第四次作業(yè)情況第八節(jié)焚燒廠尾氣冷卻與廢熱回收系統(tǒng)焚燒尾氣冷卻/廢熱回收系統(tǒng)的功能是：（1）調(diào)節(jié)焚燒尾氣溫度，一般使之冷卻至220～300℃之間，以便進入尾氣凈化系統(tǒng)。通常情況下,尾氣凈化處理設備僅適于在小于300℃的溫度范圍內(nèi)操作，故焚燒爐所排放的高溫氣體尾氣調(diào)節(jié)或操作不當，會降低尾氣處理設備的效率及壽命，造成焚燒爐處理量的減少，甚至還會導致焚燒爐被迫停爐。（2）回收廢熱，通過各種方式利用廢熱，降低焚燒處理費用。目前所有中大型垃圾焚燒廠幾乎均設置了汽電共生系統(tǒng)。8.1廢氣冷卻方式尾氣的冷卻可分為直接式及間接式兩種類型。直接式冷卻是利用惰性介質(zhì)直接與尾氣接觸以吸收熱量，達到冷卻及溫度調(diào)節(jié)的目的。水具有較高的蒸發(fā)熱(約2500kJ/kg)，可以有效降低尾氣溫度，產(chǎn)生的水蒸氣不會造成污染，因此水是最常使用的介質(zhì)?？諝獾睦鋮s效果很差，必須引入大量空氣，會造成尾氣處理系統(tǒng)容量增加(二倍至四倍多，視進氣溫度而異)，很少單獨使用。間接冷卻方式是利用傳熱介質(zhì)(空氣、水等)經(jīng)由廢熱鍋爐、換熱器、空氣預熱器等熱交換設備，以降低尾氣溫度，同時回收廢熱，產(chǎn)生水蒸氣或加熱燃燒所需的空氣。直接噴水冷卻與間接冷卻是調(diào)節(jié)及冷卻焚燒尾氣的最常用的兩種方式，其優(yōu)缺點、適用條件和范圍如下表所示。一般來說，采用間接冷卻方式可提高熱量回收效率，產(chǎn)生水蒸汽并用于發(fā)電，但投資及維護費用也較高，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低；直接噴水冷可降低初期投資及增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，但不僅造成水量的消耗，而且浪費能源。中小型焚燒廠多采用批次方式或準連續(xù)式的操作方式，產(chǎn)生的熱量較小，熱量回收利用不易或廢熱回收的經(jīng)濟效益差，大多采用噴水冷卻方式來降低焚燒爐廢氣溫度。如果焚燒爐每爐的垃圾處理量達150t/d，且垃圾熱值達7500kJ/kg以上時，燃燒廢氣的冷卻方式宜采用廢熱鍋爐進行冷卻。大型垃圾焚燒廠具有規(guī)模經(jīng)濟的效果，宜采用廢熱鍋爐冷卻燃燒廢氣，產(chǎn)生水蒸氣，用于發(fā)電。危險廢物焚燒廠也多采用間接冷卻方式。8.2廢熱回收利用的方式及途徑熱回收方式的選擇取決于廢熱利用途徑和特點，工藝設備的需要以及經(jīng)濟因素。焚燒系統(tǒng)通常連續(xù)運行，但熱的需要具有峰值和谷值，在熱能回收利用中需要很好考慮時間安排問題。（1）城市垃圾焚燒廠垃圾焚燒所產(chǎn)生的廢熱有多種再利用方式包括水冷卻型、半廢熱回收型及全廢熱回收型三大類。垃圾焚燒廠廢熱回收利用方式垃圾焚燒產(chǎn)生的低壓蒸汽及高壓蒸汽的利用途徑如下：（a）廠內(nèi)輔助設備自用：如垃圾含水率較高、熱值較低，可利用蒸汽預熱助燃空氣，使其自室溫提升至150～200℃，促進燃燒效果；或用蒸汽將廢氣溫度于排放前再加熱至約130℃，以避免因設置濕式洗煙裝置而產(chǎn)生白煙現(xiàn)象。（b）廠內(nèi)發(fā)電：由于發(fā)電后產(chǎn)生電能極易輸入各地的公共電力供應系統(tǒng)，垃圾焚燒廠產(chǎn)生的蒸汽，常普遍被用以推動汽輪發(fā)電機以產(chǎn)生電力，構(gòu)成汽電共生系統(tǒng)。所產(chǎn)生的電力，約有10～20％作為廠內(nèi)使用，其余則售予電力公司。（c）供應附近工廠或醫(yī)院的加熱或消毒用：當焚燒廠與用戶的距離不遠時，一般用管路將蒸汽送至廠區(qū)附近的工廠或醫(yī)院，供其生產(chǎn)生活、取暖或消毒設備使用，凝結(jié)水則返送回焚燒廠循環(huán)使用。但雙方必須對蒸汽條件、供應量、供應時段、備用汽源、管線維護、收費標準及合約期限等有關(guān)事宜達成協(xié)定，目前以美國采取此種利用方式居多，其次為歐洲地區(qū)，日本較少。