TWM454245U

TWM454245U - 具提升半乾式廢氣處理系統效能穩定性之裝置

Info

Publication number: TWM454245U
Application number: TW101215978U
Authority: TW
Inventors: Pei-Feng Chu; Yu-Cyun Chen; Wan-Yuan Chen; Yi-Chang Kuo; Chun-Wei Chang
Original assignee: Sino Environmental Services Corp
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2013-06-01

Description

具提升半乾式廢氣處理系統效能穩定性之裝置

本創作係一種用於廢氣處理之系統，特別用以提升半乾式廢氣處理系統效能之穩定性。

市面上已商業化之廢氣除酸技術非常多，就目前一般所採用的技術可分為濕式洗滌法(Wet Scrubbing)、半乾式洗滌法(Semi-Dry Scrubbing)與乾式洗滌法(Dry Scrubbing)，其中濕式洗滌法有廢水處理的問題，而半乾式洗滌法則是佔地面積大，而乾式洗滌法則同時擁有設置成本低與佔地面積小的優點，但操作成本較高。

以臺灣焚化爐為例，目前已興建完成並持續運轉24座大型都市垃圾焚化爐，其中有21座焚化爐燃燒後產生之酸性氣體處理設施採用半乾式廢氣處理系統，大多是將消石灰乳泥自洗煙塔頂端以霧化轉輪噴入塔中，燃燒廢氣則由塔頂利用氣體分配器以渦流形式進入，兩者得以完全混合與接觸，燃燒廢氣中之酸性氣體SO₂ 與HCl等與消石灰乳泥起中和反應達到去除目的。消石灰乳泥除酸之反應式如下：SO₂ +Ca(OH)₂ → CaSO₃ +H₂ O

2HCl+Ca(OH)₂ → CaCl₂ +2H₂ O

有關消石灰乳泥噴入量係藉由煙囪設置的連續監測分析儀 (CEMS)，即時分析廢氣排放中之酸性氣體HCl或SO₂ 濃度，傳回控制系統(分散式控制系統DCS或可程式控制器PLC)，再經由控制系統運算器計算消石灰乳泥噴入量後，透過流量控制閥調整乳泥噴入量。由於消石灰乳泥吸收劑與袋式集塵器之濾袋皆有其最佳操作溫度範圍，為了提昇消石灰乳泥效率及保護濾袋，故需將廢氣溫度控制在一定範圍內；為達此功能，可藉由燃燒廢氣進入袋式集塵器前之廢氣煙道所裝設之溫度偵測器訊號傳送至控制系統，經由控制系統運算得到所需冷卻水量，再透過流量控制閥調整冷卻水噴入量，二者經由霧化轉輪高轉速霧化噴注後，即達到去除及控制燃燒廢氣中污染物濃度與控制廢氣溫度之目的。

由於焚化爐的燃料主要是生活垃圾，其性質隨著時間、區域及商業活動等因素，使得垃圾性質變異性很大，當這些不同性質垃圾投入焚化爐燃燒時，其相應產生之污染物濃度將不相同，偶而會有瞬時產生大量污染物現象發生，導致接近或超過半乾式廢氣處理系統原先設計處理效能，使得排放廢氣污染物濃度偏高；另霧化轉輪本身亦有可能因消石灰品質不佳與高濃度乳泥等因素，導致磨損產生振動偏高之現象或管路阻塞導致乳泥流量偏低而影響酸性氣體之去除效率，此時只能搭配鍋爐降載來進行應變以穩定酸性氣體之排放值；同時當發現廢氣處理系統設備發生異常現象時，必須立即進行查修工作，因此維修頻率高且維修時間有限，無法有效掌控維修品質，使得半乾式廢氣處理系統穩定度不佳，需花費很高的維護成本，不論是哪種情況發生，都不是焚化廠之經營者所樂見。

另從文獻上可獲知，影響酸性氣體控制效果的因子，主要包括吸收劑種類及粒徑大小、孔隙度、酸性氣體種類及濃度、反應溫度、吸收劑使用量、停留時間、比表面積等。

本創作之目的，藉由新增一套第二廢氣處理單元搭配習知半乾式廢氣處理系統(同本創作第一廢氣處理單元，以下統稱為第一廢氣處理單元)，能於廢氣污染物濃度偏高時，即時有效地控制污染物排放濃度，讓污染物排放濃度更加穩定。另一目的，係於第一廢氣處理單元所連接之霧化轉輪執行例行保養或檢修時，以第二廢氣處理單元完全替代第一廢氣處理單元獨立運作，可延長第一廢氣處理單元維修保養時間，增進維修保養品質，提升第一廢氣處理單元之運轉妥善率。

