馬如雙, 丁得龍, 葛春亮, 吳哲鵬, 韋廷璠,張屹覃, 戴尚訪, 楊建國(guó),3

(1．浙江大學(xué) 能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州 310027; 2．浙江天地環(huán)保科技股份有限公司,杭州 311121; 3．浙江大學(xué) 嘉興研究院,浙江嘉興 314000)

HCl和SO2氣體是垃圾焚燒煙氣中的主要酸性污染物,其脫除技術(shù)可分為濕法、半干法、干法3種。以石灰石-石膏法為代表的濕法脫酸技術(shù)具有較高的脫除效率[4],但是由于其存在工藝流程復(fù)雜、投資運(yùn)行成本較高、脫酸廢水難處理[5]等問(wèn)題,在我國(guó)垃圾焚燒電廠中應(yīng)用相對(duì)較少;在半干法脫酸技術(shù)中,旋轉(zhuǎn)噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用相對(duì)廣泛[6],其脫除過(guò)程會(huì)受到近絕熱飽和溫度、入口煙溫、停留時(shí)間、漿液濃度等因素的影響[7-9],對(duì)溫度場(chǎng)、流場(chǎng)、堿基濃度場(chǎng)的要求較高[10],容易發(fā)生脫酸效率下降、設(shè)備結(jié)垢堵塞等問(wèn)題[11]。相較于濕法和半干法脫酸,干法脫酸技術(shù)無(wú)明顯溫降和廢水處理問(wèn)題,通過(guò)將堿性脫酸劑NaHCO3粉末直接注入煙道并將布袋除塵器作為反應(yīng)器,就可以實(shí)現(xiàn)HCl和SO2的高效脫除[12]。如果布袋除塵器選用涂覆有脫硝催化劑的催化濾袋[13-14],則可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)垃圾煙氣的脫酸、除塵和脫硝。

在采用NaHCO3干法同時(shí)脫除HCl、SO2的過(guò)程中,不同垃圾煙氣特性參數(shù)對(duì)HCl、SO2脫除反應(yīng)的影響程度可能不同。Verdone等[15]利用固定床反應(yīng)器開(kāi)展了NaHCO3干法脫除HCl實(shí)驗(yàn),研究發(fā)現(xiàn)HCl濃度和煙氣濕度對(duì)HCl脫除效率幾乎沒(méi)有影響。Wu等[16]建立了NaHCO3和SO2在煙道和布袋除塵器內(nèi)的反應(yīng)模型。Dal Pozzo等[17]通過(guò)固定床實(shí)驗(yàn)研究了NaHCO3單獨(dú)與HCl、SO2反應(yīng)時(shí)的最佳溫度,發(fā)現(xiàn)HCl、SO2分別在210 ℃和150 ℃具有最高的脫除效率。李堅(jiān)等[18]通過(guò)自制實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了干法脫硫?qū)嶒?yàn),研究表明增大入口SO2濃度有利于提高脫硫效率,煙氣中的粉塵對(duì)脫硫反應(yīng)也具有一定的促進(jìn)作用。Verdone等[19]對(duì)NaHCO3干法同時(shí)脫除HCl、SO2反應(yīng)的熱力學(xué)平衡體系進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。上述研究基本上是針對(duì)單一酸性氣體與NaHCO3反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究,或?qū)τ谕瑫r(shí)脫除HCl、SO2的模擬研究。真實(shí)的垃圾煙氣成分比較復(fù)雜,HCl、SO2與NaHCO3的反應(yīng)具有競(jìng)爭(zhēng)性,此外,水蒸氣和粉塵對(duì)實(shí)際脫酸反應(yīng)可能會(huì)存在一定的影響,布袋灰層還存在二次脫酸的作用。因此,對(duì)于復(fù)雜組分垃圾煙氣采用干法同時(shí)脫除HCl、SO2時(shí),有必要開(kāi)展更加全面的實(shí)驗(yàn)研究。

筆者通過(guò)搭建以煙道和布袋除塵器為核心反應(yīng)器的實(shí)驗(yàn)臺(tái),在模擬接近真實(shí)垃圾煙氣的條件下,研究了在NaHCO3干法同時(shí)脫除HCl、SO2反應(yīng)過(guò)程中,煙氣溫度、反應(yīng)時(shí)間、堿酸比、煙氣含水率、HCl和SO2濃度等因素對(duì)干法脫酸效率的影響,以期為NaHCO3干法脫酸在垃圾焚燒電廠的工業(yè)化應(yīng)用設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。