（d）供應附近發(fā)電廠當作輔助蒸汽：可將所產(chǎn)生的蒸汽送到附近的發(fā)電廠，配合發(fā)電。但焚燒廠產(chǎn)生的蒸汽條件，必須與發(fā)電廠的蒸汽條件相互一致。此種利用方式亦以美國及歐洲地區(qū)較多。（e）供應區(qū)域性暖氣系統(tǒng)蒸汽使用：此種利用方式包括兩種情況，其一是將所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)熱交換器，產(chǎn)生約80～120℃的熱水，然后進入?yún)^(qū)域性的暖氣或熱水管路網(wǎng)中。另一種方式系直接將蒸汽輸送到地區(qū)性熱能供應站，經(jīng)該廠的熱交換器，產(chǎn)生不同型式的熱能，以供應社區(qū)取暖用。此種利用方式主要用于寒冷地區(qū)（如歐、美地區(qū)），尤其于已設有供應熱水管路系統(tǒng)的地區(qū)，可直接并聯(lián)操作，做為系統(tǒng)中的基本負載。（f）供應休閑福利設施：以管路供應廠區(qū)附近民眾休閑福利設施中所需的蒸汽或熱水，例如溫水游泳池、公用浴室及溫室花房等。（2）危險廢物焚燒廠集中處理危險廢物的大型焚燒廠，廢熱回收利用的方式和途徑與大型垃圾焚燒廠相同。對于分散的中小型危險廢物焚燒裝置，回收的熱量可以用于處理廠的工藝設備，減少焚燒所需的燃料。應減少廢物中的水分以減少焚燒固體和液體廢物時需要的燃料，。利用回收廢熱對廢物進行干燥或預濃縮，減少廢物中85％的水分，能量節(jié)省大于70％。廢物預濃縮的基本系統(tǒng)如下圖所示。濃縮器焚燒爐廢物蒸汽濃縮液低壓蒸汽尾氣燃料空氣貧熱廢物焚燒的能量管理8.3廢熱鍋爐廢熱鍋爐(又稱熱回收鍋爐)是利用燃燒或化學程序尾氣的廢熱為熱源，以產(chǎn)生蒸汽的設備。利用廢熱鍋爐降低尾氣溫度及回收廢熱的優(yōu)點是：單位面積的傳熱速率高，可耐較高溫度，材料不受限制，體積較氣體/氣體換熱器小，安裝費用低；不須準確地控制氣體及水的流量，在進氣溫度變化大時能承受蒸汽壓力的改變，維持尾氣溫度的穩(wěn)定；產(chǎn)生蒸汽，可供制程使用。焚燒系統(tǒng)中的廢熱鍋爐必須考慮的問題包括：焚燒尾氣中的粉塵特性及含量，磨損及腐蝕的問題，積垢及積垢清除，廢物熱值變化，焚燒的燥作溫度，以及蒸汽利用方式。中小型控氣式焚燒爐多采用水平煙管式廢熱回收鍋爐，可設置在二次燃燒室上方或側(cè)面。廢熱鍋爐回收的效率取決于所產(chǎn)生的過飽和蒸汽條件，目前大型垃圾焚燒廠使用的廢熱鍋爐系統(tǒng)多采中溫中壓蒸汽系統(tǒng)，爐水循環(huán)方式多采用自然循環(huán)式，主要由燃燒室水管墻、鍋爐內(nèi)管群、汽水鼓和水鼓、過熱器、節(jié)熱器及空氣預熱器等組成。（1）MSW焚燒場廢熱鍋爐整體而言，垃圾焚燒廠及廢熱回收的設計與燃煤電廠不同之處在于垃圾性質(zhì)多變，熱值不穩(wěn)定，又含有硫、氯等元素，易于對爐管產(chǎn)生腐蝕。故垃圾焚燒廠的廢熱回收鍋爐設計上有兩項變革。第一為燃燒室改為多氣道型，將鍋爐置于下游對流區(qū)內(nèi)，以避免鍋爐直接吸收輻射區(qū)的高溫廢熱。第二為利用布置于爐床上方的水管墻來降低及調(diào)控廢氣離開輻射區(qū)的溫度，但接近爐床的水管墻必須以耐火材料包覆。（2）處理特殊廢物的廢熱鍋爐碳鋼廢熱鍋爐在特殊廢物處理時受到限制。它對廢物中的化學物質(zhì)非常敏感，腐蝕是其主要問題。對于氯化烴的焚燒，碳鋼管式鍋爐已經(jīng)使用成功。下圖表示的是一個用于這類焚燒的典型鍋爐。這種廢熱鍋爐通常有一個附帶的蒸汽包。（3）鍋爐在停爐期間進行清掃；（4）焚燒系統(tǒng)要設計成使氯氣的形成保持最少。在這樣的條件下，可以選擇碳鋼鍋爐。由于氯化氫存在于焚燒廢氣中，作為焚燒氯代烴的鍋爐，設計重點是維持鍋爐管壁的溫度，以避免氯化氫的高溫侵蝕和低溫冷凝。對于氯代烴的焚燒，只要（1）鍋爐管壁保持清潔；（2）金屬溫度維持在200～260C的范圍；如果管表面沒有存積物，那么廢氣中的氯化氫對鋼管的腐蝕是微不足道的，除非金屬溫度高于315C。如果廢氣中含有塵灰，并且積存在管子表面，那么氯化氫在沉積物的催化作用下，形成游離氯。