本創作之技術手段，係利用廢氣污染物濃度監控單元以及廢氣溫度監控單元量測燃燒後產生廢氣之污染物濃度和溫度，搭配使用者設定廢氣的污染物濃度和溫度之預設值，最後配合兩廢氣處理單元中之至少複數個流量計檢測出處理劑和冷卻水的實際流量，利用廢氣濃度及溫度監控單元之控制器運算並控制廢氣處理單元中之處理劑和冷卻水閥門的開度達到穩定處理廢氣之效果。

本創作之結構，包含有：一廢氣污染物濃度監控單元，包括一廢氣污染物濃度監測器以及一與該廢氣污染物濃度監測器電性連接之廢氣污染物濃度控制器；一廢氣溫度監控單元，包括一溫度監測器以及一與該溫度監測器電性連接之溫度控制器；以及至少一廢氣處理單元，包括一廢氣污染物濃度處理單元以及一廢氣溫度處理單元，該廢氣污染物濃度處理單元與該廢氣污染物濃度監控單元電性連接，該廢氣溫度處理單元與該廢氣溫度監控單元電性連接；本創作為兩廢氣處理單元包括一第一廢氣處理單元和一第二廢氣處理單元，兩者分別含有廢氣污染物濃度處理單元以及廢氣溫度處理單元，廢氣污染物濃度處理單元以處理劑控制閥、處理劑流量計和相關廢氣處理設備組成，廢氣溫度處理單元以水量控制閥和水量流量計組成。

本創作可有效改善習知第一廢氣處理單元的缺點，本創作人所屬公司與相關人員經由自身多年的操作及維護實務經驗，不斷改善控制邏輯，並思考結合其他處理劑噴入方式，以擴充整體除酸系統的去除能力，遂有本新型創作產生。

本創作主要為將第一廢氣處理單元及第二廢氣處理單元串連操作；藉由不同習知技術新增一第二廢氣處理單元，並結合既有第一廢氣處理單元，透過改良後的控制邏輯，妥善串連兩廢氣處理單元，針對煙囪廢氣污染物濃度超出管理值(預設值)時，適時啟動第二廢氣處理單元，待廢氣污染物濃度降低到管理值(預設值)後，停止第二廢氣處理單元；或是當第一廢氣處理單元進行例行保養或臨時故障檢修時，透過調整投入垃圾的性質，使第二廢氣處理單元可完全取代，扮演廢氣排放品質管控處理的角色，讓維修人員有充分時間可以進行相關檢查、保養或是維修工作，提高維修保養品質，以提升第一廢氣處理單元的妥善率。另由於當廢氣溫度過高時，將影響污染物去除效率，為避免當第一廢氣處理單元的冷卻水停止導致無法降溫，因此，第二廢氣處理單元亦有溫度處理單元來維持廢氣溫度，更加確保第二廢氣處理單元能夠完全取代第一廢氣處理單元，不影響廢氣排放品質。

為進一步驗證本創作的理念具有產業利用性，規劃第二廢氣處理單元獨立運作效能測試，有關實廠測試紀錄與結果說明如下(參考第三圖和第四圖)：

1.測試前評估

原理：將處理劑乾粉狀吸附劑(Ca(OH)₂ )經氣體混合管噴入廢氣管道內；這些吸附劑和燃燒廢氣接觸，產生酸鹼中和反應。

2.測試規劃：

測試一(第三圖)

a.以MCR100%垃圾處理量為基礎。

b.第一廢氣處理單元1停止運作時。

c.第二廢氣處理單元2的第二處理劑閥2211啟動(消石灰)，替代第一廢氣處理單元1，以測試第二廢氣處理單元2單獨運作時，對於酸性污染物(HCl)排放濃度處理效能。

