垃圾焚烧中对二恶英污染的控制治理技术措施

1、垃圾焚烧中对二恶英污染的控制和治理技术一、政府的声音和面临的形势与任务2012年3月国家发改委下发通知明确了生活垃圾焚烧 发电项目的(上网电量为每吨生活垃圾折算280kw.h,上网电价0.65元/kw.h )。与此同时，国务院要求到 2015年，城市生活垃 圾无害化处理率达到 90%以上。截至2013年底，全国已投入运行的城市生活垃圾焚烧发电 厂已达168座。2014年7月1日开始实施的最新生活垃圾焚 烧污染控制标准规定，垃圾焚烧厂二恶英排放标准为 0.1 ngTEQ/NM3。比原标准(1.0ngTEQ/NM3)提高了 10 倍。生活垃圾焚烧易带来二次污染，其中危害最严重、百姓争议最 大的是二

2、恶英污染。 二噁英是工业生产及废物焚化过程中产生的有 害副产物，它是一种含氯的强毒性有机化学物质，性质稳定，熔 点约为303-305 0c,温度高于705c才开始分解，容易在生物体内积 累，对人体危害严重。被公认为是“地球上毒性最强的毒物”， 对我们赖以生存的环境如大气和水等有着巨大的威胁。已经证实垃圾焚烧是目前 二噁英类化合物最大的产生来源。 近年来，由此而 引发的民众维权活动此伏彼起，多地垃圾焚烧厂的建立遭到了民众的强烈反对，甚至个别已运行的垃圾焚烧厂被迫停产搬迁。成为影响社会和谐稳定的不利因素。为应对最新生活垃圾焚烧污染控制标准要求及二恶英排放标准0.1 ngTEQ/NM3的欧盟标准执

3、行。相关环保行业需要从以下四个方面入手；1. 整体运行工艺过程做到制度化管理措施实施到位。2. 在焚烧阶段采用能对二恶英进行有效控制的新技术，对原有老 焚烧设备进行必要的技术改造3. 在尾气处理阶段对二恶英的终端治理工艺的最优化筛选。4. 监管到位 由于二恶英检测的特殊性，在目前做不到在线监测的条件下，需要政府尽快建立严格甚至苛刻的监管机制二、二恶英污染的控制技术提升和必要的设备改造 现行新标准要求已运行和新建的垃圾焚烧项目尤其是 普及率较高的炉排炉生产线对二恶英污染控制措施进行技 术提升和设备改造。1. 在燃烧段保证垃圾在炉膛更充分的燃烧国际上通用的“ 3T+1E原则（即：炉膛（二次燃烧室）

4、内燃烧温度 不小于850C ;停留时间不少于2. 0 s充分较高的烟气湍流度；以及合 适的过量空气系数） 在我国垃圾焚烧行业以往的工程实践应用中已经 做了很多工作。 但这些工作基本都停留在垃圾分类收集、 贮池翻堆控 水、发酵干燥脱水和破碎分选等垃圾原料入炉前的源头控制提高垃圾 热值阶段，一般属管理范畴。需要指出；我们所面对的现实国情是实 现生活垃圾分类遥遥无期、 垃圾低位热值普遍不高 （50006500kj/kg ）、 化学材料工业的迅猛发展和生活用品的化学化使垃圾成份愈加复杂 多变、受季节气候等因素影响含水率高和导致二恶英生成的氯源、 硫 源垃圾成份含量只增不减。 多年来， 我国大多数尤其是

5、较大型焚烧炉 均依赖国外进口或国外技术， 而这些先进国家的入炉垃圾在热值和组份上与我国垃圾差距巨大。这些“洋式炉型”在中国运行是要接地气 的，要适应中国国情。环保行业面对新标准的执行，在加强管理的同 时（主要是有针对性地选择好垃圾源头治理方法和提高垃圾热值的技 术措施），在垃圾焚烧生产线上对二恶英污染进行控制技术提升和改 造也是十分必要的。1.1 增加焚烧炉炉膛高度技术的可行性和实践基于 以上，垃圾 炉排炉的生产运行要做到更进一步的提温、实现更 充分和稳定的达产燃烧是受多方面现实因素影响限制的。为此，业 内人士在焚烧炉改造上做过不少有益的尝试。有最新资料显示 1 ， 为应对欧盟标准， 在余热锅

6、炉设计上比原项目余热锅炉炉膛高度增 加5米以上，使正常工况情况下，烟气在850 C以上维持时间由原设 计25秒提高到 3秒以上。 这种技术改造设计是合理的且具有现实 的可操作性，已经成功的应用到工程中。 它的合理性在于；“ 3T+1E” 要素是全部体现在二燃室燃烧工况能否保证 。这种改造既从停留 时间 上提高到 3秒以上，又从 空间 上保证了过量空气与热解气体及 残碳颗粒物的充分搅拌混合，很轻松地实现了充分燃烧，并且对提 高炉温应会有很大帮助。我们知道；流化床炉不用关注二恶英污染 的理由在于；流化床特有的焚烧工艺使其燃烧温度都在 1100C以上, 且炉膛高度一般都在 20米以上，烟气流速在 5

