Pengolahan gas buang insinerator: pendinginan, scrubbing, adsorpsi, filtrasi

Apa yang harus disisihkan oleh pengolahan gas buang insinerator

Yang keluar dari ruang bakar sekunder bukan satu polutan, melainkan campuran, dan campuran itulah yang membuat pengolahan gas buang menjadi rangkaian beberapa tahap, bukan satu perangkat tunggal.

• Gas asam — hidrogen klorida dan sulfur dioksida dari plastik, serta hidrogen fluorida dari limbah berfluorinasi. Keduanya mudah larut, sehingga disisihkan melalui kontak dengan cairan basa atau sorben padat.
• Nitrogen oksida — terbentuk dari nitrogen dalam limbah dan dalam udara pembakaran. Nitrogen monoksida hanya sedikit larut, itulah sebabnya ia ditangani di dalam tungku, bukan melalui scrubbing.
• Partikulat dan fly ash — padatan yang tidak mengendap dari gas. Sebagian besar logam berat terbawa pada debu ini.
• Logam berat — terutama merkuri keluar sebagai uap, sehingga memerlukan adsorben, bukan filter.
• Dioksin dan furan — hancur di zona panas, dan dapat terbentuk kembali di hilir pada permukaan fly ash.
• Karbon monoksida dan organik sisa — indikator pembakaran tidak sempurna, bukan polutan yang dapat disisihkan oleh rangkaian gas.

Membandingkan daftar itu dengan tahapannya adalah sebagian besar dari desain. Konfigurasi yang membiarkan satu kelompok tidak tertangani tidak akan terlihat sampai cerobong dipantau.

Pendinginan: menara quench (pendinginan cepat) gas buang

Gas keluar dari ruang sekunder dalam keadaan panas, dan tahap pertama biasanya mendinginkannya dengan cepat. Menara quench gas buang melakukannya secara evaporatif: air disemprotkan ke dalam aliran gas dan panas laten penguapan menurunkan suhunya, tanpa permukaan penukar panas yang dapat dikotori debu.

Alasan melakukannya dengan cepat sama dengan alasan suhu pembakaran itu penting. Di antara ruang bakar dan filter, gas melewati rentang suhu tempat dioksin dapat terbentuk kembali pada fly ash. Rentang yang biasanya dikutip kira-kira 200 sampai 400 °C, dan angka itu diberikan untuk menunjukkan arah desainnya — dinginkan dengan cepat saat melewatinya, dan jangan biarkan gas berlama-lama di dalamnya — bukan untuk menetapkan setpoint.

Quench adalah bejana basah, sehingga air yang diuapkannya harus dipasok dan gas yang keluar darinya jenuh. Gas asam juga membuat kondensat menjadi asam, sehingga selubung menara, nosel semprot, dan saluran di hilirnya dipilih untuk layanan tersebut. Jika IPAL memulihkan panas, pendinginannya dapat dilakukan di boiler sebagai gantinya.

Scrubbing: penyisihan gas asam dari gas buang

Scrubber gas buang menyisihkan gas asam melalui kontak dengan cairan basa. Dalam menara berisi packing, gas naik melalui lapisan packing sementara cairan pencuci mengalir turun melaluinya, dan packing memberikan permukaan pertemuan terbesar yang mungkin bagi kedua aliran itu. Scrubber venturi melakukan hal yang sama pada kecepatan gas yang lebih tinggi dan sekaligus membawa debu kasar. Reagennya adalah alkali — natrium hidroksida, bubur kapur, atau natrium bikarbonat — yang didosis untuk menjaga cairan tetap pada kondisi tempat absorpsinya efisien.

Cairan itu disirkulasi dan sebagian dibuang. Buangan ini, yaitu blowdown scrubber, merupakan aliran air limbah tersendiri yang membawa garam terlarut, padatan tersuspensi, dan logam berat, serta memerlukan pengolahan sendiri sebelum dibuang. Karena itu, rangkaian basah memerlukan pasokan air, pasokan reagen, dan jalur pembuangan air limbah, dan lokasi yang tidak memiliki semuanya lebih baik dilayani oleh rangkaian kering.