測試二(第四圖)

a.以MCR100%垃圾處理量為基礎。

b.第一廢氣處理單元1與第二廢氣處理單元2串聯操作。

c.當第一廢氣處理單元第一處理劑閥121開度最大，仍無法有效控制酸性污染物(HCl)排放濃度，第二廢氣處理單元2的第二處理劑閥2211啟動(消石灰)測試串聯操作時，對於酸性污染物(HCl)排放濃度突增之處理效能。

3.測試結論

測試一：

當第一廢氣處理單元1停止運送處理劑，第二廢氣處理單元2的第二處理劑閥2211啟動(消石灰)，同時第一廢氣處理單元1開啟水線清洗處理劑管線，待管線清洗結束後開始檢修第一廢氣處理單元1。參考第三圖的測試結果，顯示第二廢氣處理單元2單獨運作時，對於酸性污染物(HCl)排放濃度處理良好，可維持廢氣排放品質，並提供充足時間，以供維修人員進行相關必要之查修。

測試二：

當污染物(HCl)濃度突然升高，並啟動第二廢氣處理單元2的第二處理劑閥2211(消石灰)，擴大整體污染物(HCl)處理能力。由第四圖所示之測試結果，顯示當酸性污染物瞬時產生量超出第一廢氣處理單元1之處理容量，導致酸性污染物(HCl)排放濃度升高時，立即啟動第二廢氣處理單元2的第二處理劑閥2211(消石灰)，並依據污染物(HCl)濃度調整處理劑(消石灰)下料量，可迅速有效控制酸性污染物(HCl)排放濃度，穩定廢氣排放品質。

以下配合圖式及元件符號對本創作之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

請參考第一圖，係處理焚化爐燃燒垃圾後所產生的廢氣之系統流程圖，燃燒垃圾產生之廢氣進入洗煙塔14後，經由洗煙塔14末端的煙道排出，再經過除塵器處理以及沉澱廢氣中的粉塵，最後經由誘引風機從煙囪排出，本創作為搭配此系統運作。

本創作包括一第一廢氣處理單元1、一第二廢氣處理單元2、廢氣污染物濃度監控單元3以及廢氣溫度監控單元4，其中，第一廢氣處理單元1包括廢氣污染物濃度處理單元以及廢氣溫度處理單元，廢氣污染物濃度處理單元含有一洗煙塔14及一設置於該洗煙塔14之霧化轉輪13、第一處理劑閥121和第一處理劑流量計122，廢氣溫度處理單元含有第一水閥111和第一水量流量計112；第二廢氣處理單元2亦包括廢氣污染物濃度處理單元以及廢氣溫度處理單元，廢氣污染物濃度處理單元含有一輸送單元23、一處理劑儲槽、一洗煙塔14及一設置於該洗煙塔14之霧化轉輪13、第二處理劑閥2211和第二處理劑流量計2212，廢氣溫度處理單元含有一冷卻水、一噴水器213、該洗煙塔14、第二水閥211和第二水量流量計212。

第一廢氣處理單元1與洗煙塔14上端之霧化轉輪13連接，利用霧化轉輪13將處理劑與水混合噴入塔中與廢氣產生中和反應降低廢氣污染物濃度及溫度；一水貯槽(圖中未顯示)可提供冷卻水，經由管路與霧化轉輪13連接，第一水閥111以及第一水量流量計112與該管路連接；一處理劑漿液貯槽(圖中未顯示)可提供處理劑漿液，經由管路與霧化轉輪13連接，第一處理劑閥121以及第一處理劑流量計122與該管路連接。

第二廢氣處理單元2與洗煙塔和煙道連接，可單獨或輔助第一廢氣處理單元1使用，降低廢氣的污染物濃度以及溫度；一水貯槽(圖中未顯示)可提供冷卻水，經由管路與洗煙塔14連接，管路與洗煙塔14間設置一噴水器213可將冷卻水噴入洗煙塔14中，第二水閥211以及第二水量流量計212與該管路連接；一處理劑貯槽可提供處理劑，經由輸送單元的管路與煙道連接，第二處理劑閥2211以及第二處理劑流量計2212與該管路連接，該管路亦可如圖所示與另外一處理劑貯槽連接，但需新增如圖所示另外一第三處理劑閥2221以及一第三處理劑流量計2222。

廢氣污染物濃度監控單元3包括污染物濃度監測器31以及與污染物濃度監測器31電性連接之污染物濃度控制器32，設置於煙囪可偵測煙囪內廢氣的污染物濃度並與第一、第二廢氣處理單元1、2的廢氣污染物濃度處理單元電性連接。

