孫建平 劉曉林 劉雅卉

（1.威海環(huán)文再生能源有限公司，山東威海 264200；2.威海市第二中學(xué)，山東威海 264200）

1.國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

在生活垃圾焚燒處理技術(shù)的發(fā)展過程中，隨著國家及地方標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，煙氣凈化系統(tǒng)中設(shè)置活性炭噴射裝置的垃圾焚燒發(fā)電廠越來越多。目前，國內(nèi)正常運(yùn)行的大型垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣處理系統(tǒng)基本都配備了活性炭噴射裝置，但絕大多數(shù)均為隨進(jìn)口設(shè)備配套而來，我國自行開發(fā)的活性炭噴射裝置尚未得到廣泛應(yīng)用，在已建成的采用國產(chǎn)設(shè)備的中小型垃圾焚燒廠中，基本都沒有配備活性炭噴射裝置。因此，將該項(xiàng)技術(shù)國產(chǎn)化并使其得到推廣應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

該項(xiàng)技術(shù)的國產(chǎn)化設(shè)備已由國內(nèi)企業(yè)于2020年研制成功，該套設(shè)備于當(dāng)年被威海環(huán)文再生能源有限公司采用，為該公司已建成的2×525t/d焚燒線增設(shè)了活性炭噴射裝置。經(jīng)實(shí)際檢測證明，該裝置完全可以滿足國內(nèi)的環(huán)保要求，達(dá)到了實(shí)用水平。下面將簡要介紹該套設(shè)備的系統(tǒng)組成、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)、使用效果及在設(shè)計(jì)使用中應(yīng)注意的一些問題。

2.系統(tǒng)組成及工作原理

活性炭噴射系統(tǒng)主要由活性炭泵送管道、儲(chǔ)罐、羅茨風(fēng)機(jī)及壓縮空氣管路、圓盤計(jì)量多路配料機(jī)、文丘里混合器及噴射嘴等組成，其工作原理如下：

進(jìn)廠的粉末活性炭首先由運(yùn)輸罐車泵送至活性炭儲(chǔ)罐，儲(chǔ)存罐內(nèi)的活性炭粉末經(jīng)圓盤計(jì)量多路配料機(jī)計(jì)量后，經(jīng)文丘里混合器分別進(jìn)入每條生產(chǎn)線的壓縮空氣輸送管道，壓縮空氣將活性炭粉末輸送至噴嘴，最后由噴嘴將活性炭粉末均勻噴入布袋除塵器前的煙道內(nèi)。噴入煙道內(nèi)壓縮空氣使焚燒煙氣有了一定的湍流度，這有利于粉末活性炭和煙氣的充分混合。活性炭去除煙氣中的二噁英類物質(zhì)及重金屬主要依靠其多孔吸附特性，因此，和煙氣的充分混合至關(guān)重要。之后，活性炭會(huì)隨煙氣流動(dòng)至布袋除塵器被濾袋過濾并附著在濾袋表面，焚燒煙氣在穿過濾袋時(shí)，附著在布袋表面的活性炭顆粒會(huì)對(duì)煙氣中的二噁英及重金屬進(jìn)行二次吸附，這就相應(yīng)增加了吸附時(shí)長，使煙氣中的二噁英類物質(zhì)及重金屬被不間斷地吸附凈化。吸附了二噁英及重金屬的活性炭在濾袋反向噴吹清灰時(shí)，會(huì)隨濾袋上被過濾的粉塵一起收集于除塵器灰斗，最后被輸送至飛灰穩(wěn)定化系統(tǒng)作為危險(xiǎn)廢物進(jìn)行螯合穩(wěn)定化處置。由于活性炭是靠吸附特性去除焚燒煙氣中的有害物質(zhì)，因此，用于煙氣凈化的活性炭粉末在比表面積、目數(shù)等性能指標(biāo)上有比較高的要求。一般來說，木質(zhì)活性炭相較于煤質(zhì)活性炭具有更大的比表面積，因此，可以達(dá)到更高凈化效率。根據(jù)所使用活性炭的供料形式不同，可通過以下兩種方式將活性炭加入儲(chǔ)存罐。

