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生活垃圾焚烧厂烟气净化处理技术分析

  来源:化学工程与装备 荆慧 | 发布时间:2019-04-12

  北斗智库环保管家网讯:近年来,在国家政策的支持以及为应对垃圾产生量暴增处理形势日益严峻的态势,我国各地纷纷上马垃圾焚烧发电项目,逐步向规模化、一体化、自动化发展,国产设备研发、制造与国际日益接轨。
 
  垃圾焚烧后可减容90%、减重80%,效果十分明显,且具有回收余热、处置彻底、效果稳定、土地少等优点,是卫生填埋、裂解、堆肥等方式无法相比的,已成为越来越多城市的首选,预计到2020年福建省垃圾焚烧处理率将达到70%以上,其中设市城市基本实现只烧不填。
 
  但由于每吨垃圾焚烧后产生的烟气达7000m3以上,其污染已越来越受到人们的关注,成为投诉的重点问题,因此控制和处理好烟气,事关垃圾焚烧厂的能否避免邻避效应、解决邻里问题的关键,本文以安溪城市生活垃圾焚烧发电厂改扩建项目为例分析垃圾焚烧烟气处理工艺。
 
  1安溪城市生活垃圾焚烧发电厂改扩建项目概况

        项目位于安溪县城厢镇涝港村青林山,现创冠环保(安溪)有限公司厂区东侧预留地。现有项目日焚烧处理垃圾600吨(2X300t/d),改扩建一条(750t/d)的垃圾焚烧生产线,建成后每年开工运行333天,年处理垃圾27.375万吨,焚烧炉采用机械炉排炉。
 
  2烟气的主要污染物成分及产生来源
 
  生活垃圾焚烧烟气成分十分复杂,其体积比的99%由O2、N2、CO2、H2O等无害物组成,酸性气体(氮氧化物)、一氧化碳、重金属、粉尘及残余有机物(包括二恶英及呋喃等)污染物约占1%。
 
  防止烟气污染应尽量实现垃圾分类避免不可燃物、有害物等物质的混入,如餐厨垃圾的进入不仅降低燃烧温度,而且餐厨垃圾的盐类可导致二恶英等物质的生成并提高后续飞灰氯离子的含量,电池、废旧灯管进入将增加烟气中重金属的含量;另一方面应掌握污染物的形成机理,控制炉内焚烧工况,保持良好的燃烧状态,减少或避免有害物的产生。如控制燃烧过程的炉温、停留时间、紊流度以及过量空气,也称“3T+E”法,确保二恶英达标排放。
 
  (1)酸性气体。主要成分包括SOx、NOx、HCl、HF等,SOx大部分为SO2,由垃圾中含硫化合物焚烧产生;NOx由垃圾中含氮化合物分解转换或由空气中的氮元素燃烧高温氧化产生,包含NO、NO2、N2O3等,其中NO约占95%;HF由塑料中的氟燃烧产生;HCl由垃圾中的有机氯化物,如:PVC塑料、橡胶、皮革等燃烧生成,以及NaCl、MgCl2反应产生,如:H2O+2NaCl+SO2+0.5O2→Na2SO4+2HCl。
 
  (2)二恶英及呋喃。无色无味、难溶于水、易溶于脂肪,它并不是一种单一物质,而是结构和性质相似的有机化合物的统称,二恶英及呋喃的同类物或异构体达210种。垃圾焚烧是二恶英的产生来源之一,由含氯有机物不完全燃烧通过复杂热反应形成的。
 
  (3)粉尘、重金属。垃圾在焚烧过程中,由于高温分解、氧化的作用,燃烧物及其产物的体积和粒度减小,其中不可燃物大部分已炉渣排出,一小部分轻质的物质在气流携带作用下,从锅炉出口排出形成含有颗粒物即粉尘。
 
  重金属包括汞、镉、铅等微量有害元素,垃圾中的电池、废旧灯管、油漆、油墨等在焚烧过程中,重金属及其化合物随着烟气离开焚烧区域后冷凝形成直径很小的颗粒。重金属可在生物体内富集,或形成其它毒性更强的化合物,产生致癌、致突变作用。
 
  3烟气的排放控制标准
 
  2016年1月1日起所有焚烧厂都必须执行《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014),以下是国标与欧盟2010部分指标的对照表:
 
 
 
  从表中可以看出,我国实行的是小时均值和日均值,欧盟则采用半小时均值和日均值,我国排放标准正逐步与欧盟标准,HCl的24小时排放指标高于欧盟日均值的5倍,是基于我国垃圾中餐厨垃圾含量较高,综合经济、技术角度考虑制定的限值。
 
  4烟气的净化处理技术
 
  烟气净化一般由氮氧化物脱除、酸性气体脱除、颗粒物捕集、有机物及重金属去除等工艺组成,安溪焚烧厂改扩建项目的烟气处理流程为“SNCR炉内脱硝+旋转喷雾反应塔+碳酸氢钠干粉喷射+活性炭喷射+高效袋式除尘”的净化工艺,各段净化处理工艺流程及原理如下:
 
  4.1工艺流程图
 
 
 
  图1烟气净化工艺
 
  4.2炉内脱硝SNCR系统
 
  NOX用简单的酸碱反应无法去除,一般采用SNCR(选择性非催化还原法)或SCR(催化还原法)通过氧化还原反应去除。SNCR法工艺简单,设备占地面积较小;SCR的脱硝效率较高,但设备复杂,投资与运行维护成本较高,催化剂需要按危险废物进行特殊处理。
 