7、m/s, 所以停留时间都 在3s以上，能够保证在燃烧段基本不产生二恶英。我们通过在立式 炉二燃室改造中 进行了相同的技改方法工程实践，得到了很好的 效果印证，不但燃烧稳定，停留时间有充分保障，而且温度也提高 了 100C以上。如能和以下焚烧工艺调整做到合理及时的配合，则 焚烧炉燃烧工况实现 “ 3T+1E” 原则要求当无问题。1.1.1. 烟气中CO浓度要求控制在40mg/mc以下。过高说明燃烧不充 分。工艺调整方法包括； 1）进料量和料层厚度的调整， 2） 引风机速度的调整， 3）1.12 烟气中Q浓度要求控制在69%间（国标612），这对抑制二恶英生成十分重要。 过高说明过量空气系数太大会

8、降低炉 温，过低则表明助燃空气供给不足。 由于二燃室是富氧燃烧， 适度的过量空气系数是确保高温燃烧的重要一环。 过量空气 系数一般在 1.52.0之间，最高的达 2.2（一二燃室据实适 度分配，二燃室约占 35%）。1.1.3. 由于炉排焚烧炉的燃烧工况控制存在滞后、惯性大、负荷冲 击和干扰多的情况， 所以在保证风温恒定的同时对风量和风 压及料层的控制要适度，避免大起大落造成不稳定燃烧。为 应对新标准，自动化控制系统也需要进一步更新。2. 避免二恶英二次合成对空预器和省煤器的整体改造2.1 二恶英二次合成的条件； 行业内普遍认为；二恶英的二次从 头合成反应机理是二恶英的主要生成途径。固然提 高

9、炉膛燃烧段 的燃烧温度对 二恶英 的生成有极其重要的作用 ,但不是影响 二恶英 排放的主要原因 ,烟气经净化和换热设备的降温过程才是 二恶英 超 标排放的主要原因；焚烧炉后段的烟气在空预器和省煤器的换热降温时的 450C-250 C阶段，因燃烧不充分产生的未燃尽残碳与烟气飞灰中氯、氢、氧在过渡性重金属（主要是铜）的催化作用下二次 合成二恶英 ，因此，防止在烟气换热降温过程中的二恶英再次合 成是保证烟气排放达标的中二恶英重要措施为此，采取技术手 段实现烟气在这一温度段快速降温（使其来不及合成）便成为降 低二恶英含量的主要措施。2.2. 技改措施； 笔者在某电厂焚烧炉后段烟道的换热系统改造中， 将

10、空气预热器和常规省煤器拆除， 全部换成 “整体型螺 旋翅片管换热 器”。工艺流程描述为；在换热器系统中， 螺旋翅片管内走水，管外 走烟气， 从某级低加入口引冷凝水进入系统内充分快速换热后， 再在 系统外给炉膛一、二次风提温加热后，进入某级合适 的低加母管入 口。整体系统的入口和出口的长度和截面积及管的配置均以烟气温度450 C 250C快速降温段烟气流速达到5米/秒以上的目标设计和 实施。运行结果表明改造是成功的，检测达标。2.2.1. 从材料角度比较 ；整体轧制型螺 旋翅片管比常规光管单位长 度的受热面积增加了 4倍以上。依据换热公式Q=K F T,传热量 与面积成正比，传热效率前者是后者的

11、 3.5倍以上。在使用寿命上前 者是后者的 2倍。流线型表面有导流自清洁作用不易积灰堵塞，在一 定工况条件下烟气侧阻力 小 ，抗高温酸腐蚀效果好。2.2.2. 从换热形式 改变； 一般情况下，烟气 水介质的换热效率要 高于烟气空气的换热效率 20-30倍。目前多数厂家设置减温塔 利用喷水在 1秒钟使烟气温度急剧下降。此种技术虽可行，但一是浪费了宝贵的热能，并且还要抽汽为一、二次风加热至200 C以上，减少了发电量。二是大量水份蒸发造成了烟气和飞灰湿度 加大，为后段的尾气中和反应或活性炭吸附及布袋除尘器的运行 造成了粘结、堵塞等不利影响。2.2.3. 换热器的两侧面配置声波吹灰器。 在 换热器后

