少炉膛内部局部高温的产生)。
1.2粉尘及重金属污染物的生成与控制
诸如可凝结的气体污染物、灰分等惰性无机物是焚烧烟气中粉尘的主要成分。重金属污染物包括砷、铬、铅等元素态氧化物及氯化物等。经过高温焚烧后，废物中的重金属物质，部分挥发进入烟气，部分存留在灰渣中。
目前，焚烧尾气处理系统去除重金属均采用活性炭吸附的方法，最终通过布袋除尘器收集进行安全填埋。在袋式除尘器后，挥发性强、沸点低的重金属汞仍有少量以气体状态存在，但由于其溶于水的特性，最终在酸吸收塔内被洗涤液去除。
1.3二噁英的生成与控制
二噁英是多氯二苯并呋喃PCDFs和多氯二苯并对二噁英PCDDs这2类化合物的统称。二噁英的生成机理主要有：①直接释放机理;②高温气相反应机理;③前驱物合成机理;④从头合成反应机理。
2化工危废焚烧过程中烟气净化工艺
2.1工艺流程
传统的烟气净化采用的技术和工艺是烟气急冷+干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘+湿法脱酸。
该项目采用的烟气净化技术和工艺是烟气高温脱硝+烟气急冷+干法脱酸+活性炭粉喷射+布袋除尘+两级湿法脱酸+静电除雾器+活性炭吸附床。
2.2烟气净化工艺的优化
2.2.1控制N0。的技术优化
(1)回转窑温度的控制
经验数据表明，在1000oC下NOx的生成量为1300V下的1/10。首先要维持适合的炉膛温度和炉膛燃烧稳定，才能控制NOx的生成。在回转窑，该项目设置红外测温仪，自动控制炉膛温度通过远程监测来实现。该项目还采用了组合燃烧器，以维持炉膛的稳定燃烧，并对回转窑头罩供风口的结构进行了优化，有效减少氮氧化物等污染物的排放。
(2)优化布置二次风
采用2次燃烧，在回转窑内将氧气含量控制在6%～10%，使在弱还原气氛下物料进行一次燃烧，促进氮化合物转化为N2，充分焚烧在二燃室进行，使有害物质彻底燃尽。
为有效减少NO的生成，需对二次风进风合理布置。该项目是在二燃室缩口直段布置二次风分布器，烟气扰动的增加应用文丘里效应，同时在同一截面上均匀分布风喷嘴，切向进入二燃室后，一个假想圆会在中心形成。
在二次风的扰动下，焚烧烟气螺旋上升，增加烟气流动的行程，在二燃室内烟气的停留时间延长，烟气滞留时间大于2.0s，
烟气中的有害物质完全分解。
(3)脱氮系统优化
将脱硝反应系统设在余热锅炉第一回程。脱硝采用SNCR法(非催化法)控制NO。，而SNCR技术的关键是温度窗口的选择。
在喷射口附近，该项目设置热电偶，窗口温度930C效果最佳，设为900～1000"C。同时将NO。分析系统设置在锅炉出口，对NOx浓度实时监测，向PLC传送采集到的NOx浓度信号，根据浓度数值，PLC对尿素溶液喷射量值进行调整，输出喷射流量控制信号，最终将定量的尿素溶液通过喷射系统喷入焚烧炉内，在锅炉内尿素溶液热分解出氮，并在适温下与锅炉内的NOx发生还原反应，还原成水和氮气，最终烟气中氮氧化物被脱除。
本项目还原剂为尿素溶液。该系统采用人工上料配制还原剂，由现场的软水管道将配置所需软水送至尿素溶液配制罐，配制成40%尿素溶液，其后通过离心泵组，将溶液输送至储存罐，通过在线稀释计量分配模块，40%的尿素溶液被稀释成5%的尿素溶液后，通过分配计量装置分配至喷射系统喷射雾化。本项目储存罐设置电加热装置，输送管道蒸汽伴热，以避免尿素溶液再结晶。同时为防止喷嘴超温与堵塞，喷枪设置压缩空气护风，还采用分层对称布置，预留接口12个，为保证脱硝效果，可按照工况，对喷枪喷射位置进行调整。在模块化设计理念下，本项目SNCR系统几乎所有的设备均安装在预先经过工厂测试的模块上，采用的流量控制系统先进，分析现场采集到的数据后，输出流量控制信号，实现自动化全程控制。
