蓄热式垃圾焚烧技术可行性.ppt

蓄热式垃圾焚烧技术可行性分析 北京神雾研究院2007年11月 主要内容 垃圾焚烧相关政策 法规和标准二噁英简介焚烧炉技术简介几种焚烧炉技术的比较实现蓄热式垃圾焚烧的可行性北京市 十一五 时期生活垃圾处理设施建设规划实施方案 垃圾焚烧相关政策 法规和标准 一 城市生活垃圾处理及污染防治技术政策二 生活垃圾焚烧污染控制标准三 恶臭污染物排放标准四 大气污染物排放限值五 污水综合排放标准六 固体废物污染环境防治法七 工业企业厂界噪声标准 城市生活垃圾处理及污染防治技术政策 焚烧处理部分 1 进炉垃圾平均低热值高于5000KJ kg 2 宜采用以炉排炉为基础的成熟技术 审慎采用其它炉型的焚烧炉 禁止使用不能达到控制标准的焚烧炉 3 垃圾应在焚烧炉内充分燃烧 烟气在后燃室应在不低于850 的条件下停留不少于2秒 4 垃圾焚烧产生的热能应尽量回收利用 以减少热污染 5 垃圾焚烧应严格按照 生活垃圾焚烧污染控制标准 等有关标准要求 对烟气 污水 炉渣 飞灰 臭气和噪声等进行控制和处理 防止对环境的污染 6 应采用先进和可靠的技术及设备 严格控制垃圾焚烧的烟气排放 烟气处理宜采用半干法加布袋除尘工艺 7 应对垃圾贮坑内的渗沥水和生产过程的废水进行预处理和单独处理 达到排放标准后排放 8 垃圾焚烧产生的炉渣经鉴别不属于危险废物的 可回收利用或直接填理 属于危险废物的炉渣和飞灰必须作为危险废物处置 生活垃圾焚烧污染控制标准 一 焚烧炉技术要求1 技术性能指标 注 热灼减率是指焚烧炉渣经灼热减少的质量占原焚烧炉渣质量的百分数 2 焚烧炉烟囱高度要求 3 焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器 二 生活垃圾焚烧厂污染排放限值1 焚烧炉大气污染物排放限值 2 焚烧厂恶臭厂界排放限值 参照国家恶臭污染物排放标准 3 焚烧厂工艺废水排放限值 参照国家污水综合排放标准 4 焚烧残余物的处置要求 1 焚烧炉渣与除尘设备收集的焚烧飞灰应分别收集 贮存和运输 2 焚烧炉渣按一般固体废物处理 焚烧飞灰应按危险废物处理 其他尾气净化装置排放的固体废物按GB5085 3危险废物鉴别标准判断是否属于危险废物 如属于危险废物 则按危险废物处理 5 焚烧厂噪声控制限值 等效声级Leq dB A 参照工业企业厂界噪声标准 6 备注 1 各项标准限值均以标准状态下含11 O2的干烟气为参考值换算 2 烟气最高黑度时间 在任何1h内累计不得超过5min 3 二噁英类毒性当量 TEQ 计算二噁英类毒性当量因子 TEF 是二噁英类毒性同类物与2 3 7 8 四氯代二苯并 对 二噁英对Ah受体的亲和性能之比 二噁英类毒性当量可以通过下式计算 TEQ 二噁英毒性同类物浓度 TEF 4 1ng 10 9g 二噁英简介 一 二噁英的性质二噁英是一种含氯有机化合物 它可以气体和固体形态存在 化学稳定性高 难溶于水 对酸碱稳定 不易分解 不易燃烧 易溶入脂肪 进入人体后几乎不排泄而积累于脂肪和肝脏中 不仅有致癌性 且具有生殖毒性 免疫毒性和内分泌毒性 是目前已知毒性最强的有机化合物 其毒性是氯化氰的1000倍 二噁英的半衰期一般长达5 10年 因而积累在环境中对大气 土壤 河流 湖泊 海洋等造成长期的严重污染 二噁英简介 二 二噁英的分类 其中尤以T4CDD的毒性最强 其毒性为马钱子碱的500倍 氰化物的1000倍 二噁英简介 三 二噁英的生成1 二噁英类的产生源城市生活垃圾在燃烧处理过程中若处理不当极易产生二噁英类物质 二噁英类物质一般产生于混入垃圾中的二噁英类物质 垃圾焚烧过程和烟气冷却过程 生活垃圾在干燥过程和燃烧初始阶段 当氧气含量充足时 生活垃圾中低沸点的烃类气化燃烧生成CO CO2 H2O 但若氧气不足 垃圾中的含氯高分子化合物 如聚氯乙稀 氯代苯 五氯苯酚等二噁英类前驱物 