垃圾焚烧发电厂烟气污染控制.doc

垃圾焚烧发电厂烟气污染控制 摘要: 针对垃圾焚烧发电厂产生的有毒、有害气体, 通过控制焚烧炉的温度, 采用由脱酸塔和布袋除尘器组成的烟气净化系统, 减少有害物质生成。介绍垃圾焚烧过程中主要污染物。二噁英的相关介绍和抑制方法。 关键词: 焚烧炉； 脱酸塔； 活性炭；布袋除尘器；二噁英。 Abstract:To reduce the production of hazardous substance.A smoke purification system consisting of remove acid tower and bag-typedust collector for reducing the generation of hazardous substances. The main pollutants in waste incineration process. The Introduction about dioxin and suppression method. Keywords:incinerator; acid extracting tower; active carbon; bag-type dust collector;Dioxin.引言垃圾焚烧过程中含有碳、氢、氧、氮、硫、磷和卤素等成分的物质与空气中的氧气反应, 会产生多种有害污染物, 垃圾焚烧污染物存在形式及数量与焚烧条件和净化系统密切相关 1 。如何有效控制垃圾焚烧烟气污染是目前受到普遍关注的环境热点问题之一。南方某城市垃圾焚烧发电厂装备了2台250t/d循环流化床焚烧炉、配套2组8MW 凝汽式发电机和10. 5kV /35 kV 升压站;同时建设供水、供电、供气和/三废0处理系统, 对烟气中各类污染物生成和排放采取了有效控制措施。一、主要污染物1.1酸性气体焚烧烟气中的酸性气体主要由SOx、NOx、HC1、I-W组成，均来源于相应垃圾组分的燃烧。SOx由含硫化合物焚烧时氧化所致，大部分为SO2。NOx包括NO、N02等，主要由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高温氧化生成。各类酸性气体中，以HCI的生成量最多，危害最大。常温下，HC1为无色气体，有刺激性气味，极易溶于水而形成盐酸。HC1对人体的危害很大，能腐蚀皮肤和粘膜，致使声音嘶哑，鼻粘膜溃疡，眼角膜混浊，咳嗽直至咯血，严重者出现肺水肿以至死亡。对于植物，HC1会导致叶子褪绿，进而出现变黄、棕、红至黑色的坏死现象。焚烧产生的酸性气体除污染环境外，还会对焚烧炉膛及其配套的热能回收锅炉造成过热器高温腐蚀和尾部受热面的低温腐蚀。1.2微量有机化合物主要是垃圾中的氯、碳水化合物等在特殊温度场和特殊触媒作用下反应生成的微量有机化合物，如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、甲醛、二恶英(PCDD)及呋喃(PCDF)等。联合国环境规划署于20世纪末公布的报告焚化炉与人类健康中指出，垃圾焚烧是二恶英的最大来源。估计在全球范围内，由垃圾焚烧炉排放出的二恶英约占总排放量的1040。二恶英、呋喃等有机化合物在常温下稳定，难溶于水，易溶于脂肪并在生物体内积累，不仅具有致癌性，还具有生殖毒性、内分泌毒性和免疫抑制作用。其中2，3，7，8一四氯二苯并二恶英是目前人类发现的最毒的物质，其毒性相当于氰化钾的1000倍以上。1.3重金属 垃圾焚烧烟气中的金属化合物一般由垃圾中所含的金属氧化物和盐类组成。这些金属来源于垃圾中的油漆、电池、灯管、化学溶剂、废油、油墨等，其中含有汞、镉、铅等微量有害元素。重金属在焚烧过程中不能被生成和破坏，它们将发生迁移和转化，最后几乎以相同的数量排人环境，最终通过大气、饮水、食物等渠道为人体所摄取而造成危害。