固体废物的焚烧处理技术及烟气控制.doc

固体废物的焚烧处理技术及烟气控制 环境学院 08给排 郭天满 200830730065我认为番禺可以建设垃圾焚烧发电厂。只要加强二次污染的控制和做好预处理，就能有效减少垃圾焚烧造成的污染。城市生活垃圾的基本处理方式有填埋、焚烧和堆肥。其中，焚烧法可使垃圾减容9o ，减量75 ，可以杀死所有的病原微生物和寄生虫卵，产生的热能可以回收利用，能够最大限度地实现生活垃圾的减量化、害化、资源化，而且占用土地资源最少。焚烧法对于持续、稳定、安全、可靠地消纳大量的城市生活垃圾，改善城市人居环境，保障城市经济可持续发展，无疑起着重要作用。门前，我国一些大中城市用地非常紧张，而城市生活垃圾的热值往往达到40006000kJkg ，这为垃圾的焚烧处理提供了条件，不少城市已经建立或者正在兴建垃圾焚烧厂。生活垃圾焚烧处理的目的是治理城市生活垃圾污染，但由于资金、技术等局限，多数焚烧厂只偏重于垃圾焚烧，未配套热能利用及符合环保要求的污染净化设施从而形成二次污染，这包括垃圾焚烧后排放的废气、燃烧后的灰渣、工艺处理后的废水及恶臭、噪声污染等，尤其是烟气排放的污染。2001年，国家环保总局曾对全国生活垃圾处理处置设施的污染物排放情况进行有关调查及集中监测。根据调查，到2001年，全国329个城市中，已有垃圾焚烧处理厂20个，占垃圾处理量的61。对l7个垃圾焚烧厂进行监测，其中有l2个厂所排放烟气中的部分指标不同程度的超过国家控制标准。对7个有代表性的垃圾焚烧厂所排烟气中的二恶英类污染物的监测结果表明，有4个焚烧厂超过国家标准限值，超标率为571 ，超标倍数达54 99倍以上。随着越来越多垃圾焚烧厂的建成运行，二次污染的控制成为整个垃圾焚烧系统中必不可少的组成部分。垃圾焚烧烟气污染物以气态或固态形式存在，一般分为四类：酸性气态污染物、不完全燃烧的产物、颗粒污染物和重金属污染物。以处理能力450td的大型垃圾焚烧炉为例，额定工况下正常运行，其配套的余热锅炉出口处烟气流量约(80000 100000)Nm3h，温度约1902402。主要有以下几种污染物。 一、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。二、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10 40。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。三、 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。四、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。垃圾焚烧生成的污染物来源于垃圾组分，其存在形式及数量与焚烧条件和净化系统密切相关。从污染物的产生及其排放过程看，控制垃圾焚烧产生的二次污染可以采取以下措施。一、垃圾的收集与预处理按照生活垃圾焚烧污染控制标准(GB184852001)的要求，危险废物不得进人生活垃圾焚烧厂处理，因此应积极开展垃圾分类收集，建立独立系统，收集、运输和处理废电池、日光灯管、杀虫剂容器等，通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和重金属含量高的有害物质进人垃圾焚烧厂。垃圾被送至垃圾库后，由预处理系统破碎、磁选、污水过滤，然后将破碎后的垃圾经全密封的皮带输人炉内。二、 控制烟气污染物的产生根据烟气污染物的形成机理，控制垃圾焚烧条件，使燃烧处于良好状态，减少有害物质的生成。1） 运用合适的炉膛和炉排结构，使垃圾在焚烧炉得以充分燃烧。而衡量垃圾是否充分燃烧的指标之一是烟气中CO的浓度，CO浓度越低说明燃烧越充分，比较理想的cO浓度指标是低于60m#m3。2) 控制焚烧炉内烟气出口温度不低于850 ，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2s，02的浓度不少于6 ，并合理控制助燃空气的风量、温度和注入位置。