然后，在中管的金屬溫度下，游離氯就會與管子起反應而產(chǎn)生腐蝕。如果沉積物在鍋爐停爐以前不被去除，那么沉積物的作用如同收集冷凝液的海綿。在低溫下的酸腐蝕就不可避免。此外，在廢氣中高濃度的游離氯對鍋爐管道也是有害的。處理含有金屬化合物的廢物時，對鍋爐的狀況必須做更詳細的研究。廢氣溫度必須低于金屬化合物的熔點，以防止粘性顆粒沉積在熱傳導表面上。對于固體顆粒，一般需要采用煙塵吹掃器，對于易熔顆粒，在廢氣引入鍋爐以前，必須降低廢氣的溫度以固化這些顆粒。為了使所有的顆粒固化，必須保證有足夠的停留時間。例如當鈉鹽存在于廢氣中時，顆粒的“粘性”溫度在650～730C之間。因此，為了把溫度降到730C以下，必須進行冷卻，并且為了給鈉鹽固化提供時間，耐火襯里的冷卻室也是必需的（見“圖4-4-72”）。對于這類廢物，水管鍋爐最合適。還要用吹灰器定期清掃外殼。鹽冷卻室是含堿廢物焚燒中熱回收的一個關(guān)鍵設備。冷卻室能提供一種冷卻介質(zhì)以把焚燒爐廢氣的溫度降低到固化溫度以下。對于熔化的鹽顆粒，冷卻室還提供足夠的停留時間，以使顆粒完全固化。如果沒有足夠的時間，那么鹽顆粒外部將固化，而內(nèi)部仍處于熔融狀態(tài)。當鹽顆粒碰撞鍋爐管時，碰破固態(tài)的外殼，熔化的鹽將粘在鍋爐管上，鹽冷卻室的冷卻方式可以是輻射冷卻，再循環(huán)廢氣冷卻，空氣和火的冷卻。第九節(jié)焚燒尾氣控制技術(shù)9.1概述（1）焚燒尾氣中的污染物焚燒尾氣中所含的污染物質(zhì)的產(chǎn)生及含量與廢物的成分、燃燒速率、焚燒爐型式、燃燒條件、廢物進料方式有密切的關(guān)系，主要的污染物質(zhì)有下列幾種：不完全燃燒物(簡稱PIC)：是燃燒不良而產(chǎn)生的副產(chǎn)品，包括一氧化碳、碳黑、烴、烯、酮、醇、有機酸及聚合物等。粉塵：廢物中的惰性金屬鹽類，金屬氧化物或不完全燃燒物質(zhì)等。酸性氣體：包括氯化氫，鹵化氫(氯以外的鹵素，氟、溴、碘等)，硫氧化物(二氧化硫SO2)及三氧化硫(SO3)，氮氧化物(NOx)，以及五氧化二磷(P2O5)和磷酸(H3PO4)。重金屬污染物：包括鉛、汞、鉻、鎘、砷等的元素態(tài)，氧化物及氯化物等。二惡英：PCDDs／PCDFs。9.2焚燒尾氣控制方法下表列出了危險廢物焚燒尾氣處理方法的優(yōu)缺點和實用性。氮氧化物(NOx)很難以一般方法去除，但是由于含量低(在100mg/l上下)，通常是以控制焚燒溫度以降低其產(chǎn)生量。硫氧化物雖難以去除，但一般危險廢物和城市垃圾中含硫量很低(0.1%以下)，尾氣中少量硫氧化物可經(jīng)濕式洗滌設備吸收。溴氣(Br2)、碘(I2)及碘化氫等尚無有效去除方法，由于其含量甚低，一般尾氣處理系統(tǒng)的設計并不特別考慮去除。如果廢物中含有高成分的溴或碘化合物，焚燒前則以混合或稀釋等方式，降低其含量。鹵素與氫的化合物(氯化氫、溴化氫等)可由洗滌設備中的堿性溶液中和，氯化氫是尾氣中主要的酸性物質(zhì)，其含量由幾百ppm至幾個百分比，必須將其含量降至1%以下(99%去除率)才可排放。廢氣中揮發(fā)狀態(tài)的重金屬污染物，部分在溫度降低時可自行凝結(jié)成顆粒、于飛灰表面凝結(jié)或被吸附，從而被除塵設備收集去除，部分無法凝結(jié)及被吸附的重金屬的氯化物，可利用其溶于水的特性，經(jīng)由濕式洗氣塔的洗滌液自廢氣中吸收下來。焚燒廠典型的空氣污染控制設備和處理流程可分為干式、半干式或濕式三類：(a)濕法處理流程：典型處理流程包括文式洗氣器或靜電除塵器與濕式洗氣塔的組合，以文式洗氣器或濕式電離洗滌器去除粉塵，填料吸收塔去除酸氣。(b)干法處理流程：典型處理流程由干式洗氣塔與靜電除塵器或布袋除塵器相互組合而成，以干式洗氣塔去除酸氣，布袋除塵器或靜電集塵器去除粉塵。(c)半干法處理流程：典型處理流程由半干式洗氣塔與靜電除塵器或布袋除塵器相互組合而成，以半干式洗氣塔去除酸氣，布袋除塵器或靜電集塵器去除粉塵。9.2粒狀污染物控制技術(shù)（1）設備選擇焚燒尾氣中粉塵的主要成分為惰性無機物質(zhì)，如灰分、無機鹽類、可凝結(jié)的氣體污染物質(zhì)及有害的重金屬氧化物，其含量在450～22,500mg/m3之間，視運轉(zhuǎn)條件、廢物種類及焚燒爐型式而異。