NaOH半干法脱酸在垃圾焚烧烟气净化中的应用

时间：2024-08-31

文_熊绍武上海蓝科石化环保科技股份有限公司

随着人民生活水平的逐渐提高，生活垃圾的产量也日趋增多。本文对NaOH 溶液半干法脱酸进行了实验研究，以了解开拓更多的高效脱酸方法。

1 试验设备及试验方法

1.1 试验平台及试验设备

本试验采用某日处理量为500t·d-1的垃圾焚烧发电生产线，该生产线焚烧炉采用往复式炉排炉，焚烧后的烟气经过余热锅炉后降至约210℃，而后进入急冷塔，烟气再塔内冷却至155℃，而后进入布袋。但在进入布袋前，在烟道内喷入消石灰粉末和活性炭粉末，消石灰粉末和活性炭粉末随烟气进入布袋，被布袋收集，酸性气体SO2、HCl 等在烟道和布袋表面与消石灰反应被脱除，布袋后的烟气经过引风机后送入烟囱，在烟囱内设有在线CEMS 可以对烟气中的污染物进行在线测量。

本试验锅炉出口设有HCl 在线分析仪，烟气中SO2的测量采用德图350 型便携式烟气分析仪。

1.2 试验药剂

试验药剂主要有NaOH 溶液和消石灰粉末，药剂规格如下所示。

消石灰：Ca(OH)2含量≥90%；粒度（200 目筛）≥95%；水分≤1%；镁及碱金属≤0.5%；酸不溶物≤1.5%。

NaOH 浓液：NaOH 浓度≥30%；碳酸钠≤0.2%；氯化钠≤0.008%；外状稠状液体。

1.3 试验方法

1.3.1 单喷消石灰干法脱酸试验

由于垃圾焚烧厂烟气净化消石灰喷射为自动控制，且需要保证垃圾焚烧厂烟气排放指标达标，因此单喷消石灰干法脱酸试验通过设定烟囱出口SO2、HCl 的排放指标进行试验，且烟气污染物排放浓度均低于国标要求。为保证试验结果的准确度，试验过程中保持减温塔出口温度155±2.5℃，锅炉蒸发量50±0.5t，每组试验时长不小于2h，试验期间利用便携式烟气分析仪对余热锅炉出口SO2浓度进行测量。

1.3.2 NaOH半干法+消石灰干法组合脱酸试验

试验添加NaOH 采用在烟气急冷塔减温水中通入30%NaOH 溶液，并在管道上增加管道混合器保证溶液与减温水混合均匀。为保证垃圾焚烧厂烟气排放指标达标，采用设定不同的NaOH 溶液流量进行试验，消石灰喷射自动控制。为保证试验结果的准确度，试验过程中保持减温塔出口温度155±2.5℃，锅炉蒸发量50±0.5t，每组试验时长不小于2h，试验期间利用便携式烟气分析仪对余热锅炉出口SO2浓度进行测量。

2 试验及试验结果

2.1 单喷消石灰干法脱酸试验

2.1.1 试验参数设置

为研究单喷消石灰干法脱酸性能，本次进行了5 组单喷消石灰干法脱酸试验，试验运行参数如表1 所示。

表1 半干法脱酸试验运行参数表

2.1.2 烟囱污染物排放浓度与消石灰消耗量的关系

消石灰干法试验期间便携式烟气分析仪测量的余热锅炉出口SO2浓度数据以及DCS 系统相关数据分析可以可以看出，随着消石灰消耗量的增加，烟囱出口HCl 和SO2的浓度减小，但是当HCl 和SO2的浓度降至20mg·Nm-3左右时，继续增加消石灰，烟囱出口HCl 和SO2的浓度基本不变。