在适宜温度并在氯化铁 氯化铜的催化作用下与O2 HCl 氧离子进行复杂的热反应 通过重排 自由基缩合 脱氯等过程生成二噁英类 这部分二噁英在高温下常常大部分会分解 当烟气出炉温度高于800 且烟气在炉内停留时间大于2s时 约99 99 的二噁英类会分解 在垃圾焚烧过程中被高温分解的二噁英类前驱物在烟气中氯化铁 氯化铜等灰尘的催化作用下与烟气中的氯化物和O2发生反应 在300 附近又会迅速重新组合生成二噁英类 二噁英简介 2 二噁英类的形成机理 高温合成 即高温气相生成 在垃圾进入焚烧炉内初期干燥过程 除水分外含碳氢成分的低沸点有机物挥发后与空气中的氧反应生成水和二氧化碳 形成暂时缺氧状态 部分有机物同氯化氢反应 生成PCDD Fs 一般认为 烟气中PCDD Fs的含量随CO浓度的增加而增加 再次生成 在低温 250 350 条件下大分子碳 残碳 与飞灰基质中的有机成分和无机成分生成PCDD Fs 残碳氧化时 有65 75 转变为一氧化碳 约1 转变为氯苯 接着转变为PCDD Fs 飞灰中碳的气化率越高 PCDD Fs的生成量也越大 前体物的合成 不完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化反应可形成多种有机气相前体物 如多氯苯酚和二苯醚 再由这些前体物生成PCDD Fs 具体哪一种机理起主导作用取决于炉型 工艺 工作状态和燃烧条件 二噁英简介 二噁英简介 3 二噁英类形成的前提条件 存在氯源 如聚氯乙稀PVC 氯气 HCl等 存在氧和过渡金属阳离子作为催化剂 如Cu Fe的金属化合物 具备一定的温度条件 燃烧温度低于850 和烟气出炉膛后下游设备中处于250 350 的低温段 烟气停留时间短 烟气在炉膛高温区内的停留时间小于2s 燃烧工况不良 未采取有效的尾气净化措施 二噁英简介 四 控制二噁英类形成的措施 选用合适的炉膛结构 改善炉内燃烧条件 达到完全燃烧 以控制一氧化碳浓度 控制炉膛及二次燃烧室内的燃烧温度 保证烟气在进入烟道前的温度不低于800 烟气在炉膛和二次燃烧室的停留时间不少于2s 氧气浓度不低于6 焚烧炉内生成的PCDD Fs主要以固态形式附在飞灰的表面 设置高效的除尘设备捕集飞灰和氯化铜 氯化铁等催化剂的颗粒 采用激冷设备 缩短烟气在350 250 温度范围内的停留时间 防止二噁英的再次生成 选用新型袋式除尘器 以及在烟气进入袋式除尘器前的烟道中设置活性炭等反应剂的喷射装置 进一步吸附二噁英 采用先进 完善和可靠的全自动控制系统 使保证焚烧和净化过程良好运行 总之 垃圾焚烧过程中二噁英类的生成量与燃烧状况的好坏有直接关系 而决定垃圾焚烧状况好坏的因素主要为3T 垃圾性质和空气过剩系数 焚烧炉技术简介 目前国内外最常用的几种垃圾焚烧炉 一 炉排炉二 流化床焚烧炉三 回转窑式四 气化熔融炉机械炉排式焚烧炉和流化床式焚烧炉是目前世界上大多数国家大型垃圾焚烧炉的主流设备 焚烧炉技术简介 一 机械炉排式焚烧炉机械炉排式焚烧炉比较适合焚烧热值较高的生活垃圾 从而比较适合于生活质量较高的城市或地区 技术已比较成熟 并在应用中取得了良好的效益 但技术和设备远非完善 主要表现在 1 焚烧炉渣的灼热率约为3 5 尚有潜力可挖 2 燃烧效率低 气相中残留有少量的CO等可燃物 3 由于燃烧温度不太高 烟气中易形成二噁英类毒性物 炉渣中未燃尽有害物的再溶出污染不能完全避免 4 垃圾焚烧的经济型和资源化有待提高 5 烟气处理系统较复杂 6 造价昂贵 维修及运行费用高 目前我国花高价从国外引进的生活垃圾焚烧技术都为机械炉排焚烧技术 但只相当于发达国家上世纪七八十年代的水平 焚烧炉技术简介 二 流化床焚烧炉流化床技术目前主要由国内一些科研院所开发 研制 取得了一些成果 但由于技术仍不成熟 所取得的效果亦有限 且垃圾处理能力较大的流化床技术在实践中都难以实现 