垃圾焚烧发电厂烟气污染控制
摘要: 针对垃圾焚烧发电厂产生的有毒、有害气体,通过控制焚烧炉的温度,采用由脱酸塔和布袋除尘器组成的烟气净化系统,减少有害物质生成,达到国家垃圾焚烧污染物控制标准。
关键词: 焚烧炉,脱酸塔,活性炭,布袋除尘器
引言
垃圾焚烧过程中含有碳、氢、氧、氮、硫、磷和卤素等成分的物质与空气中的氧气反应,会产生多种有害污染物,垃圾焚烧污染物存在形式及数量与焚烧条件和净化系统密切相关[ 1 ] 。如何有效控制垃圾焚烧烟气污染是目前受到普遍关注的环境热点问题之一。南方某城市垃圾焚烧发电厂装备了2台250 t/d循环流化床焚烧炉、配套2 组8MW凝汽式发电机和10. 5 kV /35 kV升压站; 同时建设供水、供电、供气和“三废”处理系统,对烟气中各类污染物的生成和排放采取了有效控制措施。
1 焚烧炉控制
由于焚烧炉内垃圾燃烧产生酸性气体、二恶英和重金属,为减小酸性气体对炉膛的腐蚀,采用在炉膛内涂上CaO的方法,阻止酸性气体在高温下对炉膛的腐蚀。根据二恶英等物质的化学性质,采用循环流化床焚烧炉,将煤与垃圾掺混燃烧。混合燃料热值在5 440 kJ /kg以上,沸腾床温度达到850～950 ℃,减少了有害物质(二恶英,呋喃等物质)的生成。控制烟气在焚烧炉内的停留时间为4 s,这样二恶英很快就可以分解,在出口时其含量基本为零。在此温度段玻璃等物质也不会融化,不会影响焚烧炉内的流化反应。同时控制鼓风机的进气速度,调节氧气的供应量( 6% ～ 11% ) ,可以抑制HCl、CuO、CuCl2 的生成,铜的氧化也会减少,NOx 生成值也很低。
垃圾中渗沥液如果过多时,会影响焚烧炉内的温度,采取通过自动控制系统控制加煤量,保持炉内高温。
2 烟气处理工艺原理
烟气净化系统由脱酸塔和布袋除尘器组成。经脱酸塔处理的烟气再通过布袋除尘器,清除了粉尘和灰粒,净化后的烟气通过烟囱排入大气。烟气净化流程为:炉膛→分离器→高温过热器→低温过热器→省煤器→空气预热器→脱酸塔 →布袋除尘器→引风机→烟囱。
2. 1 处理机理
脱酸系统是基于循环流化床工艺技术,通过增湿干燥过程使烟气中SO2、HCl、HF等酸性气体与消石灰粉发生放热反应,生成CaSO3、CaSO4、 CaCl2 等无害化物质[ 2 ] 。其主要的化学反应机理如下:
Ca (OH) 2 + SO2 →CaSO3 +H2O
Ca (OH) 2 + SO3 →CaSO4 +H2O
Ca (OH) 2 + CO2 →CaCO3 +H2O
Ca (OH) 2 + 2HCl→CaCl2 + 2H2O
2. 2 工艺流程
图1是垃圾焚烧烟气处理工艺流程。来自焚化炉的废烟气从脱酸塔的底部进入脱酸塔。在脱酸塔侧面的双流体喷嘴,分别向塔内喷出消石灰粉和压缩空气。在脱酸塔底部的双流体喷嘴也分别向塔内喷水和压缩空气。高速进入的消石灰粉和水在压缩空气的作用下在脱酸塔内均匀雾化, 形成液态的Ca (OH) 2。在压缩气体的作用下形成强烈的流化湍流状态,烟气与湍流状态液态的 Ca (OH ) 2 充分接触, 中和反应后脱硫效率在 85%。反应过程中高温的废烟气也可以把从喷嘴喷下来的水变为水蒸气,大大减少了废水处理。
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3 布袋除尘器
流化床焚烧工艺的固有缺点是烟气含尘量大,除尘阶段采用布袋除尘器效果较好。除尘滤布由玻璃纤维制成,受玻璃纤维耐热强度限制,一般尾气温度控制在250 ℃左右,在这个环境温度下不利于二恶英生成[ 3 ] 。袋式除尘器反应器的滤布可以吸附脱酸塔中的反应生成物,未反应的消石灰粉和活性碳粉末,在滤布上形成一层反应膜,大大增加了反应的比表面和反应时间,从而使得未在脱酸塔内反应的酸性气体,未被活性碳吸附的二恶英、重金属,得到二次净化(滤布反应机理见图2) 。其他一些颗粒物、飞灰,在外层形成一层滤饼,这层滤饼会影响布袋除尘器的工作效率,所以在一定时间内要清理这些灰尘。清理所用到的方法是脉冲式反冲洗。当滤饼增到一定厚度,除尘器的压差上升到一定值时,自动控制系统发出脉冲清灰信号,向布袋内面喷入压缩空气。由于压缩空气的冲击力作用,布袋外表面的滤饼剥落,掉入除尘器底部料斗,安装于料斗口的排灰阀将沉积于料斗的灰尘排出布袋除尘器。收集于布袋外表面的烟尘落入锥形的灰斗内再经双层排灰阀排出,清洁空气进入除尘器顶部的清洁气箱, 由风机通过总出口导管抽出。压缩空气由电子控制的供气系统供给,在布袋里形成高能振动波,同时高效率文丘里管使处理过的干净气体冲进布袋,对布袋形成二次清灰。