一般來說，固體廢物中灰分含量高時，所產(chǎn)生的粉塵量多，顆粒大小的分布亦廣，液體焚燒爐產(chǎn)生的粉塵較少。選擇除塵設備時，首先應考慮粉塵負荷、粒徑大小、處理風量及容許排放濃度等因素，若有必要，則進一步深入了解粉塵的特性(如粒徑尺寸分布、平均與最大濃度、真比重、粘度、濕度、電阻系數(shù)、磨蝕性、磨損性、易碎性、易燃性、毒性、可溶性及爆炸限制等)及廢氣的特性(如壓力損失、溫度、濕度及其他成份等)，以便作出合適的選擇。重力沉降室、旋風除塵器和噴淋塔等無法有效去除5～10μm以下的粉塵，只能視為除塵的前處理設備。靜電集塵器、文式洗滌器及布袋除塵器等三類為固體廢物焚燒系統(tǒng)中最主要的除塵設備；液體焚燒爐尾氣中粉塵含量低，設計時不必考慮專門的去除粉塵設備，急冷用的噴淋塔及去除酸氣的填料吸收塔的組合足以將粉塵含量降至許可范圍之內(nèi)。（2）設備類型控制粒狀污染物的設備主要有文氏洗滌器、靜電除塵器和布袋除塵器。文式洗滌器可以有效去除直徑小于2μm的粉塵，其除塵效率和靜電吸塵器及布袋除塵器相當。文式洗滌器使用大量的水，可以防止易燃物質(zhì)著火，并且具有吸收腐蝕性酸氣的功能，較靜電集塵器及布袋除塵器更適于有害氣體的處理。非濕式文式洗滌器中氣體和液體在進入喉部前不互相接觸，適于低溫及濕度高的氣體處理，價格較低。濕式文式洗滌器中液體從頂部流入，充分澆濕上部錐體內(nèi)壁，因此氣體所夾帶的粉塵不易附著在內(nèi)壁上，適用于高溫或夾帶粘滯性粉塵的廢氣處理，其價格較非濕式昂貴。文式洗滌器的除塵效率和壓差有很大的關(guān)系，由于尾氣中粉塵許可含量規(guī)定越來越低，一般傳統(tǒng)文式洗滌器的壓差必須維持在200～250kPa左右，不僅能量使用高，而且由于喉部流速太高，磨損情況嚴重，近年內(nèi)多種改良型式陸續(xù)發(fā)展出來，其中最普遍為焚燒系統(tǒng)所使用的是水音式洗滌器和撞擊式洗滌器。（b）靜電除塵器靜電除塵器能有效去除工業(yè)尾氣中所含的粉塵及煙霧，可分為干式、濕式靜電集塵器及濕式電離洗滌器三種。濕式為干式的改良型式，使用率次之；濕式電離洗滌器發(fā)展雖然較晚，但是它除了不受電阻系數(shù)變化影響外，還具有酸氣吸收及洗滌功能，是美國危險廢物焚燒系統(tǒng)中使用最多的粉塵收集設備之一。干式靜電集塵器由排列整齊的集塵板及懸掛在板與板之間的電極所組成，利用高壓電極所產(chǎn)生的靜電電場去除氣體所夾帶的粉塵。濕式靜電集塵器是干式設備的改良型式，它較干式設備增加了一個進氣噴淋系統(tǒng)及濕式集塵板面，因此不僅可以降低進氣溫度，吸收部分酸氣，還可防止集塵板面塵垢的堆積。略含堿性(pH=8～9)的水溶液為主要噴淋液體。濕式電離洗滌器是將靜電集塵及濕式洗滌技術(shù)結(jié)合而發(fā)展出來的設備，基本構(gòu)造如圖右所示，是由高壓電離器及交流式填料洗滌器所組成。當氣體通過電離器時，粉塵會被充電而帶負電，帶負電的粒子通過洗滌器時，由于影像引力的作用，易與填料或洗滌水滴接觸而附著，因此可以由氣流中分離出來，附著于填料表面的粉塵粒子隨著洗滌水的流動排出。布袋除塵器由排列整齊的過濾布袋所組成，布袋的數(shù)目由幾十個至數(shù)百個不等。廢氣通過濾袋時粒狀污染物附在濾層上，再定時以振動、氣流逆洗或脈動沖洗等方式清除。其除塵效果與廢氣流量、溫度、含塵量、及濾袋材料有關(guān)。一般而言，其去除粒子大小在0.05～20m范圍，壓力降在1～2kPa左右，除塵效率可達99%以上。（a）濾袋及纖維材料焚燒廠排放的廢氣為高溫且?guī)в兴旨八嵝缘臍怏w，以往較少采用袋濾除塵器來去除粒狀污染物，但近年來濾布材質(zhì)有所改進，對于溫度、酸堿、及磨損的抵抗力均大為增強,例如玻璃纖維耐熱可達300℃；四氯化乙烯(鐵弗龍)耐熱性可達280℃，且耐酸堿性良好，故使用頻率愈來愈高。（b）濾袋室構(gòu)造及清潔方式布袋除塵器依據(jù)所清除附著在濾袋上粉塵的方式，有振動式清除法，逆洗式清除法和脈沖式清除法等三種。9.3酸性氣體控制技術(shù)用于控制焚燒廠尾氣中酸性氣體的技術(shù)有濕式、半干式及干式洗氣等三種方法。