如果用專用罐車運(yùn)輸，可利用罐車本身配置的氣泵將活性炭泵送至儲(chǔ)存罐，焚燒廠的活性炭儲(chǔ)罐要事先配備上料管道及和罐車儲(chǔ)料罐相配的快速接頭。由于全程密閉氣力輸送，杜絕了跑冒滴漏現(xiàn)象，現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生清潔、作業(yè)人員工作環(huán)境良好，已被越來越多的廠家采用。目前，也有部分廠家由于儲(chǔ)罐較小等因素不具備罐車氣力上料條件，一般采用多為袋裝運(yùn)輸形式，需要配備專用的袋裝活性炭上料裝置。這種形式由于需要開袋、傾倒等環(huán)節(jié)，極易造成跑漏和飛揚(yáng)，作業(yè)環(huán)境較為惡劣，也容易導(dǎo)致周邊環(huán)境污染，應(yīng)該盡量避免采用。

活性炭噴射系統(tǒng)基本流程如圖1所示。

圖1 活性炭噴射系統(tǒng)基本流程

3.關(guān)鍵技術(shù)

該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于粉末活性炭的防潮、定量供給、防堵塞、噴射量確定及選擇合理的噴入位置，同時(shí)，要控制好噴嘴的噴出壓力及噴射方向，以利于活性炭粉末和煙氣的均勻混合。

3.1 活性炭防潮

活性炭由于其多孔吸附特性所以容易吸收空氣中的水分而受潮，造成物料在罐內(nèi)“搭橋”及出料堵塞現(xiàn)象，因此必須注意設(shè)置防潮裝置，可采取如下措施預(yù)防活性炭吸潮及出料暢通：

（1）儲(chǔ)存罐須采用全密閉設(shè)計(jì)，隔絕活性炭和外界空氣的接觸，在溫差變化較大的工作環(huán)境中，儲(chǔ)存罐應(yīng)設(shè)置外保溫層避免倉內(nèi)壁結(jié)露。

（2）在儲(chǔ)存罐下部錐斗的合適位置配備空氣錘，每隔一定時(shí)間對(duì)錐體的倉壁進(jìn)行振打，避免活性炭和倉壁接觸過久而發(fā)生黏附。

（3）在儲(chǔ)存罐內(nèi)部設(shè)置噴吹管，用干燥的壓縮空氣進(jìn)行間歇性噴吹，防止活性炭在儲(chǔ)存罐錐斗及出料口位置“板結(jié)架橋”，使活性炭能夠從出料口順利排出。同時(shí)噴入的壓縮空氣在儲(chǔ)存罐排氣孔排出時(shí)因受濾袋阻力影響，也使儲(chǔ)存罐內(nèi)部處于微正壓狀態(tài)，對(duì)于阻止潮濕空氣漏入儲(chǔ)存罐內(nèi)部有一定的作用。

（4）進(jìn)入儲(chǔ)存罐的壓縮空氣必須進(jìn)行干燥、除油處理。

3.2 活性炭計(jì)量

本文推薦的圓盤式多路計(jì)量給料機(jī)是在借鑒國外成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自行開發(fā)并國產(chǎn)化的適合小劑量精確供料的裝置，同類設(shè)備在國外垃圾焚燒廠的活性炭噴射系統(tǒng)中已被廣泛應(yīng)用。該設(shè)備可分為上下兩部分：上部為大齒盤，由單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要負(fù)責(zé)撥料并分配至各個(gè)計(jì)量齒盤；下部為數(shù)個(gè)計(jì)量給料小齒盤，小齒盤的數(shù)量和焚燒線的數(shù)量相同，小給料盤的齒與齒之間的齒槽空間需經(jīng)過精確計(jì)算，因?yàn)槊總€(gè)齒槽撥出的活性炭量是一定的，所以通過變頻器或其他無極變速裝置調(diào)整給料盤的轉(zhuǎn)速，就能實(shí)現(xiàn)設(shè)定活性炭數(shù)量的輸出。通過控制系統(tǒng)的計(jì)算；可在顯示單元上即時(shí)讀出粉末活性炭的噴射數(shù)量。和皮帶秤計(jì)量及螺旋計(jì)量等相比，有以下顯著特點(diǎn)：

（1）對(duì)于粉末狀的小劑量物料的計(jì)量，其精度要優(yōu)于皮帶秤和計(jì)量螺旋，比較適合用于生活垃圾焚燒廠的活性炭噴射計(jì)量。

（2）在采用螺旋計(jì)量給料機(jī)供料時(shí)，活性炭在螺旋槽內(nèi)受到擠壓容易結(jié)塊，對(duì)后續(xù)活性炭和煙氣的充分混合不利。圓盤給料機(jī)通過齒槽撥動(dòng)供料，易于活性炭松散不結(jié)塊。