Rangkaian kering dan semi-kering melakukan reaksi kimia yang sama tanpa efluen cair. Dalam susunan semi-kering, bubur kapur diatomasikan ke dalam spray dryer absorber; airnya menguap saat bereaksi dan produk keringnya keluar bersama gas. Dalam susunan kering, sorben padat diinjeksikan ke dalam saluran, atau gas melewati bata filter reaktif. Pada keduanya, produk dan sorben yang tidak terpakai dikumpulkan oleh filter di hilirnya, sehingga filter itu menjadi bagian dari reaksi sekaligus bagian dari pemisahan.

Nitrogen oksida adalah pengecualian pada bagian ini. Nitrogen monoksida tidak larut dalam kadar yang berguna, sehingga scrubber yang menyisihkan hidrogen klorida secara efisien hanya akan menyisihkan sedikit sekali nitrogen monoksida. Penyisihannya terjadi di depan rangkaian gas, dengan menyuntikkan reagen ke dalam tungku atau jalur gas panas. Bagan emisi menetapkan nitrogen oksida dengan batasnya sendiri, karena ini masalah yang terpisah dengan jawaban yang terpisah.

Adsorpsi: karbon aktif sebelum bag filter gas buang

Setelah pendinginan dan scrubbing, yang tersisa adalah bagian yang tidak bersifat asam dan tidak dapat disaring sebagai debu: dioksin dan furan, serta uap merkuri. Keduanya ditangkap pada karbon, dan susunan yang paling umum adalah injeksi karbon aktif — karbon bubuk didosiskan ke dalam saluran di hulu filter partikulat, dan karbon itu menumpuk menjadi cake filter sehingga gas melewati lapisan karbon tersebut, bukan sekadar melintas di sisinya.

Susunan itu memiliki sifat yang perlu dipahami sebelum dispesifikasikan: ia dapat habis terpakai. Karbon keluar bersama abu filter, sehingga laju injeksinya menjadi biaya operasi, dan abu yang dibuang kini mengandung dioksin dan merkuri yang telah ditangkap.

Lapisan karbon tetap adalah alternatifnya, dengan gas dialirkan melalui bejana berisi karbon yang diganti atau diregenerasi menurut jadwal. Cara ini lebih mudah dikendalikan dan dipantau, tetapi memerlukan ruang lebih luas dan bejana yang lebih berat daripada pipa injeksi (injection lance). Kedua susunan bergantung pada suhu: adsorpsi melemah saat gas panas, dan gas yang terlalu dingin membawa debu basah dan lengket ke dalam filter. Laju injeksi dan jendela suhu yang cocok untuk limbah Anda dikonfirmasi dengan pabrik untuk komposisi limbah Anda.

Filtrasi: bag filter gas buang dan cerobong di belakangnya

Bag filter menyisihkan partikulat, dan bersamanya logam berat yang terbawa pada debu. Kantong dari needled felt pada tube sheet digantung di dalam rumah yang terbagi menjadi beberapa kompartemen; gas melewati kainnya, debu menumpuk menjadi cake, dan pulsa udara bertekanan atau getaran mekanis menjatuhkan cake ke hopper secara berkala. Cake-lah yang melakukan sebagian besar filtrasi halus, itulah sebabnya bag filter dibersihkan, bukan dikupas sampai bersih.

Pada rangkaian kering atau semi-kering, di sinilah reaksi kimianya juga selesai. Sorben yang diinjeksikan di hulu, beserta produk reaksi yang terbentuk, berada di dalam cake, dan gas terus bereaksi saat melewatinya, sehingga filter berfungsi sebagai lapisan tetap sekaligus sebagai pemisah.

Kendala yang menentukan posisi filter adalah kainnya. Setiap bahan kantong memiliki suhu kerja kontinu maksimum, dan quench atau scrubber di hulunya harus mengantarkan gas pada suhu di bawahnya. Gas kemudian mengalir ke induced draft fan, yang menarik seluruh rangkaian, lalu ke cerobong, tempat batasnya dipantau. Pada bagan emisi insinerator di sini, kolom limbah medis dan limbah berbahaya menetapkan dioksin dan furan pada 0.5 ng TEQ/m³ sebagai rata-rata pengukuran menurut GB 39707-2020, dan seluruh rangkaian gas adalah peralatan yang harus menjaga angka tersebut.