1 反應(yīng)原理

干法脫酸反應(yīng)系統(tǒng)由煙道和布袋除塵器串聯(lián)組成,將NaHCO3粉末注入煙道后,其會(huì)與煙氣中的HCl、SO2氣體在混合流動(dòng)過(guò)程中發(fā)生初步反應(yīng),剩余的NaHCO3隨著粉塵和生成的脫酸產(chǎn)物進(jìn)入布袋除塵器后,在濾布表面累積的NaHCO3還會(huì)起到二次脫酸作用。

NaHCO3干法脫酸為氣固非均相反應(yīng),該過(guò)程涉及到復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)。NaHCO3在高溫?zé)煔庵惺軣崛菀追纸忉尫懦鯤2O、CO2氣體,生成多孔的Na2CO3[20],HCl、SO2經(jīng)過(guò)孔隙擴(kuò)散至固體顆粒內(nèi)部被脫除,并在原位生成NaCl、Na2SO3和Na2SO4等固體產(chǎn)物[21-22]。該過(guò)程發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)如下:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

NaHCO3干法脫酸實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示。系統(tǒng)主要由模擬煙氣生成系統(tǒng)、NaHCO3給料系統(tǒng)、干法脫酸反應(yīng)系統(tǒng)組成。

圖1 NaHCO3干法脫酸實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖Fig.1 NaHCO3-based dry process deacidification experimental system

模擬煙氣生成系統(tǒng)采用高溫空氣作為載氣,利用HCl、SO2標(biāo)氣作為氣源,由水蒸氣發(fā)生器、飛灰給料機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)模擬垃圾煙氣的濕度和粉塵濃度。其中,利用質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)HCl、SO2的組分濃度;水蒸氣發(fā)生器為電加熱常壓蒸發(fā)裝置,通過(guò)調(diào)節(jié)電加熱器的功率來(lái)加熱水并控制飽和水蒸氣的蒸發(fā)量;采用自制的負(fù)壓平衡螺旋給料機(jī)進(jìn)行飛灰給料和NaHCO3給料。NaHCO3給料量與給料機(jī)轉(zhuǎn)速的標(biāo)定曲線如圖2所示,兩者呈線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.998 1。經(jīng)重復(fù)性測(cè)試,在調(diào)節(jié)范圍內(nèi),NaHCO3給料的控制精度能達(dá)到3%左右,滿足實(shí)驗(yàn)的精度要求。利用激光粒度儀測(cè)得NaHCO3的粒徑分布,如圖3所示,累計(jì)頻率分布達(dá)到50%對(duì)應(yīng)的粒徑D50=11.53 μm,累計(jì)頻率分布達(dá)到90%對(duì)應(yīng)的粒徑D90=32.99 μm。

圖2 NaHCO3給料量與給料機(jī)轉(zhuǎn)速的標(biāo)定曲線Fig.2 Calibration curve of NaHCO3 mass flow against feeder speed

圖3 NaHCO3粒徑分布Fig.3 Particle size distribution of NaHCO3

干法脫酸反應(yīng)系統(tǒng)由玻璃盤管和袋式除塵器串聯(lián)而成,用于模擬干法脫酸分別在煙道混合反應(yīng)階段和布袋過(guò)濾反應(yīng)階段的反應(yīng)過(guò)程。其中,玻璃盤管總長(zhǎng)10 m,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)停留時(shí)間為1.0 s;袋式除塵器為外濾式,總過(guò)濾面積為0.90 m2,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)過(guò)濾風(fēng)速為0.75 m/min。通過(guò)控制總風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)玻璃盤管段的停留時(shí)間及除塵器的過(guò)濾風(fēng)速,總風(fēng)量與停留時(shí)間、過(guò)濾風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為了保持濾袋上積累的粉塵層厚度與過(guò)濾壓降相對(duì)穩(wěn)定,設(shè)計(jì)了偏心輪振打機(jī)構(gòu),按照一定頻率對(duì)濾袋進(jìn)行連續(xù)振打清灰,并利用壓差計(jì)監(jiān)測(cè)除塵器的進(jìn)出口壓降。為保證干法脫酸反應(yīng)過(guò)程中溫度恒定,將反應(yīng)系統(tǒng)置于恒溫箱內(nèi),在反應(yīng)系統(tǒng)的入口、出口及恒溫箱內(nèi)布置了溫度測(cè)點(diǎn),利用熱電偶、溫控儀、加熱器組成的溫控系統(tǒng)對(duì)模擬煙氣的溫度進(jìn)行調(diào)控。