（3）一臺(tái)圓盤給料機(jī)可配置多個(gè)計(jì)量給料盤，每個(gè)給料盤單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，既可對(duì)多條焚燒線同時(shí)供料，也可以根據(jù)焚燒線運(yùn)行情況單獨(dú)向某一條線供料，既方便靈活調(diào)節(jié)也降低了計(jì)量設(shè)備的總投資。

因此，圓盤多路計(jì)量給料機(jī)是一種特別適合于垃圾焚燒廠活性炭噴射系統(tǒng)的計(jì)量設(shè)備。圖2是可同時(shí)對(duì)三條焚燒線進(jìn)行供料的圓盤給料機(jī)示意圖。

圖2 圓盤定量給料機(jī)示意圖

3.3 活性炭氣力輸送

由于用于活性炭在管道內(nèi)輸送的壓縮空氣壓力較高，為了避免壓縮空氣向活性炭儲(chǔ)存罐內(nèi)“回吹”，在活性炭由計(jì)量給料機(jī)下落進(jìn)入輸送管道的位置要設(shè)置文丘里混合器。依靠氣流在文丘里管內(nèi)突然壓縮又迅速擴(kuò)張產(chǎn)生的局部負(fù)壓將活性炭吸入，系統(tǒng)不需要空氣自鎖，就可以避免“回吹”現(xiàn)象發(fā)生。高速壓縮空氣攜帶活性炭粉末經(jīng)噴嘴急速?zèng)_入煙氣管道，使煙氣流動(dòng)產(chǎn)生湍流效應(yīng)，以利于活性炭和煙氣的充分混合。

3.4 活性炭的噴入位置

根據(jù)垃圾焚燒廠煙氣處理設(shè)備配置及處理工藝的不同，活性炭噴入位置會(huì)有些許的變化，但總體的原則是盡量延長活性炭和煙氣的混合時(shí)間。對(duì)于目前比較常用的半干法脫酸+布袋除塵器的處理工藝，噴入位置的選擇主要有以下兩種情況：

（1）由于設(shè)備布局等原因，有些焚燒廠的半干法脫酸塔和布袋除塵器布置比較緊湊，兩個(gè)設(shè)備之間的水平管道太短，這種情況下可選擇在脫酸塔入口之前的水平煙道噴入活性炭，以增加活性炭和煙氣的混合時(shí)長（指活性炭由噴入口至被布袋吸附之間所經(jīng)歷的時(shí)間），利于粉末活性炭和焚燒煙氣有較長時(shí)間的充分混合，提高吸附效率。其缺點(diǎn)是活性炭粉末在脫酸塔內(nèi)易吸附噴入的石灰漿液，使活性炭表面的微孔阻塞，而且活性炭在吸附重金屬及二噁英前，其微孔中的水分首先需被蒸發(fā)，這在一定程度上降低了活性炭對(duì)重金屬及二噁英的吸附效果。

（2）如果半干式脫酸塔和布袋除塵器布置空間相對(duì)寬松，兩個(gè)設(shè)備之間有較長的水平煙道，應(yīng)選擇水平煙道上盡量靠近半干脫酸塔出口的位置噴入活性炭，既能保證活性炭在煙道中的停留混合時(shí)間，也能避免第一種情況下導(dǎo)致的活性炭吸附效率降低。因此，如果條件允許，應(yīng)作為首選。

3.5 活性炭噴射量

活性炭的噴入量根據(jù)垃圾熱值及環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不同一般為30mg/Nm3～200mg/Nm3煙氣，目前，我國的垃圾焚燒廠運(yùn)營監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于活性炭的噴入量推薦范圍為0.3kg/t～0.6kg/t垃圾。活性炭噴入量和二噁英去除率的關(guān)系如圖3所示。

