生活垃圾焚燒煙氣污染物的控制與處理工藝
摘要：結(jié)合工程實例，分析并探討了生活垃圾焚燒煙氣污染物的形成機理；控制焚燒工況以降低煙氣污染物的濃度；半干法處理工藝及濾袋除塵技術(shù)。
生活垃圾造成的環(huán)境污染已成為一個社會問題，對其處理應遵循“減量化、無害化和資源化”原則。利用焚燒發(fā)電處理生活垃圾能達到最徹底的“三化”，是目前許多發(fā)達國家普遍采用的方法，我國部分城市，如深圳、珠海、寧波、上海、重慶、天津等地也先后建設、投產(chǎn)生活垃圾焚燒發(fā)電廠。但生活垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中含有大量的污染物，如不經(jīng)控制和處理直接排放，會對周圍環(huán)境造成嚴重的污染。因此，生活垃圾焚燒工程的關(guān)鍵是焚燒控制和煙氣處理，煙氣達標排放是首要任務。寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司（寧波垃圾焚燒發(fā)電廠）的生活垃圾焚燒爐及煙氣凈化處理系統(tǒng)已經(jīng)運行3a，現(xiàn)簡要介紹該公司的生活垃圾焚燒煙氣污染物的控制與處理工藝。
1煙氣污染物的種類及形成機理
由于生活垃圾的成分極其復雜，并含多種污染物如廢舊塑料、廢舊橡膠、廢舊電池、廢布、廢紙、廚余、重金屬等，在焚燒過程中會發(fā)生許多化學反應，產(chǎn)生的煙氣中除了過量空氣、二氧化碳外，還含有對人體和環(huán)境有害的煙氣污染物。根據(jù)這些污染物的化學、物理性質(zhì)及對人體和環(huán)境的危害程度不同，主要分為有機污染物、酸性氣體、重金屬、顆粒物4大類。
1.1有機污染物
有機污染物主要是多氯二苯并二惡英(PCDDs）、多氯二苯并吠喃（PCDFs），分別有75種PCDD異構(gòu)體和135種PCDF異構(gòu)體，統(tǒng)稱為二惡英。二惡英以氣體和固體的形態(tài)存在，難溶于水，易溶于脂肪，易在人類和動物體內(nèi)積聚，具有極大的毒性，能引起皮膚座瘡、頭痛、失聰、憂郁、失眠等癥狀，即使在極微量的情況下，長期攝人也會引起癌癥、畸形等，其中毒性最大的為2,3,7,8-四氯二苯并二惡英（2,3,7,8-PCDD）。生活垃圾焚燒煙氣中含有的二惡英，一部分可能是原生垃圾中自身含有的微量二惡英，由于二惡英的熱穩(wěn)定性較強，在焚燒過程中有一小部分未發(fā)生反應，直接進入煙氣；大部分二惡英是在生活垃圾焚燒過程中形成的。二惡英的形成機理極為復雜，經(jīng)過多種化學反應，先形成二惡英的中間體即前驅(qū)物，最后形成最終產(chǎn)物。
1.1.1二惡英在焚燒過程中生成
在生活垃圾焚燒過程中，有機類物質(zhì)會被氧化成CO2和H2O，如果出現(xiàn)局部供氧不足，某些含氯的有機類物質(zhì)就可能生成二惡英的前驅(qū)物，這部分物質(zhì)再進行復雜的熱反應，就可能生成二惡英。但這部分二惡英在高溫環(huán)境中絕大部分會被裂解。
1.1.2二惡英在焚燒爐尾部煙道中重新合成
在焚燒爐尾部煙道煙溫處于250～500℃時，在煙氣中所含的Cu、Fe、Ni等金屬顆粒和未燃盡的碳（主要是CO）等的催化作用下，二惡英的前驅(qū)物與煙氣中的氯化物和O2發(fā)生反應，就可能再次合成二惡英。
1．2酸性氣體