表1 總風(fēng)量與停留時(shí)間、過(guò)濾風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系Tab.1 Relationship among gas flow, residence time and filtration velocity

為得到干法脫酸在玻璃盤管段及反應(yīng)系統(tǒng)整體的脫除效率,分別在玻璃盤管入口、玻璃盤管出口、除塵器出口布置有煙氣采樣口。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟及HCl、SO2檢測(cè)方法

啟動(dòng)并待恒溫箱預(yù)熱至目標(biāo)煙氣溫度后,啟動(dòng)風(fēng)機(jī)和空氣加熱器,調(diào)節(jié)空氣流量至目標(biāo)流量,控制玻璃盤管入口溫度至目標(biāo)值,調(diào)節(jié)水蒸氣發(fā)生器至目標(biāo)蒸發(fā)量,待流量、溫度穩(wěn)定后通入相應(yīng)流量的HCl、SO2和飛灰,形成模擬煙氣。待模擬煙氣流量和溫度穩(wěn)定5 min后,加入目標(biāo)流量的NaHCO3進(jìn)行脫酸反應(yīng),5 min后進(jìn)行各反應(yīng)段進(jìn)、出口煙氣成分的采樣。

圖4 采樣系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic diagram of sampling system

2.3 實(shí)驗(yàn)工況

本實(shí)驗(yàn)旨在研究煙氣溫度、反應(yīng)時(shí)間、堿酸比、煙氣含水率、HCl及SO2濃度等因素對(duì)NaHCO3干法脫除HCl、SO2的效率的影響。為考察單一因素的作用效果,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均保持相同的基準(zhǔn)工況,依次對(duì)上述因素進(jìn)行調(diào)整?；鶞?zhǔn)工況參數(shù)見(jiàn)表2,其中堿酸比SR定義為NaHCO3與HCl、SO2氣體的化學(xué)當(dāng)量摩爾比,其計(jì)算公式為

表2 基準(zhǔn)工況參數(shù)Tab.2 Benchmark conditions

(7)

式中:cNaHCO3、cHCl、cSO2分別為模擬煙氣中NaHCO3、HCl、SO2的濃度,mol/m3。

2.4 HCl及SO2脫除效率計(jì)算

玻璃盤管段HCl、SO2的脫除效率ηqc定義為

(8)

式中:ρin、ρout,qc分別為HCl或SO2在玻璃盤管入口、玻璃盤管出口的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度,mg/m3。

反應(yīng)系統(tǒng)整體HCl、SO2的脫除效率η定義為

(9)

式中:ρout為HCl或SO2在除塵器出口的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度,mg/m3。

3 結(jié)果與討論

3.1 溫度對(duì)脫酸效率的影響

煙氣溫度是影響NaHCO3干法脫酸效率的重要因素,在氣固反應(yīng)過(guò)程中,溫度對(duì)NaHCO3的分解、酸性氣體的內(nèi)外擴(kuò)散傳質(zhì)、NaHCO3與HCl、SO2的本征化學(xué)反應(yīng)等各方面都存在不同程度的影響。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制煙氣溫度為130～250 ℃,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

(a) 玻璃盤管段脫酸效率

從圖5可以看出,煙氣溫度對(duì)玻璃盤管段和反應(yīng)系統(tǒng)整體脫酸效率的影響不同。在玻璃盤管段,提高溫度有利于提高HCl、SO2的脫除效率,隨著溫度從130 ℃上升到180 ℃,SO2的脫除效率顯著提高,從41.49%增加到52.11%。反應(yīng)系統(tǒng)整體的脫酸效率隨溫度的增大變化幅度較小,在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi),HCl、SO2的脫除效率分別保持在95.89%±0.44%、93.49%±1.62%范圍內(nèi),波動(dòng)較小。

