炉排炉焚烧垃圾过程中主要污染物的控制

黄最惠

(舟山市环境保护局,浙江舟山 316000)

炉排炉焚烧垃圾过程中主要污染物的控制

黄最惠

(舟山市环境保护局,浙江舟山 316000)

概述了二恶英、重金属、酸性气体、灰渣等垃圾焚烧的主要污染物,以二段式(往复)焚烧炉为例,介绍了炉排炉焚烧处理工艺和污染控制设备,提出通过控制垃圾焚烧条件、尾气处理以及吸附等方法,可以有效控制二恶英类污染物的排放;重金属的控制可以用除尘器或使用相应的吸附剂处理;采用较为成熟的烟气处理技术,可以控制处理酸性气体;灰渣可采用固化稳定化或酸提取法处置。

环境工程;垃圾焚烧;炉排炉;主要污染物

1 垃圾焚烧发电的主要污染物

垃圾焚烧发电过程中产生的污染物,以气态形式存在的主要有酸性气体、有机类污染物;以固态形式存在的主要是附着在飞灰上的重金属、有机微量污染物等;以液态存在的污染物分为有机废水和无机废水。

酸性气体污染物中 SOx、HCl主要是垃圾中所含的 S、Cl等化合物在燃烧过程中产生的。一般城市垃圾中 S含量为 0.12%,其中有 30%～60%转化为 SO2,其余则残留于底灰或被飞灰所吸收。NOx主要来源于垃圾中含氮化合物的分解转换和空气中的氮气高温氧化,其主要成分为 NO。有机类污染物主要是指在环境中浓度虽然很低,但毒性很大,直接危害人类健康的二恶英类化合物。

固态形式的污染物主要指灰渣,它由底灰和飞灰共同组成。底灰是垃圾焚烧炉的炉排下和炉床尾端、余热锅炉等收集下来的排出物,主要是不可燃的无机物以及部分未燃尽的可燃有机物。飞灰是指由空气污染控制设备中所收集的细微粒,可能含有各种较高浸出浓度的重金属元素,如 Pb、Cr、Cd等,属于要控制的危险废物的范畴。

垃圾焚烧厂的废水主要有垃圾渗滤液和生产废水。生产废水包括洗车冲洗水、垃圾卸料平台地面清洗水、锅炉排污水和冷却烟气的废水等。

2 炉排炉焚烧处理工艺

炉排炉焚烧处理工艺流程为:垃圾经预处理后由给料机给入炉内,通过炉排输送,先是落在倾斜的逆推炉排上,垃圾在床面上翻滚、搅拌,完成干燥、着火和燃烧过程,随后在逆推炉排的末端,经过一段落差,掉入水平或倾斜的顺推炉排床面上,继续燃烧,直至燃烬。烟气被引风机牵引依次通过过热器、蒸发对流管束、省煤器和空预器,温度下降,其热量传递给各受热面中的水,使水转化为次高温、次高压的蒸汽,送到汽轮发电机组做功发电,完成垃圾焚烧处理资源化利用的过程。垃圾焚烧后的灰、渣通过炉膛底部的排渣口排出,采用湿法水冷工艺。焚烧后产生的烟气由锅炉转换成蒸汽,蒸汽推动汽轮发电机组发电,锅炉出口的烟气经过脱硫、除尘后排放。除渣系统所收集到的炉渣,送填埋场填埋;烟气吸附物、除尘器收集的飞灰送至灰仓暂存,在厂内稳定化处理后,达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》中飞灰填埋要求后,送专用填埋场填埋(见图 1)。

图1 排炉垃圾焚烧工艺流程

3 炉排炉焚烧中主要污染物的控制

3.1 废气防治

3.1.1 二恶英的控制措施

(1)选用合适的炉膛结构,使垃圾在焚烧炉得以充分燃烧。衡量垃圾是否充分燃烧的重要指标之一是烟气中 CO的浓度,CO的浓度越低,说明垃圾燃烧越充分。烟气中比较理想的指标是 CO质量浓度低于 60mg/m3;