在焚烧过程中，挥发态的重金属及其化合物随着烟气离开焚烧区域后将经历冷凝过程，形成直径很小的颗粒，这些富集了有毒金属的细小颗粒会被排放到大气中，亦会一直停留在灰烬及其它残余物内。垃圾焚烧排放粉尘中所含的重金属主要存在于可吸入颗粒物中，这些粉尘可溶于水和酸中。重金属不能被微生物分解且能在生物体内富集，或形成其它毒性更强的化合物，对人体的组织器官产生致癌、致变作用。目前随着空气污染控制技术的不断改良，除汞外焚烧炉烟气中的重金属含量已大为降低。然而，现代化焚烧炉所排放的重金属数量，仍有可能在环境和人体中累积起来。并且烟气中重金属的含量降低将意味着更多的重金属进入灰烬中，当灰烬随意被弃置时仍会造成环境污染。1.4烟尘主要是烟气中夹带的不可燃物质及燃烧产物。垃圾中可燃组分因燃烧不完全会形成黑烟，黑烟中含有大量的碳粒子，对人体危害大的重金属主要集中于小于3tan的颗粒物中。据资料介绍，在20世纪70年代中期，芝加哥地区垃圾焚烧炉排放的粉尘中含铅量达69左右，其中粉尘粒度小于2tan的固体铅含量大于95L6J。由于一般存在于烟气的化合物，均同时包含于焚烧炉的灰烬和其它残余物内，故飞灰及底灰均需妥善处理。二、焚烧炉控制由于焚烧炉内垃圾燃烧产生酸性气体、二恶英和重金属, 为减小酸性气体对炉膛的腐蚀, 采用在炉膛内涂上CaO的方法, 阻止酸性气体在高温下对炉膛的腐蚀。根据二恶英等物质的化学性质, 采用循环流化床焚烧炉, 将煤与垃圾掺混燃烧。混合燃料热值在5 440 kJ/kg以上, 沸腾床温度达到850 950 e , 减少了有害物质(二恶英, 呋喃等物质)的生成。控制烟气在焚烧炉内的停留时间为4s, 这样二恶英很快就可以分解, 在出口时其含量基本为零。在此温度段玻璃等物质也不会融化, 不会影响焚烧炉内的流化反应。同时控制鼓风机的进气速度, 调节氧气的供应量( 6% 11% ), 可以抑制HCl、CuO、CuCl2 的生成, 铜的氧化也会减少, NOx 生成值也很低。垃圾中渗沥液如果过多时, 会影响焚烧炉内的温度, 采取通过自动控制系统控制加煤量, 保持炉内高温。三、烟气处理工艺原理烟气净化系统由脱酸塔和布袋除尘器组成。经脱酸塔处理的烟气再通过布袋除尘器, 清除了粉尘和灰粒, 净化后的烟气通过烟囱排入大气。烟气净化流程为: 炉膛、分离器、高温过热器、低温过热器、省煤器、空气预热器、脱酸塔、布袋除尘器、引风机、烟囱。2.1处理机理脱酸系统是基于循环流化床工艺技术, 通过增湿干燥过程使烟气中SO2、HC l、HF等酸性气体与消石灰粉发生放热反应, 生成C aSO3、CaSO4、CaC l2 等无害化物质 2 。其主要的化学反应机理如下:Ca( OH ) 2 + SO2CaSO3 + H2O Ca( OH ) 2 + SO3CaSO4 + H2O Ca( OH ) 2 + CO2CaCO3 + H2O Ca( OH ) 2 + 2HClCaCl2 + 2H2O3.2 工艺流程图1是垃圾焚烧烟气处理工艺流程。来自焚化炉的废烟气从脱酸塔的底部进入脱酸塔。在脱酸塔侧面的双流体喷嘴, 分别向塔内喷出消石灰粉和压缩空气。在脱酸塔底部的双流体喷嘴也分别向塔内喷水和压缩空气。高速进入的消石灰粉和水在压缩空气的作用下在脱酸塔内均匀雾化,形成液态的C a( OH ) 2。在压缩气体的作用下形成强烈的流化湍流状态, 烟气与湍流状态液态的Ca( OH ) 2 充分接触, 中和反应后脱硫效率在85%。反应过程中高温的废烟气也可以把从喷嘴喷下来的水变为水蒸气, 大大减少了废水处理。图1 烟气处理工艺流程Fig.1 Treatment process of smoke四、粉尘处理布袋除尘器流化床焚烧工艺的固有缺点是烟气含尘量大, 除尘阶段采用布袋除尘器效果较好。