焚燒產(chǎn)生的酸性氣體主要是氮氧化物（絕大部分是NO）、硫氧化物（SOx）、氯化氫（HCl）、氟化氫（HF）。氮氧化物主要由生活垃圾中含氮的有機物焚燒產(chǎn)生。硫氧化物主要來源于生活垃圾中含有的硫與氧氣在高溫條件下的氧化反應。氯化氫、氟化氫是生活垃圾中的氯化合物、氟化合物如聚氯乙烯、廚余、紙、布等在焚燒過程中生成的。
1.3重金屬類污染物
重金屬類污染物主要來源于生活垃圾中含有的廢舊電池，廢舊電子元件及各種重金屬廢料所含的部分重金屬及其化合物在焚燒過程中的蒸發(fā)。這些蒸發(fā)的物質(zhì)一部分在高溫下直接變?yōu)闅鈶B(tài)，以氣相的形式存在于煙氣中；還有一部分與焚燒煙氣中的顆粒物結(jié)合，以固相的形式存在于煙氣中；另有相當一部分重金屬分子進人煙氣后被氧化，并凝聚成很細小的顆粒物。
1.4顆粒物
生活垃圾進人焚燒爐后，經(jīng)過干燥、分解氣化、燃燒、燃燼后，燃燒物的體積和粒度都會減小，不可燃物大部分滯留在爐排上并以爐渣的形式排出，而一小部分體積小、質(zhì)量輕的物質(zhì)在氣流攜帶的作用下，與焚燒產(chǎn)生的高溫氣體一起在爐膛內(nèi)上升，形成含有顆粒物的煙氣流，經(jīng)過各煙道后從鍋爐尾部排出。
2煙氣污染物的控制與處理工藝
2.1控制焚燒工況以降低鍋爐出口煙氣污染物的濃度
鍋爐出口煙氣污染物的濃度，主要取決于生活垃圾的成分和焚燒工況的控制。在相同的焚燒工況下，生活垃圾中含有經(jīng)焚燒能產(chǎn)生相應污染物的物質(zhì)越多，則鍋爐出口煙氣污染物產(chǎn)生的濃度越高，例如含氯塑料的含量越高，則鍋爐出口煙氣中HCl氣體的濃度越高。在生活垃圾未完全分類收集的情況下，．只有采取最佳的焚燒工況，盡量減小鍋爐出口煙氣污染物的濃度。影響鍋爐出口煙氣污染物濃度的焚燒工況包括爐膛負壓、爐膛溫度、空氣過量系數(shù)，煙氣在高溫、低溫區(qū)域停留的時間，爐內(nèi)氣體的湍流度等。
寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司裝備3條 350t/d生活垃圾焚燒生產(chǎn)線，日處理生活垃圾1050t。3臺垃圾焚燒爐都從德國NOELL－KRC公司引進，采用液壓控制的雙列順推階梯式爐排系統(tǒng)，每列爐排又分成4個區(qū)，第一區(qū)為干燥區(qū)，第二、三區(qū)為焚燒區(qū)，第四區(qū)為燃盡區(qū)。每個區(qū)都是相互交疊的固定爐排與可移動爐排組成，一次風從爐排下方吹人提供垃圾焚燒需要的氧氣并冷卻爐排，這種爐排結(jié)構(gòu)能使垃圾翻動、破碎并與氧氣充分接觸。焚燒控制程序ICP2000能夠根據(jù)焚燒爐內(nèi)的焚燒工況，自動調(diào)整每個區(qū)的爐排速度與一次風量、一次風壓達到最優(yōu)比例，保證生活垃圾的完全燃燒，釋放出大量的熱量能使整個爐膛保持在較高溫度（850℃以上），有效的減少 CO、有機污染物等各類污染物的生成。為了保證劇毒的有機污染物得到充分分解，寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司在焚燒爐的出口設計了10m高的絕熱垂直煙道，使得煙氣在850℃以上的停留時間超過2s，并且在這個煙道的人口處布置二次風（風溫可調(diào)解）噴口，它能對煙氣進行充分的擾動（3T控制法）。在二次風口的左右側(cè)墻上方各布置一只燃燒器，在垃圾發(fā)熱量較低時，燃燒器自動投人使用保證煙氣在焚燒爐的出口處能一直保持在850℃以上。通過采取上述措施，可以使在焚燒過程中生成的有機污染物絕大部分被破壞分解，最終鍋爐出口煙氣中有機污染物的濃度得到最大限度的降低。
