淺談垃圾焚燒爐煙氣治理

                      欄目:公司資訊 發布時間:2022-01-11
                      垃圾焚燒是一種對城市生活垃圾進行高溫熱化學處理的技術,將生活垃圾作為固態燃料送入爐膛內燃燒,在800-1000℃的高溫條件下,可燃組分與空氣中的氧發生劇烈的化學反應,釋放出熱量并轉化為高溫的燃燒氣體和少量的性質穩定的固體殘渣。

                          垃圾焚燒是一種對城市生活垃圾進行高溫熱化學處理的技術,將生活垃圾作為固態燃料送入爐膛內燃燒,在800-1000℃的高溫條件下,可燃組分與空氣中的氧發生劇烈的化學反應,釋放出熱量并轉化為高溫的燃燒氣體和少量的性質穩定的固體殘渣。當生活垃圾有足夠的熱值時,生活垃圾能靠自身的能量維持自燃,而不用提供輔助燃料。

                        城市生活垃圾焚燒煙氣主要成分為CO2、N2、O2、水蒸氣及部分有害物質如HCL、HF、SO2、NOX、CO、重金屬(Pb、Hg)和二噁英,因此,垃圾焚燒煙氣需要凈化處理后才能向大氣中排放。 

                        一、焚燒工藝

                        垃圾經分揀壓縮處理后,投入焚燒爐中燃燒,高溫煙氣經余熱鍋爐冷卻,并回收余熱用于供熱和發電,殘渣及爐灰從爐底排出。生活垃圾含水率比較高,而熱值比較低。通常,當低位熱值>5000KJ/Kg時,燃燒效果較好;而當低位熱值小于3350KJ/Kg時,需采取摻煤或燒油等助燃措施。

                        生活垃圾焚燒工藝較多,最常用的有爐排焚燒爐和流化床焚燒爐。

                       ?。?)爐排焚燒

                        機械爐排式焚燒爐采用層燃技術,以機械式的爐排塊構成爐床,將垃圾進行直接燃燒,爐排間的相對運動和垃圾本身的重力使垃圾不斷翻動、攪拌并推向前進,整個燃燒過程在一個爐膛進行。垃圾首先進入干燥段,為了保證垃圾能夠快速烘干、脫水,采用加熱后空氣從爐排底部對垃圾進行烘干,同時爐內燃燒垃圾也能對干燥段垃圾進行烘烤;當垃圾進入燃燒段后,垃圾在900℃左右進行高溫燃燒,可使其中的可燃成分和有害成分被徹底分解,同時爐底進入空氣對爐排進行冷卻,從而防止高溫對爐排的損害;當垃圾進入燃燼段后,垃圾處于降溫過程并徹底燃盡,完全變成灰渣,垃圾燃燒整個流程完成。

                       ?。?)流化床焚燒

                        流化床焚燒爐是在爐內鋪設一定厚度,一定粒度范圍的石英砂,通過底部布風板鼓入一定壓力的空氣,將砂粒吹起類似水的沸騰狀態。流化床內氣固混合強烈,傳熱傳質速率高,單位面積處理能力大,具有極好的著火條件。

                        垃圾入爐后即和熾熱的石英砂迅速處于完全混合狀態,垃圾受到充分加熱、干燥,有利于完全燃燒,床內燃燒溫度控制在800-900℃。流化床爐采用石英砂作為熱載體,蓄熱量大,燃燒穩定性較好,燃燒反應溫度均勻,很少局部過熱。流化床焚燒爐能處理生活垃圾、工業廢物和污泥等廣泛的廢物種類。

                        二、垃圾焚燒煙氣特點

                        1)污染物危害大,治理要求高。煙氣中污染物包括顆粒物(粉塵、飛灰)、酸性氣體(HCL、HF、SOX、NOX等)、有機氯化物(二噁英、呋喃)、重金屬(Hg、Cd、Pb等),其中,二噁英是劇毒致癌物質,重金屬元素直接危害人體健康。

                        2)煙氣濕度高,露點溫度高。生活垃圾自身含水分較高并且多變,使焚燒煙氣的含濕量較高,一般為25-35%,最高可達50-60%。同時由于煙氣中含有酸性氣體,導致煙氣露點溫度高達130-140℃,設計必須充分考慮防結露、耐腐蝕措施。

                        3)煙氣溫度變化大,對溫度控制要求高。余熱鍋爐出口煙氣溫度為200℃左右,但瞬時溫度可超過300℃,瞬時低溫可能低于150℃,須采取調溫、控溫措施,此外,由于250-600℃為二噁英再聚合的適宜溫度段,在選擇冷卻方式時應予規避。

                        三、煙氣凈化技術

                        1)除塵

                        垃圾焚燒爐煙氣中所含煙塵,平均粒徑為20-30um,堆積密度為0.3-0.5g/cm3,原始含塵濃度為1.5-15g/m3(標態),摻加有害氣體處理劑后可達到15-25 g/m3。煙氣含濕量一般為30%左右,最高可達60%左右。目前,GB/T18485明確規定,垃圾焚燒爐除塵必須采用袋式除塵器。