對(duì)于酸性氣體,尤其是SO2在玻璃盤管段的反應(yīng),在較低溫度下,其脫除效率隨溫度增加而顯著提高,這可能與NaHCO3的“熱激活”效應(yīng)有關(guān)[17],即NaHCO3受熱分解時(shí)會(huì)產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu),從而傳質(zhì)阻力減小,提供了更多的活性表面,有助于脫酸反應(yīng)快速進(jìn)行。熱重實(shí)驗(yàn)[23-24]顯示,NaHCO3最大分解速率出現(xiàn)在140 ℃左右,而本實(shí)驗(yàn)中玻璃盤管段NaHCO3脫酸的最佳溫度出現(xiàn)在180 ℃以后,這可能是因?yàn)镹aHCO3在管道段高速氣流中的氣固傳熱傳質(zhì)效果會(huì)受到NaHCO3粒徑、煙溫、煙氣流速等因素的共同作用,所以其熱分解特性相較于熱重結(jié)果有所滯后。對(duì)于系統(tǒng)整體脫酸反應(yīng),由于具有更長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間和更強(qiáng)的氣固混合,因此相對(duì)弱化了溫度對(duì)NaHCO3熱分解速率及傳熱傳質(zhì)的影響,NaHCO3與HCl、SO2在130～250 ℃范圍內(nèi)均具有較高的反應(yīng)效率,表現(xiàn)出良好的溫度適應(yīng)性。

3.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)脫酸效率的影響

反應(yīng)時(shí)間對(duì)NaHCO3干法脫酸反應(yīng)也具有重要的影響,實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)反應(yīng)系統(tǒng)的總風(fēng)量在15.7～31.3 m3/h的范圍內(nèi)變化,可以控制玻璃盤管段的停留時(shí)間為0.75～1.5 s,除塵器的過(guò)濾風(fēng)速在0.5～1.0 m/min范圍內(nèi)變化,由于反應(yīng)物在布袋上的吸附沿流向具有較大的不均勻性,所以不進(jìn)行布袋停留時(shí)間折算,總反應(yīng)時(shí)間以總風(fēng)量來(lái)表征。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中總風(fēng)量與玻璃盤管段停留時(shí)間、除塵器過(guò)濾風(fēng)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1,其他條件采用表2中的基本工況參數(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

(a) 玻璃盤管段脫酸效率

從圖6可以看出,隨著總風(fēng)量的降低,反應(yīng)時(shí)間相應(yīng)增加,玻璃盤管段和反應(yīng)系統(tǒng)整體的脫酸效率均有不同程度的上升。在玻璃盤管段停留時(shí)間達(dá)到1.0 s后,HCl脫除效率在94.58%±0.44%范圍內(nèi)波動(dòng),基本上認(rèn)為HCl在盤管段的反應(yīng)已經(jīng)趨于穩(wěn)定,說(shuō)明HCl的煙道混合反應(yīng)的最佳停留時(shí)間為不低于1 s。雖然隨著玻璃盤管段停留時(shí)間的增加,SO2脫除效率的增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩,但在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)仍未趨于穩(wěn)定,這也符合HCl的反應(yīng)活性大于SO2化學(xué)特性的特征。從圖6(a)可以看出,在工程應(yīng)用可接受的反應(yīng)煙道長(zhǎng)度范圍內(nèi),僅靠煙道混合反應(yīng)段不足以將SO2有效脫除,因此有必要進(jìn)行濾袋二次脫酸。對(duì)于系統(tǒng)整體脫酸反應(yīng),在總風(fēng)量降低至18.9 m3/h時(shí),即盤管段停留時(shí)間為1.25 s、過(guò)濾風(fēng)速為0.60 m/min時(shí),SO2脫除效率達(dá)到93%左右,滿足超低排放要求(SO2排放質(zhì)量濃度≤35 mg/m3)。

由于垃圾煙氣NaHCO3干法脫酸反應(yīng)系統(tǒng)中的布袋除塵器兼具除塵和二次脫酸作用,降低過(guò)濾風(fēng)速有利于提高除塵效率和脫酸效率,同時(shí)也意味著過(guò)濾面積和投資成本增大,因此選擇合適的過(guò)濾風(fēng)速對(duì)工藝的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。垃圾焚燒袋式除塵工程技術(shù)規(guī)范中規(guī)定,垃圾煙氣除塵過(guò)濾速度不宜超過(guò)0.90 m/min[25],結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在堿酸比為1.1時(shí)煙道反應(yīng)段的停留時(shí)間控制在1.25 s以上,除塵器設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速選擇0.60 m/min左右較為合適。