2.2煙氣污染物處理設備及技術(shù)
通過控制焚燒工況可以減少煙氣污染物生成，但是還需要經(jīng)過特殊的煙氣凈化處理才能達到排放標準。
寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司采用半干法除酸＋活性炭噴射＋濾袋除塵器的處理工藝，并且配備煙氣凈化處理自動控制系統(tǒng)及煙氣在線監(jiān)測儀，。這樣就可以保證煙氣凈化處理系統(tǒng)穩(wěn)定、連續(xù)地運行，有效地去除煙氣污染物。煙氣凈化處理系統(tǒng)流程如圖1。
 圖1煙氣凈化處理系統(tǒng) |
2.2.1酸性氣體凈化處理
煙氣污染物中酸性氣體的凈化處理采用了半干式洗滌工藝。
在半干式洗滌塔中，霧狀的Ca(OH)2與煙氣中的酸性氣體如SO2、HCI、HF等經(jīng)過充分接觸，發(fā)生酸堿中和反應，除去絕大部分酸性氣體。酸性氣體凈化處理系統(tǒng)由石灰漿制備系統(tǒng)、霧化噴入系統(tǒng)、半干式洗滌塔、旋風分離器、返料器等組成。石灰漿制備系統(tǒng)主要由石灰粉儲罐、硝化器、儲漿罐、漿泵組成，按照煙氣中酸性氣體濃度的大小連續(xù)提供合適濃度（根據(jù)煙氣在線監(jiān)測儀監(jiān)測到的各酸性氣體的濃度）的石灰漿。霧化噴人系統(tǒng)是利用壓縮空氣，將石灰漿霧化后在洗滌塔喉部噴人。石灰漿的噴人位置在半干式洗滌塔的喉部，此處煙氣流速較高能與石灰漿霧滴充分混合、接觸反應，并且一起向上流動（上進氣，反之則為下進氣）。洗滌塔的高度決定了反應時間，它不但可以使石灰漿霧與酸性氣體充分反應，達到極高的去除效率，而且還可以把反應產(chǎn)物（CaSO3、CaC12）中的水分蒸發(fā)，成為干燥的顆粒物，其中較大的顆粒從洗滌塔底部排出，較細小的顆粒隨著煙氣橫向進入旋風分離器，所得的部分固體分離物通過返料器返回洗滌塔內(nèi)，未完全反應的石灰漿顆粒再次被利用，未被分離出的細小顆粒則隨煙氣通過后續(xù)的濾袋除塵器時被捕集。這種半干式的煙氣凈化處理工藝除了反應效率高，石灰漿利用率高之外，還有反應時間短、可以獲得干燥的反應產(chǎn)物的優(yōu)點。
2.2.2有機污染物凈化處理
寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司首先針對垃圾的成分和發(fā)熱量選擇合適爐排和爐膛結(jié)構(gòu)，再通過配備先進、完善、可靠的自動控制系統(tǒng)，使垃圾焚燒爐在最佳工況下穩(wěn)定、連續(xù)運行，確保垃圾充分燃燒，減少有機污染物和CO的生成。
第二，煙氣在經(jīng)過三煙道內(nèi)的過熱器時，溫度從500℃驟降至300℃，這樣就縮短了煙氣在這個溫度范圍的停留時間，有效地減少了有機污染物的合成，并控制排煙溫度在250℃左右進人半干式洗滌塔。
第三，盡量不焚燒含氯塑料及其他含氯物質(zhì)，抑制HCl、CuCl2等的產(chǎn)生。
第四，由于煙氣中的CO在有機污染物再合成中具有催化作用，所以要根據(jù)煙氣在線監(jiān)測儀監(jiān)測到的CO氣體濃度適時調(diào)節(jié)一次、二次風量，保證煙氣含氧量在6％以上，把煙氣中的CO含量控制在較低的水平。
第五，在煙氣凈化自動控制系統(tǒng)控制下在濾袋除塵器前的煙道中噴人活性炭吸附有機類污染物，控制濾袋人口處的煙氣溫度在200℃以下，并選用新型濾袋除塵器，將吸附著有機污染物的小顆粒物除去。