（1）濕式洗氣法：對流操作的填料吸收塔經(jīng)靜電除塵器或布袋除塵器去除顆粒物的尾氣由填料塔下部進入，首先噴入足量的液體使尾氣降到飽和溫度，再與向下流動的堿液不斷地在填料空隙及表面接觸及反應，使尾氣中的污染氣體有效地被吸收。填料對吸收效率影響很大，要盡量選用耐久性與防腐性好,、比表面積大、對空氣流動阻力小、以及單位體積重量輕和價格便宜的填料。近年來最常使用的填料是由高密度聚乙烯、聚丙烯或其他熱塑膠材料制成的不同形狀的特殊填料，如拉西環(huán)、貝爾鞍及螺旋環(huán)等。常用的堿性藥劑有NaOH溶液(15～20wt%)或Ca(OH)2溶液(10～30wt%)。石灰液價格較低，但是石灰在水中的溶解度不高，含有許多懸浮氧化鈣粒子，容易導致液體分配器、填料及管線的堵塞及結(jié)垢。雖然苛性鈉較石灰為貴，但苛性堿和酸氣反應速率較石灰快速，吸收效率高，其去除效果較好且用量較少，不會因pH值調(diào)節(jié)不當而產(chǎn)生管線結(jié)垢等問題，故一般均采用NaOH溶液為堿性中和劑。洗氣塔的堿性洗滌溶液采用循環(huán)使用方式，當循環(huán)溶液的pH值或鹽度超過一定標準時，排泄部分并補充新鮮的NaOH溶液，以維持一定的酸性氣體去除效率。排泄液中通常含有很多溶解性重金屬鹽類(如HgC12、PbC12等)，氯鹽濃度亦高達3%，必須予以適當處理。石灰溶液洗氣時，其化學方程式為：2S+2CaCO3+4H2O+3O2→2CaSO4·2H2O+2CO2其中CaSO4·2H2O可以回收再利用。（2）干式洗氣法用壓縮空氣將堿性固體粉未(消石灰或碳酸氫鈉)直接噴入煙管或煙管上某段反應器內(nèi)，使堿性消石灰粉與酸性廢氣充分接觸和反應，從而達到中和廢氣中的酸性氣體并加以去除的目的。2xHCl+ySO2+(x+y)CaO→xCaC12+yCaSO3+xH2OyCaSO3+y/2O2→yCaSO4或xHCl+ySO2+(x+2y)NaHCO3→xNaCl+yNa2SO3+(x+2y)CO2+(x+y)H2Ox及y分別為氯化氫(HCl)及二氧化硫(SO2)的摩爾數(shù)。為了加強反應速率，實際堿性固體的用量約為反應需求量的3～4倍，固體停留時間至少需1s以上。干式洗氣塔中發(fā)生的一系列化學反應如下：石灰粉與SO2及HCl進行中和反應CaO＋SO2→CaSO3CaO＋2HCl→CaCl2＋H2OSO2可以減少HgC12轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的HgSO2＋2HgC12+H2O→SO3＋Hg2C12＋2HClHg2C12→HgC12+Hg↑活性炭吸附將形成硫酸，而硫酸與氣態(tài)汞可反應：SO2,gas→SO2,adsSO2,ads＋l/2O2,ads→SO3,adsSO3,ads十H2O→H2SO4,ads2Hg＋2H2SO4,ads→Hg2SO4,ads＋2H2O＋SO2或Hg2SO4,ads＋2H2SO4,ads→2HgSO4,ads＋2H2O＋SO2因此當石灰粉末去除SO2時，會影響Hg的吸附，故須加入一些含硫的物質(zhì)(如Na2S)。干式洗氣塔與布袋除塵器組合工藝是焚燒廠中尾氣污染控制的常用方法：（3）半干式洗氣法半干式洗氣塔實際上是一個噴霧干燥系統(tǒng)，利用高效霧化器將消石灰泥漿從塔底向上或從塔頂向下噴入干燥吸收塔中。尾氣與噴入的泥漿可成同向流或逆向流的方式充分接觸并產(chǎn)生中和作用。由于霧化效果佳(液滴的直徑可低至30μm左右)，氣、液接觸面大，不僅可以有效降低氣體的溫度，中和氣體中的酸氣，并且噴入的消石灰泥漿中水分可在噴霧干燥塔內(nèi)完全蒸發(fā)，不產(chǎn)生廢水。其化學方程式為：CaO＋H2O→Ca(OH)2Ca(OH)2＋SO2→CaSO3+H2OCa(OH)2＋2HCl→CaC12＋2H2O或SO2＋CaO＋l/2H2O→CaSO3·l/2H2O這種系統(tǒng)的最主要的設備為霧化器，目前使用的霧化器為旋轉(zhuǎn)霧化器及雙流體噴嘴。旋轉(zhuǎn)霧化器為一個由高速馬達驅(qū)動的霧化器，轉(zhuǎn)速可達10000～20000r/min，液體由轉(zhuǎn)輪中間進入，然后擴散至轉(zhuǎn)輪表面，形成一層薄膜。