流化床炉技术在70年代初用来焚烧生活垃圾 但由于需加煤才能稳定燃烧 使后续烟气处理设备复杂 烟气难以处理 90年代后期 由于烟气排放标准的提高 流化床技术在生活垃圾的焚烧领域几乎消失 流化床式焚烧炉对低热值垃圾的适应性好 燃烧效率较高 缺点是炉膛燃烧温度过低 一般在850 左右 烟气停留时间段 容易导致二噁英类物质的产生 形成二次污染 二次污染除二噁英类外 主要有Cd As Hg Pb等重金属污染和HCl Cl2 SO2等酸性气体污染 焚烧炉技术简介 三 回转窑式焚烧炉回转窑是在钢制的圆筒内部 加装耐火衬里或由冷却水管及有孔钢板焊接成圆筒状 以垃圾传送方向为轴心 呈小角度倾斜旋转的设备 其外围有两组环状钢制轮圈及几个滚轮支撑 使圆筒缓慢的移动而将垃圾搅拌及向前输送 回转窑式焚烧炉的单炉处理能力无法与机械炉排式焚烧炉相比 而其二噁英控制能力则远逊于气化熔融炉 焚烧炉技术简介 四 气化熔融炉垃圾气化熔融焚烧技术是世界各国 特别是发达国家目前正致力于开发的面向21世纪的新一代生活垃圾焚烧工艺 该工艺将生活垃圾中有机成分的气化和无机成分的熔融集成为一体 其工作原理为 生活垃圾在贫氧条件下部分燃烧实现气化 生成可燃气体 熔融处理飞灰和底渣 气化熔融焚烧的突出优点 燃烧过程集垃圾气化和熔融于一体 高温快速焚烧处理 以解决生活垃圾焚烧过程中严重的二次污染问题 尤其是二噁英类毒物的污染问题 该工艺包含两个关键过程 即有机成分的热解气化过程和热解残留物的熔融焚烧过程 热解气化是指在缺氧条件下利用热能使有机化合物的化合键断裂 由相对分子质量大的有机物转变为相对分子质量小的CO H2 CH4等可燃气体 热解残留物的熔融焚烧过程是指在高于灰渣熔融点的高温条件下对热解残留物进行熔融处理的过程 根据热解与熔融反应容器的异同以及处理对象的差异 可将气化熔融焚烧技术分为三类 三者的主要技术特征比较见下表 焚烧炉技术简介 焚烧炉技术简介 直接气化熔融垃圾焚烧炉的特点 1 垃圾熔融处理温度高于1300 二噁英被彻底分解 焚烧气氛为还原性 生活垃圾中的重金属在高温条件下以金属形态排出 因此 气化熔融焚烧技术可以从根本上解决二噁英和重金属二次污染的问题 2 高温焚烧不仅能够摧毁生活垃圾中的二噁英和二噁英的前趋物 而且能将绝大部分飞灰熔融固化下来 杜绝在下游低温区域设备上促进由氯化有机物 氯盐 氧气和水分子等生成金属盐类化合物 如CuCl2 FeCl3 这些金属盐类化合物是合成二噁英类物质的重要催化剂 3 高温焚烧将大部分飞灰和炉渣熔融后 经水骤冷形成玻璃体 将灰渣中残留的重金属固化 灰渣可以综合利用 处理过程对环境产生的负担接近于零 4 焚烧后的烟气温度高 适合采用燃气 蒸汽联合循环形式得以大幅度提高生活垃圾焚烧发电的效率 几种焚烧炉技术的比较 1 垃圾 2 料斗与粉碎机 3 料仓空气 4 循环沙 5 气化炉 6 鼓风机 7 空气换热器 8 给料机 9 分选器 10 铁铝类金属 11 无机不燃物 12 振动筛 13 灰渣卸料管 14 燃烧空气 15 燃烧炉 16 过热器 17 锅炉 18 熔融炉 19 燃烧窒息室 20 活性炭 21 激冷塔 22 石灰石尾气 23 布袋除尘器 24 催化反应塔 25 飞灰稳定化处理 26 引风机 27 烟囱 28 熔融渣 29 冷却池 30 飞灰 31 发电 32 供热 1 垃圾 2 料斗与粉碎机 3 料仓空气 4 给料机 5 鼓风机 6 空气换热器 7 分选器 8 铁铝类金属 9 无机不燃物 10 循环沙 11 气化炉 12 熔融炉 13 气化燃气 14 锅炉 15 振动筛 16 冷却池 17 燃烧空气 18 熔融渣 19 飞灰 20 燃烧窒息室 21 活性炭 22 急冷塔 23 熟石灰 24 布袋除尘器 25 飞灰稳定化处理 26 催化反应塔 27 引风机 28 烟囱 29 发电 30 供热 1 垃圾 2 料斗 3 粉碎机 4 料仓空气 