2.2.3重金屬類污染物凈化處理
重金屬類污染物的凈化處理主要采取降低煙氣溫度、活性炭吸附、濾袋除塵器捕集等措施。重金屬類污染物以固態(tài)、氣態(tài)的形式存在于煙氣中，當煙氣溫度降低時，部分氣態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀粸V袋除塵器捕集的固態(tài)或液態(tài)顆粒，而對于揮發(fā)性強的重金屬如Hg而言，即使煙氣凈化系統(tǒng)以最低溫度運行，仍有部分以氣態(tài)的形式存在于煙氣中，這就要靠活性炭吸附，最終由濾袋除塵器除去。根據(jù)運行經(jīng)驗，煙氣凈化系統(tǒng)越在控制溫度的下限運行時，重金屬類污染物的凈化處理效果越好。
2.2.4顆粒物凈化處理
顆粒物是導致全球氣候變化、煙霧事件、臭氧層破壞等重大問題的重要因素。而顆粒物中的較小顆粒物是可吸人顆粒物（是指通過鼻和嘴進人人體呼吸道的顆粒物總稱），更細小的，則稱為可人肺顆粒，能夠進人人體肺泡甚至血液中去，直接導致心血管等疾病，它對人體健康產(chǎn)生了重大的影響。所以顆粒物的凈化處理也極其重要，它主要由濾袋除塵器完成。濾袋除塵器能將煙氣中的飛灰、洗滌塔的反應物、吸附有重金屬和有機污染物的活性炭顆粒物分離出來。寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司選用美國戈爾公司的濾袋，除塵效率在99.99％以上，良好的系統(tǒng)設計和穩(wěn)定的運行能保證顆粒物的排放達到國家標準。
無論是洗滌塔的中和反應，還是活性炭的吸附作用都是在較短時間內(nèi)完成的，肯定有一部分物質(zhì)未參與反應，所以濾袋除塵器在運行過程中，濾袋外會附著有未反應的Ca(OH）2和活性炭的顆粒物，煙氣通過時，殘留的酸性氣體和重金屬、有機污染物繼續(xù)被中和、吸附，使得整個煙氣凈化處理系統(tǒng)的效率得到進一步提高。
濾袋除塵器剛投人運行時，濾袋外沒有顆粒物層，濾袋凈化效率不是最好，隨著顆粒物層的增厚，濾袋的凈化效率逐漸提高，但同時除塵器的進、出口壓力差會增加，影響焚燒爐的安全運行。濾袋除塵器配有的PLC自動控制系統(tǒng)能根據(jù)除塵器的壓力差自動對濾袋脈沖清灰（利用壓縮空氣），壓縮空氣的壓力必須調(diào)節(jié)適當，壓力太低影響清灰效果；壓力太高會損壞濾袋，降低凈化效率。
|
表1監(jiān)測時運行參數(shù)（＃3垃圾焚燒爐）
|
|
表2煙氣污染物排放監(jiān)測值（＃3垃圾焚燒爐）
|
*2003年11月3日取樣兩個。
由上表可以得出結(jié)論：寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司排放的煙氣污染物的濃度均低于我國生活垃圾焚燒煙氣排放標準的限值。
3結(jié)論
采用了爐內(nèi)控制焚燒與尾部煙氣凈化處理相結(jié)合的措施后，寧波楓林綠色能源開發(fā)有限公司垃圾焚燒系統(tǒng)排放的煙氣污染物濃度已經(jīng)在較低的水平。2003年2月浙江省環(huán)境監(jiān)測中心站對煙氣污染物進行了監(jiān)測，監(jiān)測時焚燒爐運行參數(shù)見表1，煙氣污染物具體數(shù)值見表2。
4參考文獻 略
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