2.2.2脱除酸性气体工艺优化
为提高脱酸效果，本项目的烟气净化工艺为传统的干法+湿法脱酸工艺升级为干法+双湿法洗涤脱酸。
(1)干法脱酸
为实现脱酸，将净化吸收剂Ca(OH)2粉加入脱酸塔内。烟气中的HF、HCI、SO，和S0：等和脱酸塔内Ca(OH)2发生化学反应，生成CaF2、CaCl2、CaSO3、CaSO4等。同时烟气中存在C02，Ca(OH)2消耗一些生成CaCO2，焚烧产生的飞灰和这些形成的颗粒物一同进入布袋除尘器，由布袋除尘器中的滤袋滤除。
采用双湿法洗涤处理烟气，有预冷器(预冷水池给水来自洗涤水池，将洗涤水通过洗涤排水泵定期送入预冷水池。部分回用使用后预冷器，其余排入污水站，既减少了高浓度盐水量，又降低了洗涤塔碱耗量。有自动切换系统设置在预冷水给水管路上，可通过气动球阀自动接换到备用预冷水管路，并自动启动预冷水泵，以保证预冷水稳定工作)增设在洗涤塔前，使烟气温度降至约70。C，再进入洗涤塔，洗涤塔选择筛板塔，塔内烟气中的酸性气体(HF、HCI、SO2)采用NaOH中和吸收。利用洗涤循环泵维持在一定pH值范围内的碱液。波纹板除雾器有设在洗涤塔出口，对塔中气体夹带的液滴通过除雾器分离，3～5um的雾滴可有效去除。除雾器带有可间歇地喷入高压清洁水的冲洗喷头，以清洗除雾器，旨在将其上可能沉淀的盐类物质去除。
2.2.3二噁英控制技术优化
(1)静电除雾工艺优化
经湿法洗涤后，烟气中含水率较高，若直接通过烟囱排放，会有白色烟羽产生，因此，以往项目将烟气加热器设置在洗涤塔后，把烟气温度加热至大于110oC后排放。该项目更改为静电除雾器，将烟气中的气溶胶、液滴及水雾利用其分离和去除。使上述问题得到解决，同时进一步去除了烟气中的超细颗粒物(吸附于飞灰表面的二嗯英类物质)，解决了气溶胶中二嗯英超标问题。
(2)活性炭吸附工艺的优化
经过研究发现，二噁英存在的主要形态是颗粒物，所以需对粉尘的排放量严格控制，最有效去除二嗯英的方法是活性炭喷射吸附+布袋除尘，还能使重金属汞的排放浓度降低。
考虑到物料成分具较大的波动性，本项目将活性炭吸附床(采用分仓设计，共有3个均能满足使用要求的分仓组成。吸附层设置压力及温度测点，根据活性炭使用情况、仓内阻力更换使用。同时旁通有设置，吸附装置的调整依据使用需要)增设在静电除尘器后端，再次净化烟气中的二噁英及重金属等污染物，保障烟气达标排放。
3结语
回转窑焚烧系统现有的烟气净化工艺存在许多亟待改进的地方，如洗涤水中气溶胶状态的二嗯英类物质增加、活性炭吸附造成二次污染、SNCR系统NH，逃逸等，通过该系统的所有设计环节的控制，结合项目投资等各种因素，针对不同的物料及项目情况加以应用，修正工艺设计内容，随着此工艺会日益完善，实现无害化、减量化的化工危废物处置。
目前，常用的处理处置危险废物的方法包括海洋处置、焚烧、化学与生化处理、固化处理等，旨在实现资源化、无害化和减量化。近年来，焚烧技术的应用越来越广泛，它是一种于焚烧炉放置危废，使其可燃成分氧化分解的处理方法。而在焚烧技术中，因工作连续性好、使用寿命长、运行稳定、技术成熟等特点，回转窑焚烧技术显示出较强的优势。但由于近几年回转窑焚烧技术发展过快，而相关技术关键点又发展滞后，因此带来了烟气排放不达标等问题。
1烟气中污染物的生成与控制
1.1酸性气体的生成与控制
酸性气体污染物主要由氮氧化物、氯化物和硫氧化物组成，其在燃烧过程中，固体废物中所含的Cl、S等化合物主要产生HCI、SO2。主要采用湿式、半干式及干式洗气等方法对焚烧烟气中HCI、SO2等酸性气体加以控制。