圖3 活性炭投入量和二噁英去除率的關(guān)系

由圖3可以看出，在粉末活性炭的噴入量達(dá)到每標(biāo)準(zhǔn)立方米50mg以上時(shí)，二噁英去除率可達(dá)90%以上，繼續(xù)增加活性炭的噴入量時(shí)，對(duì)二噁英的去除率影響較小，因此一般控制粉末活性炭的額定噴入量要達(dá)到每標(biāo)準(zhǔn)立方米煙氣50mg以上，考慮到計(jì)量誤差及管路損耗，可取1.2倍的余裕系數(shù)。

4.系統(tǒng)運(yùn)行及控制

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)原則上應(yīng)實(shí)現(xiàn)開機(jī)調(diào)整完成后可無人值守運(yùn)行，儲(chǔ)存罐應(yīng)設(shè)置高、低料位檢測及報(bào)警。

防“架橋”噴吹裝置及倉壁振打裝置，應(yīng)按設(shè)定程序自動(dòng)控制運(yùn)行。

活性炭噴射量根據(jù)污染物定時(shí)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整，噴射量經(jīng)CPU內(nèi)部換算由數(shù)顯儀表顯示，設(shè)置斷料報(bào)警，另外圓盤計(jì)量給料機(jī)應(yīng)設(shè)置“架橋”監(jiān)測及報(bào)警裝置。

在噴射管路系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)設(shè)置氣壓檢測裝置，在輸送管道內(nèi)壓力過低或過高時(shí)進(jìn)行報(bào)警，各路管道風(fēng)壓參數(shù)由PLC巡檢，當(dāng)管道內(nèi)的壓力損失異常時(shí)應(yīng)能主動(dòng)報(bào)警。

5.注意的問題

在設(shè)計(jì)及使用過程中，有以下幾點(diǎn)應(yīng)注意的問題：

（1）煙氣溫度。由于活性炭粉末易著火，噴射口處煙氣溫度不宜過高，一般要求為300℃以下。

（2）煙氣含水率。焚燒煙氣含水率過高，會(huì)降低粉末活性炭對(duì)二噁英類物質(zhì)及各種重金屬的吸附率。因此，當(dāng)煙氣含水率較高時(shí)，應(yīng)在活性炭噴射點(diǎn)以前設(shè)置煙氣脫水裝置，使煙氣含水率至少低降到30%以下。

（3）粉末活性炭的質(zhì)量要求。系統(tǒng)所用粉末活性炭的質(zhì)量指標(biāo)對(duì)吸附去除效果影響較大，實(shí)際使用中應(yīng)選擇符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的活性炭產(chǎn)品，一般最低要求見表1。

表1 活性炭產(chǎn)品最低標(biāo)準(zhǔn)

（4）儲(chǔ)存罐設(shè)計(jì)容量的選擇。為保證節(jié)假日活性炭不斷貨，一般設(shè)計(jì)儲(chǔ)存罐容量為每天使用量的7倍以上。如果使用槽車運(yùn)輸活性炭，儲(chǔ)存罐的容量至少應(yīng)大于一輛槽車的輸送容量。

6.使用效果

在垃圾焚燒煙氣處理工藝中，活性炭噴射裝置已得到了越來越多的應(yīng)用，寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司于2003年在原有的焚燒爐（3×350t/d）煙氣處理系統(tǒng)中增加了活性炭噴射裝置。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢測，二噁英檢測結(jié)果完全符合《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的1.0ng TEQ/m3的排放濃度要求，表2是使用活性炭噴射裝置前后的二噁英類物質(zhì)檢測結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明，二噁英去除率在90%以上，完全可滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。通過調(diào)整活性炭的噴射量還可以進(jìn)一步降低煙氣中的二噁英濃度。

表2 寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司3#爐檢測結(jié)果

7.結(jié)語

通過焚燒廠實(shí)際檢測結(jié)果表明，在垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)中，采用我國自行研制開發(fā)的活性炭噴射裝置完全可以達(dá)到過國內(nèi)的環(huán)保要求，并可減少設(shè)備投資，在維護(hù)、維修及售后服務(wù)方面也具有快捷、方便的優(yōu)勢，具有較高的推廣價(jià)值。

環(huán)境保護(hù)問題已得到國家及民眾的高度重視，因此，在今后建設(shè)的垃圾焚燒工程中應(yīng)積極推行該項(xiàng)技術(shù)的使用，在已建垃圾焚燒廠中沒有配備活性炭噴射裝置的，應(yīng)鼓勵(lì)重新增設(shè)，將垃圾焚燒對(duì)環(huán)境的影響降到最低。