3 )在炉内喷人固硫固氯剂CaC 或CaO，可降低氯化物和硫化物对高温受热面的高温腐蚀及对大气的二次污染。4 )由于No)(在高温充分氧化的条件下更易生成，与减少二恶英的控制条件矛盾，一般在燃烧实际运行中保证在垃圾可燃组分充分燃烧的基础上，再兼顾NOx的产生。国外的处理措施是在烟气处理系统中增加脱硝装置。三、 烟气净化处理烟气净化系统是城市生活垃圾焚烧污染控制的关键，烟气净化后各种污染物的排放浓度应达到国标GWKB32000的规定。烟气净化宜采用半干法加布袋除尘工艺，分为两步：第一步脱酸，除去酸性气体；第二步除尘，收集颗粒物、重金属和二恶英类有机物。1 ）除尘除尘器是烟气净化系统的末端设备。静电除尘对烟气中细小颗粒的收集不如袋式除尘效果好，且其最佳工作温度是二恶英合成的最佳温度，国标GB184852001中规定生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器。袋式除尘器不仅收捕一般颗粒物，而且能收除挥发性重金属或其氯化物、硫酸盐或氧化物凝结成直径05tma的气溶胶，还能收除吸附在灰分或活性炭颗粒上的二恶英等有机类污染物。袋式除尘系统中的布袋是由玻璃纤维制成滤布，对尾气进行过滤，达到除尘及吸附二恶英的目的。烟尘颗粒在滤布表面堆积形成致密的薄层，因此布袋式除尘器对粉尘去除率一般都很高。受布袋玻璃纤维的耐热强度限制，尾气温度一般须控制在250t2左右，低于二恶英的再合成温度。2 ）二恶英类和重金属污染物的去除二恶英及重金属在飞灰和炉渣中的比例差别很大。由于飞灰的比表面积很大，对二恶英有很强的吸附作用，导致飞灰中二恶英浓度很高，通常占焚烧过程二恶英总排放量的70左右 J。而大部分的重金属(70)都仍留存： 炉渣中，仅Hg和Cd在高温下挥发，进入飞灰中或小部分随焚烧烟气排放 8。为提高烟气中二恶英类和重金属污染物的去除率，可以采取以下方法L9J：(1)减少烟气在200350温度域的停留时间，有利于减少二恶英类污染物再次生成，控制除尘器人口烟气温度低于200t2，有利于有机类及重金属污染物的脱除，即在设计和运行中采用“温度控制”；(2)在喷雾反应塔和除尘器之间，通过混粉器在烟气中喷人活性炭或多孔性吸附剂，可吸附二恶英类和重金属污物，再用布袋除尘器捕集。3 ）酸性气体的去除酸性气体HCI、SOx、I-IF通常利用Ca(OH)2、NaOH等碱性物质采用湿法、干法或半干法中和吸收去除。其中，湿法技术效率高，可达97以上，但有大量污水排出，造成再次污染。干法技术无污水排放，但脱除效率仅达60一70。半干法技术有较高的脱除效率(可达90左右)，药品用量少，且无污水排放，因此为烟气脱酸的主要适用技术。半干法脱酸装置包括给料系统、混合系统和反应系统，一般设置在除尘器之前。脱酸剂CaO在给料系统制成粉状Ca(OH)2，再进入混合系统与烟气、少量的水充分混合，最后以喷雾状进入反应系统。HC1、$Ox、HF等酸性成分被吸收，生成中性、干燥的细小固体颗粒，随烟气进入下一步净化系统。主要反应有：2HC1+Ca(OH)2=CatCl2+2H20，S02+Ca(OH)2=caso3+H2O半干法工艺要充分考虑固体物质的干燥问题，防止固体物质在收集时发生堵塞与粘附。4） 脱硝常采用氨接触还原法来控制NOx的排放。起还原作用的氨水与烟气中的NOx反应，在充当催化剂的活性炭的作用下，NOx被还原为无害的氮气和水。NOx的排放量可减少90以上，脱硝效果好。化学反应如下：4NO+4NH3+0：=4N2+6H2O，6No25） 灰渣处理除尘设备收集的焚烧飞灰与垃圾焚烧炉渣应分别收集、贮存和运输。飞灰按危险废物处理，而炉渣按一般固体废物处理。除尘器收集下来的飞灰，经过调湿后送至灰斗贮存，再送出填埋。由于飞灰中含有大量重金属及有机类污染物是危险废物，填埋前必须先进行固化处理或稳定化处理。炉渣中重金属浓度非常低，可以认为基本上没有什么毒性，被收集与冷却后，输送至炉坑，再由运输车送往填埋场作最终处理，或用作路基或建筑材料。垃圾焚烧能够最大限度地实现生活垃圾的减量化、无害化、资源