廢氣溫度監控單元4包括溫度監測器41以及與溫度監測器41電性連接之溫度控制器42，設置於煙道可以偵測煙道內廢氣的溫度並與第一、第二廢氣處理單元1、2的廢氣溫度處理單元電性連接。

處理劑最佳實施例為使用消石灰乳泥Ca(OH)₂ 可與廢氣中所含之SO₂ 與HCl等產生中和反應，有效達到降低廢氣中污染物濃度之效果，亦可使用其他可達到相同效果之處理劑。

廢氣污染物濃度監控器31最佳實施例為使用廢氣連續監測系統(CEMS)，濃度控制器32以及溫度控制器42最佳實施例為使用分散式控制系統(DCS)或是可程式控制器(PLC)。

上述為本創作的最佳設置方式，然一般廢氣處理系統多已設置如同本創作之第一廢氣處理單元1(半乾式廢氣處理系統)，因此，本創作第一實施例且為最佳實施例為應用於一般廢氣處理系統，利用新增一第二廢氣處理單元2有效地輔助及增加原有第一廢氣處理單元1(半乾式廢氣處理系統)之效能。

請再次參考第一圖，上一段所提之最佳實施例為保留原有之第一廢氣處理單元1，另外新增第二廢氣處理單元2、輸送單元23及其管路、廢氣污染物濃度監控單元3之污染物濃度控制器32、廢氣溫度監控單元4，其中部分單元，在用地面積與經費有限之條件下，則可考慮與第一廢氣處理單元1共用，如處理劑貯槽、廢氣溫度監控之訊號傳輸單元與除塵器入口廢氣溫度監控單元4。另有，處理劑選用可依據廢氣污染物種類與濃度、廢氣溫度、污染物排放管制標準、成本效益等因素，透過綜合評估後，選用最佳的處理劑。

將本創作應用於習知第一廢氣處理單元1，主要是透過完善的控制邏輯，有效結合第一廢氣處理單元1與第二廢氣處理單元2；以第一廢氣處理單元1為廢氣處理之優先運作設施，而新增第二廢氣處理單元2為替代或輔助設施，其運作邏輯將於下述說明，並請搭配參考第二圖：

1.當習知第一廢氣處理單元1獨立運作

設置於煙囪之廢氣濃度監測系統31監測燃燒廢氣之酸性物質排放濃度，會經由訊號型式傳送回濃度控制器32，並同時與酸性物質濃度控制設定值SV_A 藉由濃度控制統32的第一演算器CALCU-1計算出所需之處理劑漿液量SP₁₁ ，然後再與第一處理劑流量計122傳回控制系統的實際流量訊號，經由濃度控制統32的第二演算器CALCU-2比對計算後，以輸出MV₁₁ 訊號方式控制第一處理劑閥121之開度，達成穩定控制廢氣中酸性物質排放濃度之目的；另外控制燃燒廢氣中戴奧辛及重金屬所使用之處理劑可另外單獨噴注或混入控制燃燒廢氣酸性物質之處理劑漿液中，以定量配比處理燃燒廢氣；另外對於控制廢氣溫度方面，則利用設置於除塵器前之煙道的溫度監測器41所產生之訊號回傳溫度控制器42，並同時與廢氣溫度控制設定值SV_T 藉由溫度控制器42之第三演算器CALCU-3計算出所需總冷卻水流量SP₁₂ ，再與第一水量流量計112及第一處理劑流量計122回傳控制系統之實際流量總和，經由溫度控制器42之第四演算器CALCU-4比對計算後，以輸出MV₃₁ 訊號方式控制第一水閥111，達成穩定廢氣溫度之目的，維持處理劑效率。