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4 烟气监测结果
监测焚烧烟气时,燃煤干燥基全硫0. 53% , 2 台焚烧炉燃煤消耗量平均为4. 2 t/h,石灰石消耗量平均为0. 52 t/h,石灰石CaCO3 含量按96%计, 钙硫比为7. 3∶1。平均风量为125 284m3 /h,烟气在未进入烟气处理系统之前实际监测结果SO2 浓度< 15 mg/m3 ,以此推算循环流化床固硫效率> 94. 5%。
(1) 1号焚烧炉
烟气污染物排放浓度为烟尘74～79 mg/m3 , 烟气黑度为0. 5 级, SO2 排放浓度< 15 mg/m3 , NOx 排放浓度为175 ～290 mg/m3 , CO 排放浓度为119 ～131 mg/m3 , HCl排放浓度< 25 mg/m3 , Hg排放浓度为1. 02 ×10- 4 ～2. 75 ×10- 4 mg/m3 , Cd排放浓度为3. 82 ×10- 3 ～4. 87 ×10- 3 mg/m3 , Pb排放浓度为0. 030～0. 050mg/m3 ,二恶英排放浓度均值为0. 71 ngTEQ /m3。所有污染物排放均达到GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》。污染物去除率为烟尘99. 3%～99. 5% ,NOx 12. 3%～50. 5%。
(2) 2号焚烧炉
烟气污染物排放浓度为烟尘41～46 mg/m3 , 烟气黑度为0. 5 级, SO2 排放浓度< 15 mg/m3 , NOx 排放浓度为346 ～450 mg/m3 , CO 排放浓度为139 ～140 mg/m3 , HCl排放浓度< 25 mg/m3 , Hg排放浓度为3. 15 ×10- 5 ～1. 59 ×10- 3 mg/m3 , Cd排放浓度为1. 58 ×10 - 3 ～8. 65 ×10 - 3 mg/m3 , Pb排放浓度为0. 009～0. 086mg/m3 ,二恶英排放浓度均值为0. 030 ngTEQ /m3 (除NOx 超标50mg/ m3 外,其它均达到GB 18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》。污染物去除率为烟尘99. 4% ～99. 7% ,NOx 8. 9%～22. 5%。
(3)二恶英类监测结果(见表1)
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(4)恶臭无组织排放
在6个恶臭无组织排放监测点位恶臭浓度均未检出,达到GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》规定限值要求。
5 结论
垃圾焚烧污染物存在形式及数量与焚烧条件和净化系统密切相关。采用适当的烟气净化处理技术,可以对污染物的排放进行有效的控制。采用循环流化床焚烧炉和烟气净化系统结合,可以大大降低有毒有害物质的产生量,基本控制垃圾焚烧产生的二次污染。
参考文献:
[ 1 ] 赵龙生. 垃圾发电厂主要气体污染物的防治[ J ]. 能源研究与利用, 2002 (5) : 24 - 25.
[ 2 ] 张文斌,梅连廷. 半干法烟气净化工艺在垃圾焚烧发电厂的应用[ J ]. 工业安全与环保, 2008 , 34 (4) : 37 - 39.
[ 3 ] 陈平,程建光,陈俊. 垃圾焚烧过程中的烟气污染及其控制[ J ]. 环境科学与管理, 2006, 31 (5) : 116 - 117.
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