一.烟气中污染物组分
垃圾焚烧烟气组成极其复杂,主要污染物有烟尘(飞灰)、酸性气体、重金属和二恶英类等。 烟尘颗粒物主要是垃圾焚烧过程中烟气夹带的不可燃物质或燃烧过程产生的微小惰性无机颗粒状物质,如灰分、无机盐类、可凝结的气体污染物及有害的重金属氧化物。酸性气体及氮氧化物主要来源于垃圾中特定组分的燃烧过程。研究表明,HCl 的浓度受垃圾中含氯有机物的影响高于无机氯化物。重金属类污染物主要来源于生活垃圾中含有的废旧电池,主要包括铅、汞、铬、镉、砷及其化合物以及其他重金属及其化合物,当垃圾中有机氯化物含量高时,烟气中的重金属以铬为主要成分,当垃圾中无机氯化物高时,烟气中的重金属以铅为主要成分。有机污染物主要为二恶英类物质,有研究表明 250~350℃的温度范围最易产生二恶英,李晓东等提出垃圾中氯含量超过2.1%时二恶英的增加量更为明显,R.Takeshita 等提出控制高温烟气中HC1气体的含量有利于控制二恶英的生成量。
我国2010年发布了《生活垃圾焚烧污染控制标准》征求意见稿,对垃圾焚烧烟气的排放标准作出了更为严格的限制,部分指标达到欧洲 EU2000/76/EC 标准,由此可见,合理有效的烟气处理技术是保障垃圾焚烧发电厂推广实施的必要条件。
二.烟气净化系统的设计思路及方案
随着社会各界对环保意识的加强,将直接推动烟气排放标准更加严格,越来越多的创新性烟气净化组合工艺将会产生。目前,垃圾焚烧行业采用的烟气净化工艺常见的组合工艺有以下几种:(1)SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘;(2)半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘+SCR;(3)半干法+活性炭吸附+布袋除尘+湿法脱酸+SCR烟气净化处理工艺看似简单,但实质内容是极其复杂的,在烟气净化处理工艺流程的运行上,要加强烟气净化处理的管理和安全防护,有效地将烟气净化处理工艺发挥到最佳。
在工艺实施的过程当中, 要对设备定期的进行检测, 对于技术装备的水平以及人员的能力, 都要及时的进行掌握。有效地采用计算机控制系统来提升烟气净化系统的运行,从某种程度上来说要实行中控室集中控制,在绝大程度上可以降低人工的疲劳程度,也可以提高垃圾焚烧的效率和数量。
三.烟气净化处理技术分析
1.脱硝处理技术
垃圾焚烧烟气中的 NOx 以NO为主,主要采用干式法和湿式法去除氮氧化物,其中干式法又分为SNCR 和SCR,湿式法有氧化吸收法、吸收还原法等。SNCR 是将含有NHx基的还原剂溶液(如:氨水溶液或者尿素溶液)喷射进焚烧炉中的 800~1000℃区域,在该区域还原剂迅速热分解成 NH3 并与烟气中的NOx(NO、NO2)反应生成 N2,该方法以炉膛为反应器。由于SNCR脱硝率最多不超过60%,于是会有为反应的NH3 与 HCl 反应会生成白烟。SCR是烟气温度在 400℃以下时,将烟气通过催化剂层,与喷入的氨进行选择性化学反应(同时需要氧)来去除烟气中的氮氧化物。在温度和催化剂量足够的情况下,基本上不残留未反应的氨,脱硝效率高。但催化剂长时间运行情况不明,且价格高,为了维持催化剂的活性,催化剂(V2O5-TiO2)催化剂的温度必须在250℃以上,但需防止二噁英的产生,要求烟气温度不断下降,但在低温下,氯化铵的生成对催化剂又会产生毒素。
氧化吸收法是在吸收剂溶液中加入强氧化剂, 将NO转换成NO2,在通过钠碱性溶液吸收来达到去除氮氧化物。吸收还原法是在二价铁离子下使NO成为EDTA化合物,再与硫酸根或亚硫酸根反应来去除去除氮氧化物。
2.湿法脱酸系统
湿式洗涤塔脱酸系统由湿式洗涤塔、循环水(液)喷射系统、循环冷却水(液)系统、碱液储存与制备系统等组成。湿法的优点为:HCl 去除效率高,一般在 98%左右;SO₂去除效率高,一般在 95%左右; 适应范围广、钙硫比低、 技术成熟;在发达国家的垃圾焚烧发电厂中应用广泛。湿法的缺点为:投资大、动力消耗大、占地面积大、设备复杂、运行费用和技术要求高。
3.半干法+干法脱酸
一般情况下酸性气体中HCl的含量最高,HF、SO₂相对较低,它们除污染环境外,还会对焚烧炉及锅炉造成腐蚀,处理方式主要用石灰浆或碳酸氢钠等碱性药剂进行酸碱中和反应去除。其处理工艺分为干法、半干法和湿法。安溪扩建工程采用半干法(石灰浆旋转喷雾)+干法(碳酸氢钠喷射)组合工艺。干法是将消石灰或碳酸氢钠直接喷射在烟道内,并辅以后续的高效除尘器。该工艺流程简单,维护方便,但脱酸效果较差;湿法采用洗涤塔洗涤,利用 NaOH
等碱性吸收剂在洗涤塔内吸收酸性气体。
湿法去除率高,HCl的去除率可达95%以上、SO₂去除率可达80%以上,但流程复杂、 且处理过程会降低烟气温度需再加热、并产生高浓度的氯盐及重金属的污水需进行相应的处理,一般只用在排放严格的地区;半干法介于干法和湿法之间,具有脱酸效率相对较高,HCl 的去除率可达90%,无二次污水产生、投资相对较低等优点,应用较普遍。
4.活性炭喷射及布袋除尘系统
活性炭喷射系统位于脱酸系统之后、除尘器之前,主要目的是吸附重金属及二恶英、呋喃等,保证重金属及二恶英达标排放。除尘器通过压缩空气脉冲清灰,附着在滤袋内壁表面上的粉尘在振动和反向气流的作用下,脱离滤袋落入灰斗,除尘器兼有二次酸气清除的功能,前端未反应的碱性物质附着在滤袋上,当烟气通过时再次与之反应。布袋除尘器滤料应选用具备良好的抗酸、抗破、抗氧化、耐疲劳、耐高温等材料一般采用玻璃纤维与 PTFE(聚四氟乙烯)混纺滤料。
5.二恶英的控制和去除
为降低烟气中二恶英的浓度,首先应从焚烧工艺上尽量控制其生成,如实行垃圾分类,尽量减少含氯和重金属(主要是铜)高的垃圾进入焚烧厂;控制燃烧过程的“三 T”,保持良好的燃烧工况,使垃圾充分燃烧,既可降低一氧化碳也可减少二恶英的生成;缩短烟气在处理和排放过程中300-500℃区域的时间,防止二恶英重新合成;控制进入除尘器入口的温度低于200℃,选用高质量的活性炭和高效的布袋除尘器进行吸附、截留。
结语:
综上所述,与填埋相比,对生活垃圾进行焚烧处理不仅能实现减量化、资源化、无害化,还能把垃圾对环境的影响降到最小,但垃圾焚烧过程中产生烟气,烟气中的有害物质对周围环境和身体健康造成威胁,因此需要了利用脱硝处理,脱酸处理,颗粒物、重金属及二噁英的去除等处理技术将烟气净化处理达标后排放,为我国生活垃圾焚烧发电烟气净化技术的选择提供参考。
参考文献
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