2.1.3 污染物脱除率与Ca/(S+2Cl)比的关系

根据数据可以计算出消石灰干法对烟气中HCl 和SO2的脱出率和化学反应Ca/(S+0.5Cl)当量比，其计算方法如式（1）和式（2）所示。

式中，η为HCl 或SO2的脱出率，%；Cin为余热锅炉出口HCl 或SO2的浓度，mg·Nm-3；Cout为烟囱出口HCl 或SO2的浓度，mg·Nm-3；mlime为消石灰消耗量，kg·h-1；Cin-SO2为余热锅炉出口SO2浓度，mg·Nm-3；Cin-HCl为余热锅炉出口HCl浓度，mg·Nm-3；Q0为烟气流量，Nm3·h-1。

2.2 根据公式（1）和公式（2）的计算结果如下

当Ca/(S+0.5Cl)当量比超过1.5 以后，HCl 和SO2的脱除率基本保持不变，此时HCl 的脱除效率在约98%左右，SO2的脱除效率在83%左右。当Ca/(S+0.5Cl) 当量比小于1.5 时，随着Ca/(S+0.5Cl) 当量比的增加，HCl 和SO2的脱除率逐渐升高。这是由于当Ca/(S+0.5Cl) 当量比超过1.5 以后，反应的主要限制因素不再是药剂量，而是消石灰与HCl 和SO2的反应速度，这与HCl 与SO2的烟囱排放浓度变化分析结果一致。

2.3 NaOH半干法+消石灰干法组合脱酸试验

2.3.1 试验参数设置

为研究NaOH 半干法+消石灰干法脱酸性能，本次NaOH半干法+消石灰干法组合脱酸试验进行了9 组试验，试验运行参数如表2 所示。

表2 NaOH半干法+消石灰干法组合脱酸试验运行参数表

2.3.2 组合脱酸试验烟囱HCl和SO2排放浓度

消石灰干法试验期间便携式烟气分析仪测量的余热锅炉出口SO2浓度数据以及DCS 系统相关数据如下分析。由于NaOH采用隔膜泵，其流量会小幅度的波动，因此实际流量与设定流量存在一定偏差，数据分析时采用DCS 实际流量进行分析。

如NaOH 半干法+消石灰干法组合脱酸试验，当NaOH 溶液流量为26.93L·h-1，消石灰消耗为180.5kg·h-1，约为单喷消石灰干法脱酸试验的一半。根据单喷消石灰的分析结论，消石灰与HCl 和SO2的反应活性低，即使喷入过量的消石灰也不能将HCl 和SO2的排放浓度降低至10mg·Nm-3以下，而少量NaOH 的加入却使HCl 和SO2的排放浓度降低至10mg·Nm-3以下，而NaOH 的加入是在消石灰喷射前，NaOH 与HCl 和SO2先反应，因此不是NaOH 与HCl 和SO2反应而导致HCl 和SO2的排放浓度低于10mg·Nm-3，而是NaOH 或者NaOH 与HCl 和SO2的反应产物（NaCl，Na2SO3，Na2SO4等）促进了消石灰与HCl 和SO2的反应。

2.3.3 消石灰消耗量与NaOH流量的关系

由以上的试验数据可发现，随着NaOH 流量的增加，消石灰消耗先急剧减少后趋于缓慢。

2.3.4 运行药剂成本分析

根据以上数据可以计算出NaOH 对余热锅炉出口烟气中HCl 和SO2的Na/(2S+Cl)当量比，其计算方法如式（3）所示。

式中，Q1为30%NaOH 溶液流量，L·h-1；为30%NaOH溶液密度，kg·L-1；Cin-SO2为余热锅炉出口SO2浓度，mg·Nm-3；Cin-HCl为余热锅炉出口HCl 浓度，mg·Nm-3；Q0为烟气流量，Nm3·h-1。

该生活垃圾焚烧厂30%NaOH 溶液和消石灰粉采购价格分别为1260 元/t 和828 元/t，根据此价格可计算垃圾焚烧厂运行药剂成本。

可以发现，组合脱酸运行药剂成本随着Na/(2S+Cl)当量比的增加，呈现先增加后减少的曲线，药剂成本最低点在Na/(2S+Cl)当量比约为0.3 左右，此时运行药剂成本约为190 元·h-1（约9 元/t 垃圾）。