垃圾焚烧发电项目污染物控制方案分析

2016-02-05徐振兴夏林鲁萌

中国设备工程 2016年13期

关键词：二恶英脱酸吸收剂

徐振兴，夏林，鲁萌

（中电投电力工程有限公司，上海 200233）

垃圾焚烧发电项目污染物控制方案分析

徐振兴，夏林，鲁萌

（中电投电力工程有限公司，上海 200233）

本文对垃圾焚烧发电项目颗粒物、酸性气体、重金属和有机剧毒性污染物排放控制方案进行分析，合理选择和优化技术方案是垃圾焚烧发电项目稳定、高效运行的先决条件，是实现垃圾无害化、减量化和资源化的根本保证，能带来良好的环境效益、社会效益和经济效益。

垃圾焚烧；炉型；烟气净化；半干法

随着我国城镇生活垃圾收运系统日趋完善，城镇环境得到较大改善。但是由于城市化进程的加速推进，人口的增加使生活垃圾量增速加快，城镇垃圾设备处理能力略显不足。同时，部分城市的垃圾收集、运输设备及相关处理设施很难满足当前的要求，存在垃圾污染的隐患，影响城镇化进程的推进和稳定的社会环境的维护。目前，我国生活垃圾无害化处理技术主要有卫生填埋、焚烧处理及堆肥等。近些年，几乎所有的发达国家及发展中国家都有垃圾焚烧发电项目投运。相较其它处理方法，焚烧处理技术有减量化明显、无害化处理彻底、处理速度快、节约土地等优点，并可实现对资源的再利用，对环境影响小，具有良好的环境效益和社会效益。

1 污染物排放控制方案

垃圾焚烧项目烟气中的污染物可分为颗粒物、酸性气体、重金属和有机剧毒性污染物四大类。为了防止垃圾焚烧产生二次污染，必须对垃圾焚烧过程中产生的污染物进行严格控制。垃圾焚烧污染物控制可分为两个阶段：一是焚烧阶段通过控制焚烧工艺条件尽量降低各种污染物的原始排放浓度；二是燃烧后通过烟气净化工艺控制排放至大气中烟气的污染物浓度。

2 焚烧阶段工艺条件的控制

影响污染物原始排放浓度的条件包括温度、烟气在焚烧炉内的停留时间、焚烧炉内气体湍流度、空气过量系数等。垃圾焚烧温度对污染物原始排放浓度影响最为显著，较高的温度有利于生活垃圾的充分燃烧，有效降低不完全燃烧类污染物和有机物的原始浓度；烟气在垃圾焚烧炉内高温区停留的时间直接影响燃烧效果，是降低不完全燃烧类污染物的原始浓度的最直接手段。温度与停留时间是一对相互影响的因素，例如我国规定850℃的烟气滞留时间不低于2S；适宜的过量空气系数有利于完全燃烧，可降低不完全燃烧类污染物的原始浓度，如果过量空气系数过大，可导致焚烧炉内温度降低，使不完全燃烧类污染物原始浓度增加，而太小的过量空气系数会使垃圾焚烧炉内供氧不足，同样使垃圾燃烧不充分。

3 燃烧后烟气净化工艺

国内外研究和应用表明，“低温控制和高效颗粒物捕集”是垃圾焚烧项目烟气净化系统高效运行的关键因素。因此，在焚烧烟气污染物控制过程中必须尽可能降低将烟气温度（露点以上），控制在合理范围内，同时加装高效除尘器装置。垃圾焚烧发电项目一般采用SNCR炉内脱硝系统+干粉喷射+半干法烟气脱酸塔+活性炭喷射吸附系统+布袋除尘器的烟气净化工艺，出去烟气中的颗粒物、除酸性气体、重金属、二恶英（PCDDS）、呋喃（PCDFS）、NOx、二恶英等。

3.1 半干法烟气净化工艺

工程应用中常用的半干法烟气净化主要有喷雾干燥吸收法、气体悬浮式吸收法、增湿灰吸收法及循环灰吸收法等。喷雾干燥吸收法吸收剂采用消石灰制备吸收剂，通过喷嘴向下喷入吸收塔，烟气从吸收塔的上部进入，下部流出。此方法脱酸效率高、设备体积相对较小。喷雾干燥吸收塔的喷嘴结构主要有两种：一种是机械旋转喷嘴，通过高速电机带动喷嘴高速旋转，产生在强大的离心力，使吸收剂乳液雾化。机械旋转喷嘴的缺点是设备投资高、运行费用相对较大、操作维护管理较为复杂；另一种是喷嘴为压力雾化喷嘴，通过压缩空气喷吹吸收剂乳液，在喷嘴头部强烈混合后，吸收剂乳液得到雾化，此种喷嘴设备投资低，操作运行简便，雾化效果较机械旋转喷嘴稍差。气体悬浮式吸收法吸收剂采用石灰乳液，采用循环流化床原理，烟气从底部进入，从上部流出，此方法采用压力雾化喷嘴，设备体积较大且复杂。增湿灰吸收法是在喷雾干燥法的基础上发展来的，采用水作为烟气增湿剂，增加烟气的含湿量以提高烟气中吸收剂的活性，并将大量尾部灰尘重新送入反应塔，提高吸收剂的利用率，但是增加了除尘器的负荷，系统相对复杂。循环灰吸收法是采用烟气进口段喷水增湿、强化吸收剂活性的烟气脱酸工艺。与增湿灰吸收法相似，循环灰吸收法省去了喷雾干燥法吸收剂溶液的制备和喷雾过程。消石灰原料和尾部循环灰直接喷入吸收塔中，与吸收塔内下部喷入的水雾混合增湿，实现酸性气体的脱出。由于此种混合增湿比直接用水预混增湿效果差，脱酸效率相对较低。