  SNCR法不需要催化剂,在高温800-1000℃下,直接向炉膛内喷射氨水(或尿素),将NOX还原为N2,氨水作为还原剂的反应式:
 
  
 
  氨水喷入炉膛点的温度,关系到氮氧化物去除效果。温度低,反应不够彻底;温度过高,NH3被氧化为NOx,NOx不但没有被还原,浓度反而增加,因此实际运行中应注意掌控合适的温度和氨水的投加量。
 
  4.3半干法+干法脱酸
 
  一般情况下酸性气体中HCl的含量最高,HF、SO2相对较低,它们除污染环境外,还会对焚烧炉及锅炉造成腐蚀,处理方式主要用石灰浆或碳酸氢钠等碱性药剂进行酸碱中和反应去除。其处理工艺分为干法、半干法和湿法。安溪扩建工程采用半干法(石灰浆旋转喷雾)+干法(碳酸氢钠喷射)组合工艺。
 
  干法是将消石灰或碳酸氢钠直接喷射在烟道内,并辅以后续的高效除尘器。该工艺流程简单,维护方便,但脱酸效果较差;湿法采用洗涤塔洗涤,利用NaOH等碱性吸收剂在洗涤塔内吸收酸性气体。
 
  湿法去除率高,HC1的去除率可达95%以上、SO2去除率可达80%以上,但流程复杂、且处理过程会降低烟气温度需再加热、并产生高浓度的氯盐及重金属的污水需进行相应的处理,一般只用在排放严格的地区;半干法介于干法和湿法之间,具有脱酸效率相对较高,HC1的去除率可达90%,无二次污水产生、投资相对较低等优点,应用较普遍。
 
  半干法工艺及反应原理如下:
 
  将石灰浆喷入高速转动的旋转雾化器,雾化成微小液滴,液滴与烟气形成逆流,发生中和反应:
 
  
 
  反应生成CaCl2、CaF2、CaSO3及CaSO4等,一部分产物由锥体底部排出,另一部分挟带着飞灰及各种粉尘的烟气进入袋式除尘器,此过程中部分二恶英(及呋喃)和重金属也凝结或被干燥的粉尘吸附而去除。
 
  4.4活性炭喷射及布袋除尘系统
 
  活性炭喷射系统位于脱酸系统之后、除尘器之前,主要目的是吸附重金属及二恶英、呋喃等,保证重金属及二恶英达标排放。
 
  除尘器通过压缩空气脉冲清灰,附着在滤袋内壁表面上的粉尘在振动和反向气流的作用下,脱离滤袋落入灰斗,除尘器兼有二次酸气清除的功能,前端未反应的碱性物质附着在滤袋上,当烟气通过时再次与之反应。
 
  布袋除尘器滤料应选用具备良好的抗酸、抗破、抗氧化、耐疲劳、耐高温等材料一般采用玻璃纤维与PTFE(聚四氟乙烯)混纺滤料。
 
  4.5二恶英的控制和去除
 
  为降低烟气中二恶英的浓度,首先应从焚烧工艺上尽量控制其生成,如实行垃圾分类,尽量减少含氯和重金属(主要是铜)高的垃圾进入焚烧厂;控制燃烧过程的“三T”,保持良好的燃烧工况,使垃圾充分燃烧,既可降低一氧化碳也可减少二恶英的生成;缩短烟气在处理和排放过程中300-500℃区域的时间,防止二恶英重新合成;控制进入除尘器入口的温度低于200℃,选用高质量的活性炭和高效的布袋除尘器进行吸附、截留。
 
  5结语
 
  烟气净化是城市生活垃圾焚烧厂污染控制的关键,各种污染物的浓度随垃圾成分及焚烧炉炉型、燃烧工况等因素不断变化。
 
  (1)氮氧化物通过SNCR和SCR两种氧化还原方法去除,SNCR法使用较广泛,可将氮氧化物处理至国标要求的250mg/Nm3,排放严格的地区两种工艺组合使用。还原剂可使用尿素或氨水,但尿素溶液在冬季时可能结晶,需要加热;且尿素可能发生副反应,生成强腐蚀性的异腈酸,因此大多数焚烧厂采用氨水作为还原剂。
 
  (2)干法、半干法和湿法脱酸工艺,既可以单独使用也可以组合使用。国内已建成的垃圾焚烧发电厂大多采用半干法+干法工艺,湿法用于排放严格的地区。脱酸药剂主要采用Ca(OH)2或NaHCO3,NaHCO3成本较高,但反应速度快,脱酸效率高,产生的飞灰量少。
 
  (3)喷射器喷出的活性炭应确保活性炭的质量(比表面积>900m2/g,碘吸附率>800),且应与烟气充分混合,保持一定的接触时间,才能达到较高的净化效率。
 
  (4)布袋除尘器是净化系统的末端设备,它在净化生活垃圾焚烧烟气方面具有独特的优越性,烟气通过袋式除尘器后,氯化氢、硫氧化物、氟化氢、重金属和二恶英再次得到净化,GB18485-2014中规定生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器。
 
  (5)采用半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘的烟气净化处理系统,具有较高的净化效率,烟气污染物排放浓度均可控制在标准范围之内。
 
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关键词: 垃圾焚烧   环保技术   环保管家  

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