危险废物焚烧系统低颗粒物排放技术的研究

陈焱妍

（北京京城环保股份有限公司，北京 100027）

危险废物（以下简称危废）种类繁多，危险特性各异，处置方法也多种多样。其中，焚烧法是实现减量化、无害化的最快捷、最有效的方法[1]。危废焚烧处置过程产生大量的烟气，烟气的主要污染因子包括颗粒物、酸性气态污染物等。其中颗粒物既含有多种有害的重金属汞、铬、铅等以及其化合物；又可以吸附有害气体；同时自身也具有催化作用，例如颗粒物中的Fe2O3，可催化SO2，使其氧化成SO3，SO3吸收水蒸气能生成比SO2毒性大10倍的硫酸雾[2]。因此，颗粒物排放浓度是环保工艺设计中主要的控制指标之一。

国家早在2001年发布了GB 18484—2001《危险废物焚烧污染控制标准》（以下简称旧国标）。此后，各地相继出台了更加严格的标准。在2021年7月1日，新的GB 18484—2020《危险废物焚烧污染控制标准》（以下简称新国标）正式实施。2001年颁发的旧国标要求颗粒物排放浓度限值最低为65 mg/m3，“十一五”至“十三五”期间，在生态环境保护的高压态势下，各地陆续颁布了更加严格的排放标准，其中，山东省的排放标准最低，核心控制区仅为5 mg/m3。今年颁布的新国标中颗粒物1小时平均排放浓度限值为30 mg/m3，不到旧国标的50%；取消了不同焚烧容量时排放浓度限值的区别，对于小焚烧容量项目来说，排放浓度限值降幅更大，运行稳定性要求更高；新增了24小时或日均排放限值20 mg/m3的要求，全面考虑了焚烧系统连续运行、颗粒物对环境具有短期和长期危害等因素。

在新国标正式实施前，有大量的危废焚烧处置企业已经建设完毕并投入运行。根据生态环境部发布的统计数据，截至2019年底，全国共颁发危险废物（含医疗废物）经营许可证共4 195份，同比增长30.28%。按照建设时间分析，其中大部分小规模处置企业的设计标准低于新国标，需要进行提标改造，自2022年1月1日起执行新国标的排放限值要求。

1 某危废焚烧处置系统提标改造需求分析

1.1 项目原工艺设计

以2018年投运的某危废焚烧项目为例，该项目焚烧容量为30 t/d，危废设计平均热值为4 000 kcal/kg，除尘系统入口烟气量为14 000 Nm3/h，除尘系统入口烟气温度为180℃，除尘系统入口颗粒物浓度为1 300 mg/m3，除尘系统入口颗粒物浓度为80 mg/m3。

危废进入回转窑和二燃室焚烧，产生的烟气依次经过余热锅炉、急冷塔、干式脱酸塔后进入除尘系统。除尘系统采用袋式除尘器，滤袋材质为PTFE针刺毡覆膜滤料，清灰方式为在线脉冲反吹清灰。除尘器过滤面积为644 m2，过滤风速为0.6 m2，滤袋规格为Φ160×4500 mm。

该项目2018年某日10：00、13：00和16：00的颗粒物排放浓度监测数值分别为46.3、48.8和34.4 mg/m3。经过袋式除尘器净化后，烟气颗粒物排放浓度为30～50 mg/m3，可以满足项目建设时的排放要求，但仍高于新国标中颗粒物排放浓度1小时平均限值30 mg/m3且24小时或日平均限值20 mg/m3的要求。

针对项目原运行情况进行分析，要达到新国标颗粒物排放浓度要求，主要从两方面着手：

（1）进一步提高袋式除尘器除尘效率。

（2）提高除雾效率，降低湿法脱酸后的液滴携带量。烟气通过湿法脱酸后含有较多的水分，绝大多数以雾滴的形式存在，雾滴体积小、数量多、比表面积大，与烟气中的绝大多数颗粒物融合。原设计采取直接排放，烟囱出口特别是冬季呈现浓重的“白烟”，造成“视觉污染”，清除烟气中的雾滴是实现排放浓度达标的重要任务。

1.2 项目原厂区设备布置

该项目系统设备布置紧凑，除尘系统改造作业可利用的空间有限，主要涉及除尘系统和湿法脱酸系统的所在区域。袋式除尘器、湿法脱酸塔四周布满钢架和检修平台；工艺管路纵横；最后一段烟气管路上设有在线监测测点，需要保证测点上游、下游均留有足够的直管段长度；烟囱附近设有地上洗涤水池。改造所能利用的空间非常有限，若大规模拆除重建，工程量大，改造成本高。设施停运时间长，对企业经营影响较大。新工艺的选择需要充分考虑设备占地空间、改造施工的工作量及其可行性。

2 提标改造方案的设计

2.1 工艺方案的选择

针对新国标中低颗粒物排放的要求，考虑改造空间、改造工期等对项目运行影响最小，初步选择了两种方案：串联两级袋式除尘器和袋式除尘器+湿式静电除雾器。

2.1.1 串联两级袋式除尘器

串联式两级袋式除尘是一种具有应用较为广泛的工艺，在单台袋式除尘器的烟气出口串联另一台规格相近的袋式除尘器。

根据公式（1）计算可得，采用串联两级袋式除尘器的除尘效率优于单级袋式除尘器。

式中η表示除尘总效率，η1表示一级除尘器的除尘效率，η2表示二级除尘器的除尘效率。

该项目中原袋式除尘器出口颗粒物排放浓度高于新国标，采用串联两级袋式除尘器时，二级除尘器的除尘效率达到约60%即可满足新国标中颗粒物排放浓度要求。二级袋式除尘器可采用过滤精度更高的滤袋，适当提高设计过滤风速，从而减小过滤面积，缩小设备占地。

