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廣州納捷環(huán)保科技有限公司
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垃圾焚燒是一種對城市生活垃圾進行高溫?zé)峄瘜W(xué)處理的技術(shù),將生活垃圾作為固態(tài)燃料送入爐膛內(nèi)燃燒,在800-1000℃的高溫條件下,可燃組分與空氣中的氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng),釋放出熱量并轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣體和少量的性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘渣。當(dāng)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(zhì)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(jīng)分揀壓縮處理后,投入焚燒爐中燃燒,高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐冷卻,并回收余熱用于供熱和發(fā)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(dāng)?shù)臀粺嶂?gt;5000KJ/Kg時,燃燒效果較好;而當(dāng)?shù)臀粺嶂敌∮?350KJ/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,的有爐排焚燒爐和流化床焚燒爐。
(1)爐排焚燒
機械爐排式焚燒爐采用層燃技術(shù),以機械式的爐排塊構(gòu)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(nèi)燃燒垃圾也能對干燥段垃圾進行烘烤;當(dāng)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(dāng)垃圾進入燃燼段后,垃圾處于降溫過程并燃盡,變成灰渣,垃圾燃燒整個流程完成。
(2)流化床焚燒
流化床焚燒爐是在爐內(nèi)鋪設(shè)一定厚度,一定粒度范圍的石英砂,通過底部布風(fēng)板鼓入一定壓力的空氣,將砂粒吹起類似水的沸騰狀態(tài)。流化床內(nèi)氣固混合強烈,傳熱傳質(zhì)速率高,單位面積處理能力大,具有的著火條件。
垃圾入爐后即和熾熱的石英砂迅速處混合狀態(tài),垃圾受到充分加熱、干燥,有利于燃燒,床內(nèi)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(wěn)定性較好,燃燒反應(yīng)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(yè)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(zhì),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%,可達50-60%。同時由于煙氣中含有酸性氣體,導(dǎo)致煙氣露點溫度高達130-140℃,設(shè)計必須充分考慮防結(jié)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(diào)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(yīng)予規(guī)避。
三、煙氣凈化技術(shù)
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(tài)),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,高可達60%左右。目前,GB/T18485明確規(guī)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(yīng)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(tài)),HCL濃度為400-1200mg/m3(標態(tài)),高可達1800 mg/m3(標態(tài)),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(yīng)用較少
干法脫酸,分為爐內(nèi)噴入法和煙道噴入法。爐內(nèi)噴入法直接將碳酸鈣或白云石噴入爐內(nèi),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(zhì)進行捕集。對于酸性物質(zhì),溫度越低,脫除效率越高,因此,通常在除塵器前增設(shè)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(yīng)塔噴入消石灰漿液,控制反應(yīng)塔內(nèi)煙氣溫度在140-150℃之間,酸氣脫除率可達到90%以上,再經(jīng)布袋除塵器粉塵層二次接觸,可使SO2濃度降為10-30mg/m3(標態(tài)),HCL濃度降為20-50mg/m3(標態(tài)).半干法常用的有噴霧干燥法和循環(huán)流化床法。
噴霧干燥法是一種常用的煙氣脫酸技術(shù)噴霧干燥煙氣脫酸反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)物排出。
噴霧干燥煙氣脫酸技術(shù)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(jīng)吸收塔頂部的霧化器霧化,其粒徑可小于100μm,一經(jīng)與煙氣接觸,便發(fā)生強烈的熱質(zhì)交換和化學(xué)反應(yīng),迅速地將大部分水分蒸發(fā)并將酸性氣體吸收固化在反應(yīng)物中,漿滴被加熱干燥成粉末狀后,隨煙氣進入除塵器。
循環(huán)流化床煙氣凈化技術(shù)是根據(jù)循環(huán)流化床原理而設(shè)計,其原理為當(dāng)煙氣進入反應(yīng)塔底部時,煙氣在塔內(nèi)文丘里段被加速,將進入塔內(nèi)的吸收劑和循環(huán)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(wěn)定段,都處于強烈的紊流狀態(tài),物料之間的碰撞、摩擦、反應(yīng)、傳熱傳質(zhì)等物理化學(xué)過程非常強烈;系統(tǒng)工況在一定范圍內(nèi)變化所引起的波動會在這種強烈的紊流狀態(tài)下迅速達到新的平衡。目前循環(huán)流化床煙氣凈化已發(fā)展了多種形式,如德國WULFF公司的回流式煙氣循環(huán)流化床(RCFB),山東大學(xué)的雙循環(huán)流化床煙氣半干法懸浮脫硫裝置、奧地利能源與環(huán)境公司的循環(huán)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(tài)),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(yīng)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(tǒng),在布袋除塵器出口煙氣溫度為150-190℃的區(qū)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(tǒng)中,需要對煙氣進行再加熱,才能發(fā)生還原反應(yīng)。在系統(tǒng)布置上要增加蒸汽預(yù)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(fā)生還原反應(yīng),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(tài)汞等有害物質(zhì)。
四、關(guān)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(tǒng)稱,共有210種同族體。是迄今人類發(fā)現(xiàn)的毒性的物質(zhì),其毒性是的1000倍,目前發(fā)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(chǎn)生的適宜條件為:
1)溫度300-500℃,主要發(fā)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(tài)存在,因此,設(shè)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(shè)活性炭吸附塔,吸附塔的設(shè)計空速一般為500-1500h-1。
3)催化分解技術(shù),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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