由于高速離心作用，液膜逐漸向轉(zhuǎn)輪外緣移動，經(jīng)剪力作用將薄膜分裂成30～100μm大小的液滴。半干式洗氣法(SDA)的典型流程包含一個冷卻氣體及中和酸氣的噴淋干燥室及除塵用的布袋除塵器室。系統(tǒng)的中心為一個設置在氣體散布系統(tǒng)頂端的轉(zhuǎn)輪霧化器。高溫氣體由噴淋塔頂端成螺旋或旋渦狀進入。半干式洗氣法(SDA)：本法最大的特性是結(jié)合了干式法與濕式法的優(yōu)點，構(gòu)造簡單、投資低、壓差小、能源消耗少、液體使用量遠較濕式系統(tǒng)低；較干式法的去除效率高，也免除了濕式法產(chǎn)生過多廢水的問題；操作溫度高于氣體飽和溫度，尾氣不產(chǎn)生白霧狀水蒸汽團。但是噴嘴易堵塞，塔內(nèi)壁容易為固體化學物質(zhì)附著及堆積，設計和操作中要很好控制加水量。酸性氣體控制技術(shù)比較1.去除效率以HCl去除率為基準。2.藥劑種類：干式為Ca(OH)2粉(95%純度)，半干式為Ca(OH)2乳液(15%)，濕式為NaOH溶液(45%)。重金屬控制技術(shù)：去除尾氣中重金屬污染物質(zhì)的機理有四個：（1）重金屬降溫達到飽和，凝結(jié)成粒狀物后被除塵設備收集去除。（2）飽和溫度較低的重金屬元素無法充分凝結(jié)，但飛灰表面的催化作用會形成飽和溫度較高且較易凝結(jié)的氧化物或氯化物，而易被除塵設備收集去除。（3）仍以氣態(tài)存在的重金屬物質(zhì)，因吸附于飛灰上或噴入的活性炭粉末上而被除塵設備一并收集去除。（4）部分重金屬的氯化物為水溶性，即使無法在上述的凝結(jié)及吸附作用中去除，也可利用其溶于水的特性，經(jīng)由濕式洗氣塔的洗滌液自尾氣中吸收下來。當尾氣通過熱能回收設備及其他冷卻設備后，部分重金屬會因凝結(jié)或吸附作用而易附著在細塵表面，可被除塵設備去除，溫度愈低，去除效果愈佳。但揮發(fā)性較高的鉛、鎘和汞等少數(shù)重金屬則不易被凝結(jié)去除。焚燒廠運轉(zhuǎn)經(jīng)驗表明：（1）單獨使用靜電除塵器對重金屬物質(zhì)去除效果較差，因為尾氣進入靜電除塵器時的溫度較高，重金屬物質(zhì)無法充分凝結(jié)，且重金屬物質(zhì)與飛灰間的接觸時間亦不足，無法充分發(fā)揮飛灰的吸附作用。（2）濕式處理流程中所采用的濕式洗氣塔，雖可降低尾氣溫度至廢氣的飽合露點以下，但去除重金屬物質(zhì)的主要機理仍為吸附作用。且因?qū)α钗镔|(zhì)的去除效果甚低，即使廢氣的溫度可使重金屬凝結(jié)(汞仍除外)，除非裝設除塵效率高的文式洗滌器或靜電除塵器，凝結(jié)成顆粒狀物的重金屬仍無法被濕式洗氣塔去除。以汞為例，廢氣中的汞金屬大部分為汞的氯化物(如HgC12)，具水溶性，由于其飽合蒸氣壓高，通過除塵設備后在洗氣塔內(nèi)仍為氣態(tài)，與洗滌液接觸時可因吸收作用而部分被洗滌下來，但會再揮發(fā)隨廢氣釋出。袋除塵器與干式洗氣塔或半干式洗氣塔并用時，除了汞之外，對重金屬的去除效果均十分優(yōu)良，且進入除塵器的尾氣溫度愈低，去除效果愈好。但為維持布袋除塵器的正常操作，廢氣溫度不得降至露點以下，以免引起酸霧凝結(jié)，造成濾袋腐蝕，或因水汽凝結(jié)而使整個濾袋阻塞。為降低重金屬汞的排放濃度，在干法處理流程中，可在布袋除塵器前噴入活性炭或于尾氣處理流程尾端使用活性炭濾床加強對汞金屬的吸附作用，或在布袋除塵器前噴入能與汞金屬反應生成不溶物的化學藥劑，如噴入Na2S藥劑，使其與汞作用生成HgS顆粒而被除塵系統(tǒng)去除，噴入抗高溫液體螯合劑可達到50%～70%的去除效果。第十節(jié)熱解焚燒爐設計實例分析主要講述設計過程的一些計算問題10.1煙氣量計算太原市生活垃圾元素分析結(jié)果見表1，物理組成及熱值分析見表2、表3和表4。表1生活垃圾元素分析結(jié)果表2生活垃圾物理成分表3生活垃圾分類含量表4生活垃圾的容重、水分、灰土含量及熱值根據(jù)表1中的元素分析結(jié)果，確定垃圾的分子計算表達式，分子量為1487。