NOx的生成机理主要来自助燃燃料燃烧生成NOx，在高温下空气中氮气氧化生成NO及在燃烧时废物中含氮成分生成NOx这3个方面。目前控制NOx的方法主要有：
(1)选择性非催化还原法(SNCR)
向焚烧炉内喷入氨水或尿素，通过还原反应后最终形成CO2、水和氮气，烟气中氮氧化物降低。
(2)选择性催化还原法(SCR)
SCR系统脱硝效果很高。烟气中的NO。与氨水等还原剂反应，在催化剂的作用下，烟气中的NOx转化为水和氮气。
(3)燃烧控制法
维持适合的炉膛温度和稳定，温度型NO。生成的条件是温度>1400V，因此要想控制其的生成，可通过合理的供风(降低燃烧场的氧气浓度)，控制炉膛温度(减少炉膛内部局部高温的产生)。
1.2粉尘及重金属污染物的生成与控制
诸如可凝结的气体污染物、灰分等惰性无机物是焚烧烟气中粉尘的主要成分。重金属污染物包括砷、铬、铅等元素态氧化物及氯化物等。经过高温焚烧后，废物中的重金属物质，部分挥发进入烟气，部分存留在灰渣中。
目前，焚烧尾气处理系统去除重金属均采用活性炭吸附的方法，最终通过布袋除尘器收集进行安全填埋。在袋式除尘器后，挥发性强、沸点低的重金属汞仍有少量以气体状态存在，但由于其溶于水的特性，最终在酸吸收塔内被洗涤液去除。
1.3二噁英的生成与控制
二噁英是多氯二苯并呋喃PCDFs和多氯二苯并对二噁英PCDDs这2类化合物的统称。二噁英的生成机理主要有：①直接释放机理;②高温气相反应机理;③前驱物合成机理;④从头合成反应机理。
2化工危废焚烧过程中烟气净化工艺
2.1工艺流程
传统的烟气净化采用的技术和工艺是烟气急冷+干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘+湿法脱酸。
该项目采用的烟气净化技术和工艺是烟气高温脱硝+烟气急冷+干法脱酸+活性炭粉喷射+布袋除尘+两级湿法脱酸+静电除雾器+活性炭吸附床。
2.2烟气净化工艺的优化
2.2.1控制N0。的技术优化
(1)回转窑温度的控制
经验数据表明，在1000oC下NOx的生成量为1300V下的1/10。首先要维持适合的炉膛温度和炉膛燃烧稳定，才能控制NOx的生成。在回转窑，该项目设置红外测温仪，自动控制炉膛温度通过远程监测来实现。该项目还采用了组合燃烧器，以维持炉膛的稳定燃烧，并对回转窑头罩供风口的结构进行了优化，有效减少氮氧化物等污染物的排放。
(2)优化布置二次风
采用2次燃烧，在回转窑内将氧气含量控制在6%～10%，使在弱还原气氛下物料进行一次燃烧，促进氮化合物转化为N2，充分焚烧在二燃室进行，使有害物质彻底燃尽。
为有效减少NO的生成，需对二次风进风合理布置。该项目是在二燃室缩口直段布置二次风分布器，烟气扰动的增加应用文丘里效应，同时在同一截面上均匀分布风喷嘴，切向进入二燃室后，一个假想圆会在中心形成。
在二次风的扰动下，焚烧烟气螺旋上升，增加烟气流动的行程，在二燃室内烟气的停留时间延长，烟气滞留时间大于2.0s，
烟气中的有害物质完全分解。
(3)脱氮系统优化
将脱硝反应系统设在余热锅炉第一回程。脱硝采用SNCR法(非催化法)控制NO。，而SNCR技术的关键是温度窗口的选择。
在喷射口附近，该项目设置热电偶，窗口温度930C效果最佳，设为900～1000"C。同时将NO。分析系统设置在锅炉出口，对NOx浓度实时监测，向PLC传送采集到的NOx浓度信号，根据浓度数值，PLC对尿素溶液喷射量值进行调整，输出喷射流量控制信号，最终将定量的尿素溶液通过喷射系统喷入焚烧炉内，在锅炉内尿素溶液热分解出氮，并在适温下与锅炉内的NOx发生还原反应，还原成水和氮气，最终烟气中氮氧化物被脱除。