(2)严格执行“三 T”措施,设置炉温自动监控系统,使垃圾焚烧炉的温度控制在 850～950℃之间;烟气停留时间 2 s以上及合适的湍流度,焚烧炉渣热灼减率≤5%;焚烧炉出口烟气中含氧量 6%～12%之间;

(3)缩短烟气温度处于 300～500℃的时间,控制余热锅炉的排烟温度不超过 230℃;

(4)选用布袋式除尘器,控制除尘器入口的烟温低于 150℃,并在进入袋式除尘器的烟道上设置活性碳等反应剂的喷射装置,进一步吸附二恶英,确保二恶英排放控制在 0.1 ngTEQ/Nm3以下;

(5)通过分类收集或预分拣使生活垃圾中氯和重金属含量高的物质不进入垃圾焚烧厂;

(6)由于二恶英可以在飞灰被吸附或生成,所以对飞灰应用专门容器收集后作为有毒有害物质送安全填埋场进行无害化处理,可以对飞灰进行低温(300～400℃)加热脱氯处理,或熔融固化处理后再送安全填埋场处置或水泥厂综合利用,以有效控制飞灰中二恶英的排放;

(7)设置永久采样孔和监测台,委托有资质单位对垃圾焚烧产生的主要污染物进行监测,监测内容必须包括二恶英。

3.1.2 粉尘、SO2、HCl及NOx的控制措施

垃圾焚烧炉排放的烟气主要采用国内应用较多的循环悬浮式半干法烟气脱硫技术进行处理。该技术根据循环流化床理论和喷雾干燥原理,采用悬浮方式,使吸收剂在吸收塔内悬浮、反复循环,与烟气中的 SO2、HCl充分接触反应来实现脱硫的一种方法。烟气净化工艺包括:吸收剂存储和输送、烟气雾化增湿调温、脱硫剂与含湿烟气雾化颗粒充分接触混合、SO2吸收、增湿活化、灰循环、活性炭吸附及废渣排除。系统包括烟气净化塔系统、预除尘及灰循环系统、吸收剂存储和输送系统、布袋除尘器系统以及控制系统。烟尘采用布袋除尘;SO2采用熟石灰脱硫;因焚烧炉属于次高温燃烧,并且采用分段供风技术,且垃圾的氮含量相对较低,使氮氧化合物生成量较低,不设置专门的抑制设施;氯化氢采用熟石灰反应并结合尾部半干法烟气净化系统的共同作用,以达到排放标准。

3.1.3 臭气及粉尘控制措施

为防止臭气外逸,所有外门及卸料口上均设置空气幕。垃圾贮存于垃圾仓内,锅炉的一次风从垃圾坑上方抽出,保持垃圾贮存池负压,使有毒气体和臭气不致散入车间内或大气中。垃圾贮存池严格密闭,定期排空,防止低层垃圾腐蚀或产生火灾。活性炭粉仓、飞灰库顶部均配置布袋除尘器,以免粉尘飞扬,造成对环境的二次污染。

3.2 重金属的捕获

3.2.1 垃圾分类

焚烧前对垃圾进行归类分拣,将重金属含量较高的废旧电池及电器、杂质等,从原生垃圾中分拣出来,可以大幅减少垃圾焚烧产物中的 Hg、Pb、Cd含量。焚烧过程中对重金属的捕获,可采用冷凝、喷入特殊的试剂等方法吸附。根据挥发——冷凝机理,金属在离开炉膛后将经历冷凝过程,当温度低于重金属露点时,金属发生同类核化 (形成重金属颗粒)或异相吸附(富集在飞灰颗粒上),其颗粒的大小取决于到达露点温度后的滞留时间。一般情况下,所形成的颗粒直径很小,通过降温可使重金属自然凝聚成核或冷凝成颗粒物从而被除尘设备捕集。常规颗粒捕获设备对主要的微量元素,如 Sb、Be、Cd、Cr、Co、Pb、Mn等能有效捕集,且捕集率超过 95%;而对于大部分富集在微小颗粒中,或者以气体形式出现的 Hg、As、Se等,捕集效率则很低。