5 鼓风机 6 空气换热器 7 给料机 8 主空气 9 冷却池 10 分选器 11 铁铝类金属 12 熔融渣 13 辅助空气 14 直接气化熔融焚烧炉 15 焦炭和熟石灰 16 锅炉 17 发电 18 供热 19 飞灰 20 燃烧窒息室 21 活性炭 22 急冷塔 23 熟石灰 24 布袋除尘器 25 飞灰稳定化处理 26 催化反应塔 27 引风机 28 烟囱 焚烧炉或燃煤锅炉的简化模型 传统余热利用方法 蓄热式余热利用 前半周期 蓄热式余热利用 后半周期 存在的主要问题 1 高温端换向如何实现 类似于高风炉 固体燃料的普实性问题 查新显示 固体燃料的蓄热式余热利用未见报导 2 高温端密封问题 有毒烟气不允许任何泄漏 高温条件下低熔点密封材料不能使用 3 决定垃圾焚烧状况好坏的因素主要为3T 垃圾性质和空气过剩系数 3T指燃烧温度 Temperature 停留时间 Time 和湍流度 Turbulence 周期性换向必然带来助燃空气的间歇式供给 从而破坏焚烧炉内已经建立的湍流环境 湍流环境的周期性建立和消失对焚烧的稳定性有多大影响 或许是致命的 4 因垃圾热值和性质极不稳定 间歇式供给助燃空气是否会导致熄火 并使烟气最高黑度时间在1h内累计超过5min 从而达不到环保要求 熄火后如何快速点火 点火需要辅助燃料吗 存在的主要问题 续 5 二噁英物质在低温 250 350 条件下会再次生成 烟气经过蓄热体降温过程中存在该低温段 此外 蓄热体中的金属氧化物是否会成为该再生过程的催化剂 6 垃圾烟气中含有多种酸性物质 HCl HF 硫化物 氯盐等 随温度降低 腐蚀性增加 由此带来低温段换向阀的腐蚀问题 沿海地区盐分高环境下已出现类似情况 腐蚀程度非常严重 7 对机械炉排来说 无论是往复式炉排 还是马丁炉排 或锅炉的链条式炉排 助燃空气都起一定冷却传动部件的作用 通过预热而使助燃空气温度大幅度提高后 如何解决机械传动部件冷却问题 8 格子体及换向阀堵塞问题 替代方案 陶瓷换热器 陶瓷换热器使用条件 适应各种工业窑炉 包括 加热炉 熔炉 倒焰窑梭式窑 回转窑等燃气工业窑炉 采用SiC导热管 使用温度 1300 采用堇青石 莫来石耐火保温管 使用温度 1000 漏气率 0 5 北京市 十一五 时期生活垃圾处理设施建设规划实施方案 一 生活垃圾产生量2005年北京市生活垃圾日产生量约14710吨 537万吨 年 2004 2005年餐厨垃圾日产生量约为1214吨 44万吨 年 其中 1 城区日产生活垃圾10490吨 383万吨 年 其中餐厨垃圾976吨 36万吨 年 2 郊区县日产生活垃圾4220吨 154万吨 年 其中餐厨垃圾238吨 8 7万吨 年 北京市 十一五 时期生活垃圾处理设施建设规划实施方案 二 生活垃圾产生量预测按照常住人口1650万并综合居民生活水平 居住条件 燃料结构变化情况预测 2010年北京市生活垃圾日产生量16620吨 607万吨 年 1 城区生活垃圾日产生量8930吨 326万吨 年 2 郊区县生活垃圾日产生量7690吨 281万吨 年 如果2010年全市常住人口达到1800万 生活垃圾日生量将达到18215吨 665万吨 年 1 城区生活垃圾日产生量9820吨 358万吨 年 2 郊区县生活垃圾日产生量8395吨 306万吨 年 北京市 十一五 时期生活垃圾处理设施建设规划实施方案 三 生活垃圾处理存在的主要问题1 处理设施能力不足 目前设施日处理能力是10350万吨 随着8座垃圾处理场的陆续关闭 处理能力缺口进一步加大 2 设施分布不合理 现有设施中80 以上处理的是城八区的垃圾 3 处理技术单一 资源化 减量化水平低 90 靠卫生填埋 焚烧 堆肥处理仅占10 不仅占用大量土地 且减量化 资源化水平低 4 设施建设用地日益紧张 选址困难 如果不改变传统的以卫生填埋为主的垃圾处理模式 垃圾处理将面临离城