3.3 堿酸比對(duì)脫酸效率的影響

垃圾煙氣中的HCl、SO2對(duì)NaHCO3的消耗存在競(jìng)爭(zhēng)性,根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)HCl相較于SO2更易被脫除,因此需要選擇合適的堿酸比,以保證SO2出口質(zhì)量濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制堿酸比在0.68～1.5范圍內(nèi),其他條件采用基本工況(見(jiàn)表2),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出,在對(duì)NaHCO3的競(jìng)爭(zhēng)中,HCl占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位,堿量不足時(shí)HCl的脫除效率顯著高于SO2。堿酸比為0.68時(shí),HCl在玻璃盤管段的脫除效率為84.40%;當(dāng)堿酸比達(dá)到0.96時(shí),其脫除效率為95.02%,隨著堿酸比的繼續(xù)增加,HCl脫除效率在95.81%±0.45%范圍內(nèi)波動(dòng),即HCl的脫除反應(yīng)在堿酸比≥1.0后基本達(dá)到穩(wěn)定。相較于HCl,SO2在玻璃盤管段的脫除效率隨堿酸比的增加基本呈線性提高趨勢(shì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,在垃圾煙氣中HCl與SO2同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)NaHCO3的情況下,堿酸比需要增加到1.2,SO2在反應(yīng)系統(tǒng)整體的脫除效率才能達(dá)到最高水平,此時(shí),SO2的脫除效率在95.28%±0.84%范圍內(nèi)波動(dòng)。

(a) 玻璃盤管段脫酸效率

HCl對(duì)NaHCO3較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力可能與其較高的化學(xué)反應(yīng)能力及擴(kuò)散傳質(zhì)能力有關(guān)。相較于SO2,NaHCO3對(duì)HCl具有更強(qiáng)的反應(yīng)選擇性[19],并且HCl更大的擴(kuò)散系數(shù)和濃度梯度使其具有更快的傳質(zhì)速度[26],從而能夠快速占據(jù)消耗NaHCO3的活性表面,這意味著SO2可能需要穿過(guò)產(chǎn)物層(NaCl、Na2SO3)擴(kuò)散到NaHCO3顆粒更深處,才能與之發(fā)生反應(yīng)[21]。

3.4 煙氣含水率對(duì)脫酸效率的影響

國(guó)內(nèi)垃圾具有含水率高、熱值低的特點(diǎn)[2],垃圾煙氣中的水蒸氣含量一般為15%～25%左右。為研究煙氣含水率對(duì)NaHCO3干法脫酸性能的影響,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制煙氣含水率在5%～25%范圍內(nèi)變化,其他條件采用表2中的基本工況,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

(a) 玻璃盤管段脫酸效率

從圖8可以看出,煙氣中的水蒸氣對(duì)干法脫酸具有一定的促進(jìn)作用。煙氣含水率為5%～15%時(shí),隨著含水率的增加,反應(yīng)系統(tǒng)整體的SO2脫除效率從76.16%提高至90.68%,增長(zhǎng)趨勢(shì)較為明顯,而當(dāng)煙氣含水率≥15%后,SO2的脫除效率基本趨于穩(wěn)定,波動(dòng)范圍為90.24%±0.31%;相比之下,煙氣含水率為5%～25%時(shí),反應(yīng)系統(tǒng)整體的HCl脫除效率在96.12%±0.36%范圍內(nèi)波動(dòng),HCl的脫除效率受煙氣含水率的影響較小,這與文獻(xiàn)[15]的研究結(jié)果基本一致。

垃圾煙氣中較高濃度的水蒸氣對(duì)NaHCO3干法脫硫的促進(jìn)作用可能是由于NaHCO3細(xì)顆粒具有較強(qiáng)的吸濕性,水蒸氣吸附在NaHCO3表面后有利于減小SO2的傳質(zhì)擴(kuò)散阻力,促進(jìn)其在NaHCO3上的吸附及反應(yīng)[27]。在使用其他堿性固體顆粒物如Ca(OH)2進(jìn)行干法脫硫時(shí),也能觀察到水蒸氣對(duì)其反應(yīng)的促進(jìn)作用[28]。

3.5 酸性氣體質(zhì)量濃度對(duì)脫酸效率的影響

當(dāng)焚燒的垃圾成分發(fā)生改變時(shí),往往會(huì)導(dǎo)致垃圾煙氣中的酸性氣體質(zhì)量濃度產(chǎn)生較大的波動(dòng),因此需要探究在不同HCl、SO2質(zhì)量濃度條件下的干法脫酸性能以及HCl、SO2質(zhì)量濃度變化對(duì)彼此脫除效率及出口排放質(zhì)量濃度的影響。