                        袋式除塵器不僅是顆粒物除塵器,還是有害氣體凈化反應床,除塵器必須具有良好的清灰再生性能,同時選用耐溫、耐腐、耐水解濾料。

                        2)脫酸

                        垃圾焚燒爐煙氣中,SO2濃度為200-500mg/m3(標態),HCL濃度為400-1200mg/m3(標態),最高可達1800 mg/m3(標態),通常采用噴堿中和處理,按噴堿方式可分為干法、半干法和濕法。其中濕法由于廢液及腐蝕等問題應用較少

                        干法脫酸,分為爐內噴入法和煙道噴入法。爐內噴入法直接將碳酸鈣或白云石噴入爐內,脫除效率較低,一般在30-50%之間。煙道噴入法,是在除塵器前煙道噴入消石灰粉塵,使之隨煙氣均布在除塵器濾袋表面,對煙氣中酸性物質進行捕集。對于酸性物質,溫度越低,脫除效率越高,因此,通常在除塵器前增設噴霧冷卻塔,控制進入除塵器的煙氣溫度在160-180℃左右。

                        半干法,是在反應塔噴入消石灰漿液,控制反應塔內煙氣溫度在140-150℃之間,酸氣脫除率可達到90%以上,再經布袋除塵器粉塵層二次接觸,可使SO2濃度降為10-30mg/m3(標態),HCL濃度降為20-50mg/m3(標態).半干法常用的有噴霧干燥法和循環流化床法。

                        噴霧干燥法是一種常用的煙氣脫酸技術噴霧干燥煙氣脫酸反應過程包含以下4個步驟,即:吸收劑制備、吸收劑漿液霧化、霧化漿液和煙氣混合,吸收酸性氣體并被干燥、反應產物排出。

                        噴霧干燥煙氣脫酸技術主要是利用噴霧干燥的原理,將濃度為9%~13%的石灰石漿液經吸收塔頂部的霧化器霧化,其粒徑可小于100μm,一經與煙氣接觸,便發生強烈的熱質交換和化學反應,迅速地將大部分水分蒸發并將酸性氣體吸收固化在反應物中,漿滴被加熱干燥成粉末狀后,隨煙氣進入除塵器。

                        循環流化床煙氣凈化技術是根據循環流化床原理而設計,其原理為當煙氣進入反應塔底部時,煙氣在塔內文丘里段被加速,將進入塔內的吸收劑和循環物料吹起,形成沸騰床體,氣體和物料無論處于流化床的過渡段還是穩定段,都處于強烈的紊流狀態,物料之間的碰撞、摩擦、反應、傳熱傳質等物理化學過程非常強烈;系統工況在一定范圍內變化所引起的波動會在這種強烈的紊流狀態下迅速達到新的平衡。目前循環流化床煙氣凈化已發展了多種形式,如德國WULFF公司的回流式煙氣循環流化床(RCFB),山東大學的雙循環流化床煙氣半干法懸浮脫硫裝置、奧地利能源與環境公司的循環流化床煙氣凈化工藝等。

                        3)脫硝

                        垃圾焚燒煙氣中NOX濃度通常為300-1000mg/m3(標態),脫硝通常采用選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、袋式除塵器法和活性焦炭吸附法。

                        SCR是在有催化劑的條件下將NOX還原成N2。為了達到SCR還原反應所需的350℃溫度,煙氣在進入催化脫氮器之前需要再加熱。試驗證明SCR可以將NOX排放濃度控制在50mg/Nm3以下。低溫催化劑活性溫度在160-250℃左右。

                        使用低溫催化劑系統,在布袋除塵器出口煙氣溫度為150-190℃的區間,不需要加熱,煙氣直接與還原劑混合,在催化劑的作用下,脫除NOx。而在中溫催化劑的系統中,需要對煙氣進行再加熱,才能發生還原反應。在系統布置上要增加蒸汽預熱器以及煙氣-煙氣換熱器。

                        袋式除塵器法是在入口管道噴入氨水,NH3在粉塵層催化作用下與NOX發生還原反應,生成硝酸鹽顆粒物,被布袋捕集。

                        活性焦炭吸附法是在布袋除塵器之后增加吸附劑移動床,利用活性焦炭的吸附催化作用深度還原脫硝,同時去除二噁英和氣態汞等有害物質。

                        四、關于二噁英的控制

                        二噁英是氯二苯并二噁英和多氯二苯并呋喃的統稱,共有210種同族體。二噁英有劇毒,是迄今人類發現的毒性最強的物質,其毒性是氰化鈉的1000倍,目前發達國家對二噁英的排放標準控制在0.1ng-TEQ/m3.

                        垃圾焚燒中,二噁英產生的適宜條件為:

                        1)溫度300-500℃,主要發生在焚燒開始和煙氣冷卻過程中;

                        2)燃料中含有金屬和含氯有機物,如聚氯乙烯、氯化鐵、氯化銅和廢舊電池等。

                        垃圾焚燒煙氣脫除二噁英的主要控制方法為:

                        1)布袋除塵器法,由于布袋除塵器適用溫度一般在250℃以下,這種情況下的二噁英主要以固體形態存在,因此,設置高效布袋除塵器可以脫除大部分二噁英。

                        2)活性炭吸附,一種方法是在布袋除塵器前煙道噴入活性炭,另一種是在煙囪前設活性炭吸附塔,吸附塔的設計空速一般為500-1500h-1。

                        3)催化分解技術,利用催化劑,如V、Ti、W的氧化物在300-400℃之間選擇性催化還原二噁英。


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