12、烟气出口配 置烟气灰尘分离沉降室或旋风除尘器（二选一） 。在其底部安装双螺 旋自动除灰槽。一般在250C以下，烟气中的重金属和含氯有机物达 到饱和而凝结成灰尘颗粒， 将烟气中分离下来且含有多种有毒有害包 括二恶英的灰尘颗粒物及时排出系统外是非常必要的三、焚烧烟气排放前对二恶英的终端处理技术进展 多年来，二恶英的终端处理技术很多， 单一的或几种方式组合各有优 劣且已经形成常规，技术上少有突破。普遍存在的问题是； （1）工艺 路线长，管理滞后（ 2）运行与耗材成本高（ 3）自控能力稍差。在实 际操作中，有烟气净化设备却不开机运行的情况不在少数。 监管稍一 放松，垃圾焚烧厂就浓烟滚滚。近几年，一种专

13、门针对二恶英脱除的低温催化剂治理技术逐渐走 上环保市场， 已实现了工厂化运行阶段且效果良好， 但此工艺由于刚 刚在市场推广，案例很少。3.1. 材料和脱除系统介绍 . 脱除 二恶英低温催化剂不需要任何额外 的反应剂和添加剂，适宜温度150-350 C,可同时去除高达99.99%的 二恶英和尾气中的氮氧化物，活性高，寿命长，压降小，多孔结构 比表面积大，在单层中一步完成二恶英的分解过程， 一次性投入可用5-8年，整个反应器系统工艺路线简单可靠，结构紧凑，可安装在袋 式除尘器后，引风机前。节省运行操作费用。但价格不菲；进口和国 产的脱除二恶英低温催化剂的市场价格不但都要比脱硝高温催化剂 成倍高出，

14、且此进口产品也比国产产品也是成倍高出。 需要在多方面 综合比较其性能价格比；包括同等条件下的用量、脱除效果、使用寿 命、是否可再生成本、危废的处理成本等大致反应方程式tc卩(9+山 5n) Ot 曲、(n-4) 0+1200,+ (8-n) HC13.2图例：P和nciple of Catalytic Destruction of Dioxins/Furans二恶英/帙脯催化刑分解原瑰Cowiyit suiTace四. 结论本文是应客户要求，针对一些垃圾焚烧厂面对国家新的苛刻的二 恶英排放标准在执行中屡不达标的具体问题而作， 都是处于前沿的最 新技改工艺，均有工程范例可循。具有很好的可操作性，

15、且减排效果 显著，投资较小。除了炉膛改造须要在大修期间完成外，其他项目都 可以在不影响生产的情况下完成。1 诸冠华，垃圾焚烧中二噁英的减排措施一应对欧盟标准J.城乡与环境，2011( 1)2吴海龙焚烧炉二恶英排放特性及关键控制技术研究-浙江大学2012-04-20的燃烧温度。炉膛温度反映的是燃料在炉膛内燃烧 后释放出的热量经传热传质过程后烟气的能量大 小，不同的炉膛温度对应着不同的烟气恰值，因此炉 膛温度最终取决于炉膛内的热量收支平衡式。实际 燃烧过程中燃料燃烧所释放的热量不完全转换为烟气熔值，有一部分被炉膛吸收,还有一部分以散热损 失及灰渣热物理损失等方式损失掉，剩余的热量才 以高温烟气形式

16、带出炉膛。因此对于CFB垃圾焚 烧炉炉膛可采用基于热平衡方程下的炉膛燃烧温度计算式：Qh- Qh一 Q逑t二m(1)亠 _ 一亠 = L-亠 亠-(2)Qrl进入炉膛总热量，kj/kgQ、炉膛吸热量，kj/kgQv炉膛各项热损失之和，kj/kg匕燃烧生成的各项烟气量，m3 态)/kg (标Ci-一不同温度下各项烟气成分的定斥比执容,kj/(m3 C )(标态)t宁膛烟气温度C进入炉膛总热量Q “按下面计算式计算: n 10_ 如_ 的1()() C1A式中(k燃料低位发热量，kj/kgQ* 别为进入炉膛热空气带入焙和 冷空气带入焰，kj/kg、94、q.一 别为锅炉气体未完全燃烧热 损失、固体

17、未完全燃烧热损失和灰渣物理热损失百分比对于CFB垃圾焚烧炉而言，炉膛中的换热是一个复杂的传热传质过程,其主要以对流换热为2人 由于商业技术保密原因，冃前还没有公开准确的 算公式，工程上可采用Qt二KH&计算式来漲 算炉膛吸热量，式中H、分别表示为炉膛受热闻 积(n?)和对流换热温压值(C)；K为炉膛热烟气和 固体颗粒与水冷壁管束间的对流换热系数经验值.一股取 150 200W/(nT K)。表1不mi发哲m炖圾成分冗素分析项H犹称No 1Nn2No 3Nc4No5No 6C./*9 72IQ 34IQ 96Il 5812 1912 81H.佻2 272 272 272 272 272 270. fit6 536 536 536 536 536 53凡锯0 210 21ft 210 210 210 210 07Q 07Q 070 070 07a 07陷展54 8654 8654S4 8654 8654 8626 3425 7225 1024 4823