2.當第二廢氣處理單元2獨立運作

設置於煙囪之廢氣污染物濃度監測系統31監測燃燒廢氣之酸性物質排放濃度，會經由訊號型式傳送回污染物濃度控制器32，並同時與酸性物質濃度控制設定值SV_A 藉由污染物濃度控制器32 的第五演算器CALCU-5計算出所需新增處理劑量SP₂₁ ，然後再與第二處理劑流量計2212傳回控制系統的實際流量訊號，經由污染物濃度控制器32的第六演算器CALCU-6比對計算後，以輸出MV₂₁ 訊號方式控制新增之第二處理劑閥2211之開度，達成穩定控制酸性物質排放濃度之目的；另外控制燃燒廢氣中戴奧辛及重金屬所使用之新增處理劑可另外單獨噴注或混入控制燃燒廢氣酸性物質之新增處理劑中，以定量配比處理燃燒廢氣；另外對於控制廢氣溫度方面，則利用設置於除塵器前之煙道溫度監測器41所產生之訊號回傳溫度控制器42，並同時與廢氣溫度控制設定值SV_T 藉由溫度控制器的第七演算器CALCU-7計算出所需總冷卻水流量SP₂₂ ，再與第二水量流量計212回傳控制系統之實際流量訊號，經由溫度控制器的第八演算器CALCU-8比對計算後，以輸出MV₄₁ 訊號方式控制第二水閥211之開度，達成穩定廢氣溫度，維持吸收劑效率。

3.當第一廢氣處理單元1正常運轉時，與第二廢氣處理單元2之串聯運作

第一情況：串聯運作的濃度處理系統啟動與停止

當第一廢氣處理單元1獨立運轉時，第一處理劑閥121之開度需求量MV₁₁ 達預設高值時，第二廢氣處理單元2會自動啟動，此時廢氣酸性物質排放濃度的濃度控制器32仍然控制第一廢氣處理單元1的第一處理劑閥121，但若當第一處理劑閥121開度需求量MV₁₁ 達100%時，廢氣酸性物質排放濃度的濃度控制器32將轉移控制第二廢氣處理單元2的第二處理劑閥2211，由污染物濃度控制器32的第六演算器CALCU-6計算後之MV₂₁ 訊號來控制處理劑下料量。

當污染物濃度控制器32的第六演算器CALCU-6計算後之MV₂₁ 降至預設低值時，污染物濃度控制器32將轉為控制第一廢氣處理單元1的第一處理劑閥121，此時第一處理劑閥121的開度將開始接受開度需求量MV₁₁ 之控制，第二廢氣處理單元2的第二處理劑閥2211會自動關閉，此時恢復第一廢氣處理單元1單獨運轉。

第二情況：串聯運作的溫度處理系統啟動與停止

當第一廢氣處理單元1獨立運轉時，其第一水閥111之開度需求MV₃₁ 達預設高值時，第二水閥211會自動啟動噴入，此時溫度控制器42仍然控制第一廢氣處理單元1的冷卻水的第一水閥111，但若當第一水閥111開度需求量MV₃₁ 達100%時，溫度控制器42將轉移至第二廢氣處理單元2的第二水閥211，由溫度控制器42的第八演算器CALCU-8計算後之MV₄₁ 訊號來控制第二水閥211的開度。

當溫度控制器42的第八演算器CALCU-8計算後之MV₄₁ 降至預設低值時，溫度控制器42將轉為控制第一廢氣處理單元1的第一水閥111，此時第一水閥111開度將開始接受開度需求量MV₃₁ 之控制，第二廢氣處理單元2的第二水閥211會自動關閉，此時恢復第一廢氣處理單元1單獨運轉。

以上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施例，並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇。

1‧‧‧第一廢氣處理單元

111‧‧‧第一水閥

112‧‧‧第一水量流量計

121‧‧‧第一處理劑閥

122‧‧‧第一處理劑流量計

13‧‧‧霧化轉輪

14‧‧‧洗煙塔

2‧‧‧第二廢氣處理單元

211‧‧‧第二水閥

212‧‧‧第二水量流量計

213‧‧‧噴水器

2211‧‧‧第二處理劑閥

2212‧‧‧第二處理劑流量計

2221‧‧‧第三處理劑閥

2222‧‧‧第三處理劑流量計

23‧‧‧輸送單元

3‧‧‧廢氣濃度監控系統

31‧‧‧濃度監測器

32‧‧‧濃度控制器

4‧‧‧廢氣溫度監控系統

41‧‧‧溫度監測器

42‧‧‧溫度控制器

第一圖為本創作搭配一般廢氣處理系統運用之系統圖

第二圖為本創作之邏輯控制流程圖

第三圖為本創作第二廢氣處理單元單獨操作之實際效能曲線圖

第四圖為本創作第一廢氣處理單元搭配第二廢氣處理單元串連操作時之實際效能曲線圖