設計處理能力為100噸/天，折算為4,000kg/hr（按照24hr計算），其中有機固體廢物為4000（0.54+0.0298+0.0309）=2402.8kg/hr，其中0.54為垃圾中有機物的質(zhì)量百分比，0.0298為垃圾中紙類的質(zhì)量百分比，而0.0309為垃圾中塑料橡膠的質(zhì)量百分比。理論空氣量：L0=λ(8.89C+26.7(H-O/8)+3.33S)（1）實際空氣量：L=λL0 (Nm3/kg)（2）式中，L為燃燒空氣量，Nm3/kg；λ為空氣比；L0為理論空氣量，Nm3/kg；C,H,O,S為單位垃圾可燃分中的元素含量，分別為碳、氫、氧、硫的重量，kg/kg。使用這種算法，可得到：每公斤廢物理論空氣必需量L0=8.89×0.26+26.7(0.025-0.1555/8)+3.33×0.00699=2.485Nm3/kg每小時空氣需要量（鼓風機通風量）2402.8kg/hr2.485Nm3/kg=5971Nm3/min按照50%的空氣過剩系數(shù)：配給空氣量L=1.5L0=8957Nm3/hr。據(jù)此，選擇鼓風機的空氣配給量為9400Nm3/hr，其空氣過剩系數(shù)為57.4%。燃燒室出口的濕基煙氣量和干基煙氣量可以由下式計算得到：Vw=(λ-0.21)L0+1.867C+11.2H+0.7S+0.8N+1.244W(Nm3/kg)（3）VD=(λ-0.21)L0+1.867C+0.7S+0.8N (Nm3/kg)（4）式中：Vw為濕基煙氣量，Nm3/kg；VD為干基煙氣量，Nm3/kg；W為單位垃圾的水分含量和噴入爐內(nèi)的水量，kg/kg；N為單位垃圾可燃分中的氮元素含量，kg/kg。根據(jù)式（3）、（4），可以計算得到本焚燒爐中Vw=(1.574-0.21)×2.485/1.5+1.867×0.26+11.2×0.025+0.7×0.00699+0.8×0.007+1.244×0.3=3.409Nm3/kgVD=(1.574-0.21)×2.485/1.5+1.867×0.26+0.7×0.00699+0.8×0.007=2.755Nm3/kg焚燒爐濕基煙氣量和干基煙氣量Vw=3.409Nm3/kg×2402.8kg/hr=8191.1Nm3/hrVD=2.755Nm3/kg×2402.8kg/hr=6619.7Nm3/hr引風機的煙氣量引風機煙氣量：8191.1+9400=17591.1Nm3/hr。通常情況下，引風機的風量在計算值的基礎上必須留有一定的余量（如20%~30%），因此，所選引風機的風量以17591.1×[1+(20%~30%)]，即21109Nm3/hr~22868Nm3/hr為宜。10.2引風機壓力計算引風機的壓力用來克服整個焚燒系統(tǒng)的阻力，包括管道阻力、尾氣凈化系統(tǒng)阻力、鍋爐系統(tǒng)阻力、二燃室和一燃室阻力。（1）管道阻力計算（5）煙氣管道截面為正方形，長度為60cm，其當量直徑de=4[0.60.6/(40.6)]=0.60米。le為由于管道彎頭、風門、閥門等引起的阻力。管道長度l+le為100+20=120米。煙氣從水洗塔出來后溫度為55C，該溫度下的空氣密度為1.077kg/m3。為摩擦因子，可以由Re~/de表查得，為管道的粗糙度，取為0.25mm。管道中煙氣實際流速：（6）管道中煙氣Re：（7）則：=0.018則管道阻力為：（2）尾氣凈化系統(tǒng)阻力尾氣凈化系統(tǒng)由堿洗塔和水洗塔組成，高度均為9.0米，內(nèi)徑2米，兩者的噴淋密度為相同數(shù)值，因此由液體噴淋所引起的阻力相同。在堿洗塔塔的進出口之間列出Bernoulli方程式計算壓降：（7）式中，g為重力加速度，9.8m/s2；Z為塔高；為由于煙氣在塔的進出口引起的壓降之和。噴淋所引起的阻力與煙氣速度的平方成正比，取因此，