除尘滤布由玻璃纤维制成, 受玻璃纤维耐热强度限制, 一般尾气温度控制在250 e 左右, 在这个环境温度下不利于二恶英生成。袋式除尘器反应器的滤布可以吸附脱酸塔中的反应生成物, 未反应的消石灰粉和活性碳粉末, 在滤布上形成一层反应膜, 大大增加了反应的比表面和反应时间, 从而使得未在脱酸塔内反应的酸性气体, 未被活性碳吸附的二恶英、重金属, 得到二次净化(滤布反应机理见图2。其他一些颗粒物、飞灰, 在外层形成一层滤饼, 这层滤饼会影响布袋除尘器的工作效率, 所以在一定时间内要清理这些灰尘。清理所用到的方法是脉冲式反冲洗。当滤饼增到一定厚度, 除尘器的压差上升到一定值时, 自动控制系统发出脉冲清灰信号, 向布袋内面喷入压缩空气。由于压缩空气的冲击力作用, 布袋外表面的滤饼剥落, 掉入除尘器底部料斗, 安装于料斗口的排灰阀将沉积于料斗的灰尘排出布袋除尘器。收集于布袋外表面的烟尘落入锥形的灰斗内再经双层排灰阀排出, 清洁空气进入除尘器顶部的清洁气箱,由风机通过总出口导管抽出。压缩空气由电子控制的供气系统供给, 在布袋里形成高能振动波,同时高效率文丘里管使处理过的干净气体冲进布袋, 对布袋形成二次清灰。图2 滤布反应机理Fig.2 Reaction mechanism of filter cloth五、酸性气体净化方法5.1干法干式脱酸有2种方式。一种是干性药剂（一般采用消石灰）和酸性气体在反应塔内进行反应塔内进行反应；另一种是在进入除尘器前的烟气管道中喷入干性药剂，再与此酸性气体反应。消石灰与酸性气体发生中和反应要有合适的温度一般为140170摄氏度，而余热锅炉出口的烟气温度往往高于这个温度，为提高脱酸效率，一般需要通过喷水降低烟温。5.2半干法半干法脱酸装置一般设置在除尘器之前，主要包括给料系统、混合系统和反应系统。脱酸剂CaO在给料系统中生成粉浆Ca( OH ) 2，再进入制浆系统与水充分混合制成石灰浆，最后以喷雾状进入反应系统。Hcl、SOx、HF等酸性成分被吸收，生成中性、干燥等细小固体颗粒，随着烟气进入下一步净化系统。5.3湿法湿法脱酸装置设置在除尘器之后，从袋式除尘器出来的温度约140摄氏度的烟气经地步进入湿式洗涤塔。洗涤塔分为冷却部和吸收减湿部。烧碱稀释槽中配置好的烧碱溶液通过烧碱输送泵，将烟气温度降至饱和温度。同时，在此过程中烧碱溶液与烟气中的部分酸性气体进行反应。塔底的吸收液一部分循环再利用，一部分排出以降低溶液中的含盐量以保证酸性气体的吸收率。烟气经过冷却和吸收后进入洗涤塔上部的吸收减湿部。减湿水与烧碱溶液一并由减湿水循环泵输送至减湿部上方喷嘴，向下喷入并均匀的经过填料床与烟气充分接触，酸性气体被进一步去除。反应后的减湿水从吸收减湿部下部排入减湿水槽。净化后的烟气经塔顶除雾器除雾后进入烟气再热系统。6、 二噁英的产生和抑制方法一般认为在存有氯和金属存在的条件下，有机物燃烧会产生二噁英，医疗废弃物，生活垃圾，农作物秸秆焚烧也会产生二噁英。垃圾焚烧过程中二噁英有三种来源：（1）从原生垃圾中来原生垃圾中自身含有二噁英物质，在焚烧并发生反应而直接进入环境。（2）垃圾焚烧中产生垃圾中含有氯元素，在燃烧过程中与其他元素发生分解和重组等变化，导致二噁英生成。（3）在燃烧尾部烟气中再合成在温度250300范围中，二噁英前驱物质在飞灰的催化作用下会再合成二噁英。二噁英是一种含氯有机化合物，即多氯二苯并二噁英Dioxin，多氯二苯并呋喃及其同系物的总称。它可以气体和固体形态存在，难溶于水，对酸碱稳定，易溶于脂肪。对人及动物有剧毒，产生促畸变、致突变和致癌作用，是当今已知毒性最强的有机化合物,其毒性是氰化钾的1000倍。要抑制垃圾焚烧过程中产生的二噁英，必须达到如下条件：（1）保持温度1000以上，烟气停留时间大于2S，保持烟气中含氧比6%以上，可将所有的有机物燃烬。（2）抑制HCL、C