以上各脱酸方法在垃圾焚烧尾部烟气处理都有大量的应用，垃圾焚烧发电项目一般采用喷雾干燥吸收法净化工艺，为防止喷雾器发生故障影响机组正常运行或半干法短时不能满足排放要求，考虑设置一套熟石灰的干粉喷射系统作为备用。

3.2 烟气收尘

常用的高效烟气收尘设备有静电除尘器和布袋除尘器两种，而静电除尘器因其除尘效率相对较低及存在二恶英与呋喃存在再合成现象等因素在垃圾焚烧项目中很少被利用。布袋除尘器可有效地去除城市垃圾焚烧过程中产生的粒状污染物及重金属，可再利用前段脱酸设备中的未反应的碱性吸收剂，对酸性气体进行二次脱除，提高了系统脱酸效率。与静电除尘器相比，布袋除尘器对微小粒状物有更好的脱除效果，重金属及二恶英、呋喃一般凝结小于1微米的微小粒状物的表面，通过对微小粒状物的脱除，达到最终重金属及二恶英、呋喃等毒性物质的脱除。垃圾焚烧烟气中有一定数量的重金属，主要为以气溶胶和气体状态的汞和铬，降温后凝结成微粒，这些有毒有害物质中一部分悬浮在烟气中，并且大部分吸附在其他固体粒子上，进而随烟气排放到大气中。通过减少微粒粉尘的排放浓度，降低了重金属微粒的附着所需要的载体，从而减少垃圾焚烧烟气中的重金属浓度，进而有效的控制烟气中的汞和铬排放浓度。但是布袋除尘器对通过的烟气的温度要求比较苛刻，需要控制在合理的范围内，对垃圾焚烧设备的运行要求比较高。通过布袋除尘器烟气温度过高，容易损坏滤袋，烟气温度过低，低于烟气中的酸性气体的露点，酸性气体将冷凝成酸滴，附着在滤袋表面，腐蚀滤袋。而垃圾焚烧烟气处理中设置的半干法脱酸系统可有效的控制进入布袋除尘器的酸度和温度，从而减低了布袋除尘器损坏的可能性。

3.3 氮氧化物的去除

工程应用中常用的燃烧后烟气脱硝技术有选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原法（SCR）两种。SNCR法是在炉内燃烧区后部一定温度范围内（一般在850～1150℃）喷入氨水或尿素等氨基还原剂，将NOx还原为分子态的N2和H2O。SNCR投资和运行成本比SCR低，脱硝效率一般较低，脱除后的NOx排放浓度一般为100～200 mg/Nm3，能够满足环保排放要求。由于垃圾中含氮量较低，垃圾焚烧发电项目一般采用SNCR系统。

3.4 活性炭喷射系统

活性炭具有巨大的表面积及良好的吸附性，吸附固态的二恶英颗粒和凝固吸收气态二恶英，垃圾焚烧项目烟气净化系统一般在除尘器入口前的烟气管道设置活性炭喷射系统，喷入活性炭粉末来吸附烟气二恶英以及烟气中的重金属等，吸附后的活性炭顺着烟气流动的方向随烟气一起进入后续的除尘器由布袋捕集下来。

垃圾焚烧发电项目活性炭喷射系统需连续运行，以保证烟气排放达标。系统中设性炭贮仓，活性炭采用卡车运进厂里，然后经气体输送装置卸到贮仓。贮仓底部设置卸料螺旋，活性炭由卸料螺旋进入喷射器，然后在喷射风机的作用下喷入管道中。

4 灰渣处理

垃圾焚烧项目的灰渣可实现综合利用，飞灰及反应物一般采用水泥固化。水泥固化以工艺简单、成本低廉、应用最为普遍，特别适用含重金属的废物。灰库存放的飞灰及反应物与水泥、促凝剂按照一定的配比通过卸灰阀进入混料斗，通过振动混料斗混和后，进入固化成型机进行成型。飞灰及反应物经过稳定/固化处理后达到填埋场入场控制标准，再进行安全填埋处置。