2.1.2 袋式除尘器+湿式静电除雾器

湿式静电除雾器广泛应用于燃煤电厂和钢铁工业超低排放中微细颗粒物的去除[3]。在原有湿式洗涤系统之后串入湿式静电除雾器，可以进一步高效去除湿式洗涤塔除雾器无法有效去除的细液滴，还可以起到“消白”的作用[4]。

湿式静电除雾器耗电少，可设置调节档位，根据运行时烟气中颗粒物浓度调节电流，从而调节耗电量。安装空间灵活，可独立于原有系统附近，重新设置土建基础结构，落地式或支撑于钢架之上均可；也可以加设在原有湿法脱硫设备之上，适合老旧项目系统改造。

2.1.3 工艺方案的对比与选择

对上述两种改造方案，从占用空间、投资成本、运行成本、改造难易程度等方面进行对比，见表1。

表1 改造方案对比

根据表1中各项目可见，与串联两级袋式除尘器的方案相比，袋式除尘器+湿式静电除雾器的方案可节约设备投资约30%，节约年直接运营成本约25%；且改造工程量小、施工周期短、对企业运行影响小。

综上所述，采用在现有袋式除尘器+湿法脱酸的工艺路线基础上，增加湿式电除雾器的工艺，起到进一步降低颗粒物排放浓度和“消白”的作用，可满足低颗粒物排放浓度要求，而且可减少设备投资，节约直接运营成本，减小改造工作量，缩短改造时间。

2.2 改造方案描述

危废焚烧处置系统保留了原有焚烧、热能回收再利用、急冷系统和干法脱酸、袋式除尘和湿法脱酸等主要工艺段，可保留原系统的钢结构，利用原有土建基础。除尘后的烟气进入湿法脱酸系统，湿法脱酸采用两级洗涤工艺。烟气从温度170℃左右降低至约60℃进入湿式静电除雾器，烟气中的颗粒物和雾滴被捕集后排入烟囱，保证外排烟气颗粒物浓度满足新国标。

2.3 工艺参数计算

结合前文所列举的危废焚烧项目原工艺设计参数，根据式（2）计算出工况下的除尘系统入口理论烟气量，根据式（3）计算出除尘系统入口的颗粒物浓度，根据式（4）计算出除尘系统所需的总除尘效率，根据式（1）计算出袋式除尘器和湿式静电除雾器分别所需的除尘效率。

式（2）中Q工表示工况温度180℃下的除尘系统入口理论烟气量，Q标表示273℃、101.325 kPa下的除尘系统入口理论烟气量，T表示除尘系统入口烟气温度；式（3）中c入表示除尘系统入口的颗粒物浓度，m表示系统焚烧容量，λ表示飞灰设计含量；式（4）中η表示除尘系统所需要的除尘效率，c出表示除尘系统出口的颗粒物浓度。

根据式（1）（2）（3）（4）计算，改造后除尘系统湿式静电除雾器入口烟气量为15 700 Nm3/h，湿式静电除雾器入口烟气温度为60℃，湿式静电除雾器入口颗粒物浓度为50 mg/m3，颗粒物排放浓度为5 mg/m3。

2.4 设备工艺参数设计

2.4.1 湿式静电除雾器参数

表2为湿式静电除雾器参数。其中，静电除雾器的除尘效率是设备的主要参数，根据式（5）计算，增大颗粒物的驱进速度、增加阳极管长度、减小阳极管半径、降低烟气流速有利于提高湿式静电除雾器的除尘效率。

表2 湿式静电除雾器设计参数

式中η表示除尘效率；ω表示颗粒物的驱进速度；R表示阳极管半径；v表示烟气在静电除雾器中的流速；L表示阳极管长度。

从公式可得出，理论上，驱进速度越大，阳极管长度越长，阳极管半径越小，烟气在静电除雾器中的流速越小，除尘效率越高。综合考虑设备费效比，结合项目设计经验，湿式静电除雾器阳极管采用正六边型“蜂窝”，内切圆直径取300 mm，阳极管长度设计为6 000 mm，颗粒物驱进速度取0.1 m/s[5]，烟气流速选定为0.76 m/s。

此外，湿式静电除雾器烟气入口处设置气体分布板，分布板开孔率为30%，开孔板上加装200 mm厚陶瓷异鞍环（规格76 mm），提高烟气均布性，从而进一步提高除雾效率。

3 改造成果

该项目在改造后进行了3次烟气颗粒物排放检测，检测点位位于烟囱出口，检测数据分别为3.6、3.2和3.4 mg/m3。经过袋式除尘器+湿式静电除尘器的净化后，烟气中的颗粒物浓度均低于5 mg/m3，可满足新国标中颗粒物排放浓度的要求。

4 结束语

危废焚烧处置系统烟气颗粒物排放控制新国标正式实施，新国标排放限值大幅降低，由原最低1小时均值65 mg/m3降低为24小时均值20 mg/m3，国内已建成的处置企业很难满足新规范排放要求，系统改造升级迫在眉睫。结合现有焚烧处置系统烟气净化工艺现状和设备布置可利用的空间，提出了一种既满足新国标颗粒物排放要求又兼顾经济性和可操性的技术改造方案--袋式除尘器+湿式静电除尘器的工艺，即通过对布袋除尘器进行升级改造，并在湿法脱酸设备后增设湿式静电除雾器，有效降低排气筒颗粒物排放浓度，可满足新国标中颗粒物排放浓度要求。