本项目还原剂为尿素溶液。该系统采用人工上料配制还原剂，由现场的软水管道将配置所需软水送至尿素溶液配制罐，配制成40%尿素溶液，其后通过离心泵组，将溶液输送至储存罐，通过在线稀释计量分配模块，40%的尿素溶液被稀释成5%的尿素溶液后，通过分配计量装置分配至喷射系统喷射雾化。本项目储存罐设置电加热装置，输送管道蒸汽伴热，以避免尿素溶液再结晶。同时为防止喷嘴超温与堵塞，喷枪设置压缩空气护风，还采用分层对称布置，预留接口12个，为保证脱硝效果，可按照工况，对喷枪喷射位置进行调整。在模块化设计理念下，本项目SNCR系统几乎所有的设备均安装在预先经过工厂测试的模块上，采用的流量控制系统先进，分析现场采集到的数据后，输出流量控制信号，实现自动化全程控制。
2.2.2脱除酸性气体工艺优化
为提高脱酸效果，本项目的烟气净化工艺为传统的干法+湿法脱酸工艺升级为干法+双湿法洗涤脱酸。
(1)干法脱酸
为实现脱酸，将净化吸收剂Ca(OH)2粉加入脱酸塔内。烟气中的HF、HCI、SO，和S0：等和脱酸塔内Ca(OH)2发生化学反应，生成CaF2、CaCl2、CaSO3、CaSO4等。同时烟气中存在C02，Ca(OH)2消耗一些生成CaCO2，焚烧产生的飞灰和这些形成的颗粒物一同进入布袋除尘器，由布袋除尘器中的滤袋滤除。
采用双湿法洗涤处理烟气，有预冷器(预冷水池给水来自洗涤水池，将洗涤水通过洗涤排水泵定期送入预冷水池。部分回用使用后预冷器，其余排入污水站，既减少了高浓度盐水量，又降低了洗涤塔碱耗量。有自动切换系统设置在预冷水给水管路上，可通过气动球阀自动接换到备用预冷水管路，并自动启动预冷水泵，以保证预冷水稳定工作)增设在洗涤塔前，使烟气温度降至约70。C，再进入洗涤塔，洗涤塔选择筛板塔，塔内烟气中的酸性气体(HF、HCI、SO2)采用NaOH中和吸收。利用洗涤循环泵维持在一定pH值范围内的碱液。波纹板除雾器有设在洗涤塔出口，对塔中气体夹带的液滴通过除雾器分离，3～5um的雾滴可有效去除。除雾器带有可间歇地喷入高压清洁水的冲洗喷头，以清洗除雾器，旨在将其上可能沉淀的盐类物质去除。
2.2.3二噁英控制技术优化
(1)静电除雾工艺优化
经湿法洗涤后，烟气中含水率较高，若直接通过烟囱排放，会有白色烟羽产生，因此，以往项目将烟气加热器设置在洗涤塔后，把烟气温度加热至大于110oC后排放。该项目更改为静电除雾器，将烟气中的气溶胶、液滴及水雾利用其分离和去除。使上述问题得到解决，同时进一步去除了烟气中的超细颗粒物(吸附于飞灰表面的二嗯英类物质)，解决了气溶胶中二嗯英超标问题。
(2)活性炭吸附工艺的优化
经过研究发现，二噁英存在的主要形态是颗粒物，所以需对粉尘的排放量严格控制，最有效去除二嗯英的方法是活性炭喷射吸附+布袋除尘，还能使重金属汞的排放浓度降低。
考虑到物料成分具较大的波动性，本项目将活性炭吸附床(采用分仓设计，共有3个均能满足使用要求的分仓组成。吸附层设置压力及温度测点，根据活性炭使用情况、仓内阻力更换使用。同时旁通有设置，吸附装置的调整依据使用需要)增设在静电除尘器后端，再次净化烟气中的二噁英及重金属等污染物，保障烟气达标排放。
3结语
回转窑焚烧系统现有的烟气净化工艺存在许多亟待改进的地方，如洗涤水中气溶胶状态的二嗯英类物质增加、活性炭吸附造成二次污染、SNCR系统NH，逃逸等，通过该系统的所有设计环节的控制，结合项目投资等各种因素，针对不同的物料及项目情况加以应用，修正工艺设计内容，随着此工艺会日益完善，实现无害化、减量化的化工危废物处置。