Mengapa urutannya seperti itu

• Menara quench gas buang sebelum filtrasi, karena filter kain tidak dapat menerima suhu gas saat keluar dari ruang bakar.
• Pendinginan sebelum adsorpsi, karena karbon mengadsorpsi dengan buruk dari gas panas dan jendela pembentukan ulang baru tertutup setelah gas dingin.
• Penyisihan gas asam dari gas buang sebelum filter pada rangkaian kering, agar produk reaksinya terbentuk di tempat yang dapat ditangkap.
• Adsorpsi tepat sebelum bag filter gas buang, agar karbon di dalam cake menjadi lapisan kontak.
• Nitrogen oksida di depan rangkaian, di dalam tungku atau pada tahap katalitik, karena scrubbing tidak dapat menjangkaunya.
• Karbon monoksida di dalam desain pembakaran, karena ia menandakan pembakaran tidak sempurna, bukan masalah scrubbing.

Apa yang menentukan konfigurasi untuk suatu lokasi

Tiga konfigurasi yang ditawarkan pada insinerator di sini — pemurnian kering, pemurnian basah, dan susunan satu rangkaian dasar — mencakup empat tugas yang sama dengan peralatan yang berbeda, dan pilihannya mengikuti kondisi lokasi, bukan mengikuti peralatannya.

• Komposisi limbah. Klorin dalam limbah menentukan beban hidrogen klorida yang harus dinetralkan scrubber.
• Baku mutu emisi yang berlaku. Batas di cerobong menentukan berapa banyak tahap yang diperlukan rangkaian, bukan sebaliknya.
• Air dan air limbah. Rangkaian basah memerlukan pasokan air, pasokan reagen, dan jalur untuk blowdown.
• Pasokan reagen. Kapur, soda kaustik, dan karbon aktif semuanya harus dibeli dan disimpan, dan lokasi terpencil sebaiknya dirancang berdasarkan apa yang dapat diperolehnya.
• Iklim. Rangkaian basah di lokasi yang membeku memerlukan trace heating, perlindungan saluran drainase, dan prosedur penghentian.
• Keterampilan operasi. Rangkaian kering dengan sistem injeksi dan bag filter menuntut lebih sedikit dari operator dibandingkan rangkaian basah dengan loop resirkulasi.

Kesalahan umum

• Membeli rangkaian gas berdasarkan ukuran tungku, bukan berdasarkan limbah dan batasnya. Tonase yang sama dari limbah yang berbeda menghasilkan gas yang berbeda.
• Menentukan rangkaian basah tanpa tempat pembuangan blowdown. Yang dibuang scrubber adalah aliran yang harus diolah oleh lokasi tersebut.
• Memperlambat pendinginan untuk memulihkan panas tanpa mempertimbangkan rentang suhu yang dilewati gas saat suhunya turun.
• Melupakan abunya. Yang dikumpulkan filter mengandung logam dan dioksin yang disisihkan dari gas, dan abu itu harus dibuang ke suatu tempat.
• Berharap scrubber gas buang dapat menangani nitrogen oksida. Ia tidak dapat, dan batas itu harus dipenuhi di dalam tungku.

Pemeriksaan mandiri sebelum rangkaian gas dispesifikasikan

• Sudahkah limbah dikarakterisasi, setidaknya berdasarkan kandungan klorin dan plastik di dalamnya?
• Sudahkah baku mutu emisi yang berlaku untuk lokasi tersebut diidentifikasi, beserta periode perata-rataan untuk setiap parameter?
• Apakah setiap kelompok dalam daftar polutan memiliki tahap yang menanganinya?
• Sudahkah suhu pada saluran masuk filter partikulat dinyatakan, dan dicocokkan dengan bahan kantongnya?
• Sudahkah laju pendinginan melalui rentang pembentukan ulang diketahui, bukan hanya suhu masuk dan keluarnya?

Dari batas emisi ke rangkaian gas

Semua hal dalam pengolahan gas buang insinerator berpangkal dari limbah dan dari batasnya, itulah sebabnya konfigurasinya dipilih sebelum daftar peralatan ditulis. Halaman insinerator menjelaskan isi setiap konfigurasi pemurnian, dan bagan emisi insinerator menjelaskan batas yang harus dipenuhi rangkaian tersebut, parameter demi parameter. Sisi pembakaran dari topik yang sama dibahas dalam artikel tentang mengapa insinerator beroperasi pada 850 °C selama dua detik. Konfigurasi, konsumsi reagen, dan filter yang cocok untuk limbah Anda dikonfirmasi dengan pabrik untuk komposisi limbah Anda dan baku mutu emisi yang berlaku.