3.5.1 HCl質(zhì)量濃度對(duì)脫酸效率的影響

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制HCl質(zhì)量濃度在600～1 200 mg/m3的范圍內(nèi)變化,其他條件采用表2中的基本工況,HCl質(zhì)量濃度對(duì)脫酸效率及出口排放質(zhì)量濃度的影響見(jiàn)圖9和圖10。從圖9和圖10可以看出,隨著入口HCl質(zhì)量濃度的增加,HCl脫除效率隨之提高,HCl出口質(zhì)量濃度也緩慢增大。相較之下,HCl質(zhì)量濃度的變化對(duì)SO2的脫除反應(yīng)具有更顯著的影響,根據(jù)線性擬合結(jié)果,HCl質(zhì)量濃度每增加100 mg/m3,反應(yīng)系統(tǒng)整體的SO2脫除效率約下降1.1%,SO2排放質(zhì)量濃度將增大約4 mg/m3。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),HCl及SO2出口排放質(zhì)量濃度可分別控制在35 mg/m3和55 mg/m3以下。

圖10 HCl質(zhì)量濃度對(duì)出口排放質(zhì)量濃度的影響Fig.10 Effect of HCl concentration on emission concentration of SO2 and HCl

3.5.2 SO2質(zhì)量濃度對(duì)脫酸效率的影響

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中控制SO2質(zhì)量濃度在300～600 mg/m3的范圍內(nèi)變化,其他條件采用表2中的基本工況,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11和圖12所示。從圖11、圖12可以看出,隨著SO2質(zhì)量濃度的增加,玻璃盤管段及反應(yīng)系統(tǒng)整體的SO2脫除效率均呈上升趨勢(shì),SO2出口排放質(zhì)量濃度也緩慢上升,在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),SO2排放質(zhì)量濃度可控制在45 mg/m3以下,而HCl的脫除效率在96.01%±0.56%范圍內(nèi)波動(dòng),受SO2質(zhì)量濃度變化的影響較小。

(a) 玻璃盤管段脫酸效率

圖12 SO2質(zhì)量濃度對(duì)出口排放質(zhì)量濃度的影響Fig.12 Effect of SO2 concentration on emission concentration of SO2 and HCl

綜上,干法脫酸對(duì)入口HCl、SO2質(zhì)量濃度變化具有一定的適應(yīng)性,在實(shí)驗(yàn)工況下均可滿足垃圾焚燒煙氣的排放標(biāo)準(zhǔn)。此外,在酸性氣體質(zhì)量濃度變化時(shí),相較于SO2,HCl質(zhì)量濃度的增加對(duì)SO2脫除反應(yīng)的影響更加不利,這意味著在HCl質(zhì)量濃度增加時(shí)需要大幅增加堿酸比,才能保證SO2達(dá)到預(yù)期的脫除效率或排放質(zhì)量濃度。

4 結(jié)論

(1) 煙氣溫度對(duì)煙道混合反應(yīng)階段的HCl、SO2脫除效率具有較為顯著的促進(jìn)作用,但是對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)整體HCl、SO2的脫除效率影響較小。

(2) 增加反應(yīng)時(shí)間對(duì)HCl、SO2在煙道混合反應(yīng)階段和反應(yīng)系統(tǒng)整體的脫除效率均有不同程度的提升。綜合考慮干法脫酸工藝的環(huán)保及經(jīng)濟(jì)性,在堿酸比為1.1時(shí)將煙道反應(yīng)段的停留時(shí)間控制在1.25 s以上,選擇除塵器設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速為0.60 m/min左右較為合適。

(3) 水蒸氣對(duì)脫除SO2具有一定的促進(jìn)作用,在煙氣含水率小于15%時(shí),SO2脫除效率隨含水率的增加具有較為明顯的升高趨勢(shì),但煙氣含水率對(duì)HCl脫除反應(yīng)的影響較小。

(4) HCl在對(duì)NaHCO3的競(jìng)爭(zhēng)中處于優(yōu)勢(shì)地位。在堿酸比≤1.0時(shí),HCl脫除效率顯著高于SO2。在堿酸比增加到1.2時(shí),SO2的脫除效率才能達(dá)到最高水平。

(5) HCl脫除效率基本不受SO2質(zhì)量濃度的影響,而HCl質(zhì)量濃度的增加對(duì)SO2的脫除反應(yīng)具有較為不利的影響。在堿酸比為1.1時(shí),根據(jù)線性擬合結(jié)果,HCl質(zhì)量濃度每增加100 mg/m3,SO2脫除效率約下降1.1%,SO2排放質(zhì)量濃度將增大約4 mg/m3。