3.2.2 喷入活性炭

向烟气中喷入粉末或颗粒状活性炭,吸附重金属后形成较大颗粒而被除尘设备捕集。这种方法在脱除 Hg方面效率高达 90%。其吸附机理通常认为是气体分子向炭基体扩散,由于分子间范德华力的作用,而将这些扩散的分子保留在表面。

3.3 废水处理

垃圾渗滤液经收集后送渗滤液处理系统处理。垃圾渗滤液主要产生于垃圾贮坑,是垃圾发酵、腐烂后排出的水分,具有成分复杂、污染物浓度高的特点。一般将渗滤液收集到污水坑内,再用泵打到炉膛内,高温氧化分解处理;也可采用预处理工艺,达到污水处理厂接管标准后,由污水处理厂接管处理。生产废水的处理方法有混凝沉淀、化学氧化、吸附、膜分离、炉内喷雾燃烧等,一般较多采用预处理 + MBR生化处理 +超滤 +二级纳滤处理工艺,处理后的水优先考虑循环再利用。

3.4 固废处理

垃圾焚烧产生的底灰按一般固废处理,送生活垃圾填埋场专用填埋区填埋。飞灰属危险废物,处置方法主要有水泥固化法和酸提取硫化物处理法两种。水泥固化法是将飞灰和水泥混凝土混合形成固态,经水化反应后形成坚硬的水泥固化体,从而达到降低飞灰中危险成分浸出的目的。酸提取硫化物处理法是先将飞灰浆化,加盐酸等无机酸将重金属提取后,再加硫氢化钠等硫化物药剂,生成难溶的金属硫化物,使重金属稳定化的方法。稳定化处理后,送生活垃圾填埋场填埋。

4 结语

(1)垃圾的焚烧处理方法符合减容减量化、资源化、无害化的标准,不仅可以保护环境,还可以充分利用资源,是垃圾处理的重要发展方向。然而,垃圾焚烧过程中二恶英类有机污染物、酸性气体、飞灰等有毒有害物质的产生会造成二次污染。

(2)通过控制垃圾焚烧条件、尾气处理以及吸附等方法,可有效控制二恶英类污染物的排放。重金属的控制主要是用除尘器或使用吸附剂处理。酸性气体可采用较为成熟的烟气处理技术进行治理。灰渣可采用稳定化或酸提取法处置。

(3)焚烧炉的燃烧方式、炉型的选择、湍流度、燃烧温度及燃烧烟气在炉内停留时间和除尘技术等因素,对垃圾焚烧污染物的排放有重要影响。

(4)从垃圾焚烧炉六大关键系统 (储料和上料系统;焚烧系统;汽轮发电机系统;烟气净化系统;出渣系统;自动化控制和在线监测系统)来看,炉排炉焚烧处理工艺成熟简单,对主要污染物的控制切实有效,适应了现代垃圾处理的技术要求。

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[2]陈勇,马晓茜,李海滨.固体废弃物能源利用[M].广州:华南理工大学出版社,2004.

[3]刘思明.垃圾的无害化处理和焚烧设备[J].发电设备,2008,22 (2):157-158.

[4]王成海.生活垃圾焚烧二恶英控制措施[J].知识经济,2009, (3):117-118.

Main pollutants control duringwaste incineration process in grate furnace

The waste incineration secondary pollutants,such as dioxins,heavy metals,acid gases and ash were introduced based on to two-step(reciprocating)incinerator.The furnace grate incineration technology and pollution control equipmentwere described.The em issions of d ioxin-like po llutants can be controlled by adjust the waste incineration and exhaust gas trea tm ent and adsorpt ion methods.Heavy metals can be contro lled by ESP or co rresponding absorbent treatment.Acid gases can be removed by adopting a more sophisticated flue gas treatment technology.Ash was dispo sed through solidification or acid extract ion method.

environm ental engineering;waste incinerat ion;grate furnace;main po llutants

X131

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1674-8069(2010)05-012-03

2010-04-13;

2010-08-17

黄最惠(1973-),男,浙江慈溪人,主要从事固体废物监督管理工作。E-mail:huangzuihui@126.com