同樣，水洗塔的阻力計算為：尾氣凈化系統(tǒng)的阻力為：（3）鍋爐阻力根據(jù)鍋爐設計參數(shù)可知，鍋爐的阻力為1000Pa，即Δp4=1000Pa。（4）二燃室阻力由于二燃室是水平設置的，不存在壓力和動能的轉(zhuǎn)換，因此阻力的來源主要是管道粗糙度引起的摩擦阻力。煙氣物理性質(zhì)近似取為850C下空氣的物理性質(zhì)：密度0.320kg/m3，粘度0.71510-5Pas。澆注水泥管的粗糙度為1.0mm。相對粗糙度：/D2=0.001/2.0=0.0005。根據(jù)Re~表，查得摩擦因子=0.020。式中，in和out為煙氣進出二燃室時由于突然放大或縮小所引起的壓力降系數(shù)，l為二燃室長度，6.0米。由于進出口管道的直徑比為0.6米/2.0米=0.3，因此in=0.5，out=0.4。（5）一燃室阻力的確定一燃室的阻力與料層的高度、爐內(nèi)垃圾空隙率等有關(guān)。對于氣相而言，一燃室有效高度取3.0米。一燃室內(nèi)氣體流速：uf=0.608(273.15+600)/273.15=1.94m/s。根據(jù)Bernoulli方程式計算從料層表面至一燃室出口部分的壓降：假設一燃室內(nèi)垃圾焚燒層、熱解層、干燥層的壓降類似于空氣通過“固定床”時的壓降，該固定床所填充的填料為空隙率為=0.4的垃圾塊。氣體通過固定床的壓降ΔP6與氣流速度uf成正比，當uf達到臨界流化速度時，整個床層處于臨界流化狀態(tài)，此時床層的壓降等于單位床層面積上固體的重量Wwaste/A。在此Wwaste等于一燃室內(nèi)固體的動態(tài)持有量（kg）。由焚燒爐中固體物質(zhì)的質(zhì)量平衡關(guān)系可以得到：氣體通過固定床層的最大壓降：由于固定床的臨界流化速度uf,c是流體粘度μ、床層顆粒的性質(zhì)（直徑d、密度ρ）以及床層空隙率ε的函數(shù)，即uf,c=f(μ,d,ρ,ε)，對于一燃室內(nèi)原生垃圾與焚燒后的殘?zhí)蓟驓堅?，很難計算出平均的粒徑和密度，因此，臨界流化速度的計算很困難。鼓風機的壓力為4600Pa，小于氣體通過固定床層的最大壓降ΔPmax，此時的床層仍然是“固定床”。因此，氣體通過床層的速度uf所產(chǎn)生的壓降就等于鼓風機的全壓4600Pa。從而：（6）煙囪的阻力：煙氣經(jīng)引風機后，必須保證有一定的壓力經(jīng)過煙囪需送到40米高空，假設煙氣到達40米高度時煙氣速度接近于零（這是最小速度的極限值）。煙氣的性質(zhì)取平均溫度(55+25)/2=40C下的物理性質(zhì)。根據(jù)Bernoulli方程式計算壓降：由此得到：因此，從引風機過來的煙氣必需具有uf的初速度和394.85Pa的壓力才能剛好到達40米的高空，而且此時煙氣速度近似為零。（7）引風機全壓Pmin=Δp1+Δp2+Δp3+Δp4+Δp5+Δp6+Δpchim=527.79+203.44+203.44+1000+5.85+15.4+394.85=2351.27Pa一般情況下，引風機的壓力余量為20%左右，因此引風機全壓應為：P=(1+20%)×2351.27=2822Pa10.3焚燒爐一燃室直徑的確定考慮到焚燒爐材質(zhì)的安全性能，焚燒爐的熱負荷為50~80萬大卡/平方米（煤氣化爐標準），則焚燒爐直徑可以由下式確定：所以：D1=3.14米（50萬大卡/平方米）或D1=2.48米（80萬大卡/平方米）。10.4理論焚燒爐溫估算及燃料補加計算火焰溫度計算過程如下：HeatingCombustionmstatTstmeatTemwatTwmfatTfmstatT0meatT0mwatT0mfatT0HstHeHwHfme2atT0mpatT0me2atTmpatTH(NHV)He2HpHoverallst=stoichiometricaire=excessairw=wastef=auxiliaryfuele2=excessairinfluegasp=combustionproducts(stoichiometric)第一步：冷卻過程焓變計算Hst=mstCp,st(T0-Tst)（10）He=meCp,e(T0-Te)（11）Hw=mwCp,w(T0-Tw)（12）Hf=mfCp,f(T0-Tf)（13）第二步：焚燒過程焓變計算NHV=mw(NHVw)+mf(NHVf)（14）第三步：焚燒產(chǎn)物升溫計算He2=me2Cp,e2(T-T0)（15）Hp=imiCp,i(T-T0)（16）因此，整個過程的焓平衡為：Hoverall=Hst+He+Hw+Hf