生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣污染及治理

生活垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣污染及治理摘要：垃圾焚燒因其無害化較徹底、減容量大、處理時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)成為城市生活垃圾主要處理方法之一。垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣含有大量的酸性氣體、有機(jī)類污染物、顆粒物及重金屬等物質(zhì)，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生極大危害。通過對(duì)焚燒過程中各種污染物產(chǎn)生及排放過程的介紹，提出了控制垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染應(yīng)采取的措施。關(guān)鍵詞：垃圾焚燒;煙氣污染;治理措施城市生活垃圾常規(guī)處理方法有填埋、焚燒和堆肥等。垃圾焚燒因其無害化較徹底、減容量大、處理時(shí)間短、可以回收熱能、占地面積較小等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。我國(guó)自“十一五”以來已新建生活垃圾焚燒發(fā)電廠50多座，珠海、上海、北京、廣州等地均積極籌建大型垃圾焚燒廠。焚燒處理技術(shù)的核心是燃燒的合理組織和二次污染的防治。垃圾焚燒對(duì)環(huán)境的二次污染物主要源于焚燒過程中產(chǎn)生的煙氣。焚燒煙氣中含有大量酸性氣體（HCl、SO2、HF、HBr、NOx等）、有機(jī)類污染物（PCDDs、PCDFs等）、顆粒物及重金屬等。本文通過對(duì)焚燒過程中各種污染物產(chǎn)生及排放過程的介紹，提出了控制垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染應(yīng)采取的措施。1垃圾焚燒煙氣污染物的形成及危害1.1酸性氣體焚燒煙氣中的酸性氣體主要由SOX、NOX、HCl、HF組成，均來源于相應(yīng)垃圾組分的燃燒。SOX主要由SO2構(gòu)成,產(chǎn)生于含硫化合物焚燒氧化所致。NOX包括NO、NO2、N2O3等,主要由垃圾中含氮化合物分解轉(zhuǎn)換或由空氣中的氮在燃燒過程中高溫氧化生成。HCl來源于氯化物，如PVC、像膠、皮革，廚余中的NaCl以及KCl等。焚燒煙氣中HCl氣體的濃度相對(duì)較高，往往在400~1200ppm。SOX與NOx的濃度相對(duì)較低1。所以HCl是垃圾焚燒煙氣中主要的污染氣體。HCl氣體對(duì)人體有較強(qiáng)的傷害性。據(jù)全球污染排放評(píng)估組織(GEIA)測(cè)算,全世界每年由生活垃圾焚燒向環(huán)境排放的HCl氣體達(dá)218kg之多，相當(dāng)于每人每年僅通過垃圾焚燒向大氣排放了0.42kgHCl2。HCl氣體會(huì)對(duì)余熱鍋爐受熱面和監(jiān)測(cè)儀表產(chǎn)生高低溫腐蝕，影響余熱鍋爐安全并限制了過熱蒸汽參數(shù)的提高;HCl氣體的存在升高了煙氣露點(diǎn)，導(dǎo)致排煙溫度升高，降低鍋爐熱效率3;氯源在一定條件下與重金屬反應(yīng)生成低沸點(diǎn)的金屬氯化物，從而加劇了重金屬的揮發(fā)，導(dǎo)致重金屬在飛灰上的富集,增加飛灰毒性4;HCl氣體能促進(jìn)氯酚、氯苯、氯苯并呋喃等“三致”有機(jī)物的生成，而且PVC裂解后生成的HCl被認(rèn)為能促進(jìn)多環(huán)芳烴(PAHs)的生成5。因此，有效去除HCl氣體直接關(guān)系到焚燒系統(tǒng)的安全和環(huán)保運(yùn)行。1.2有機(jī)類污染物有機(jī)類污染物主要是指在環(huán)境中濃度雖然很低，但毒性很大，直接危害人類健康的二惡英類化合物，其主要成分為多氯二苯并二惡英(PCDDs)和多氯二苯并呋喃(PCDFs)。通常認(rèn)為，垃圾的焚燒是環(huán)境中此類化合物產(chǎn)生的主要來源6,7。垃圾焚燒爐中二惡英有兩種成因：一是垃圾自身含有微量的二惡英類物質(zhì)，二是焚燒爐在垃圾燃燒過程中產(chǎn)生二惡英，其形成機(jī)理概括起來有三種8,9：(1)高溫合成。在垃圾進(jìn)入焚燒爐的初期干燥階段，除水分外,含碳?xì)涑煞值牡头悬c(diǎn)有機(jī)物揮發(fā)后，與空氣中的氧反應(yīng)生成水和二氧化碳，形成暫時(shí)缺氧狀況，使部分有機(jī)物同氯化氫反應(yīng)，生成二惡英;(2)從頭(denovo)合成。通過denovo合成反應(yīng)形成二惡英。即在低溫(250~350°C)條件下，大分子碳(殘?zhí)?與飛灰基質(zhì)中的有機(jī)或無機(jī)氯在飛灰表面反應(yīng)，生成二惡英；(3)前驅(qū)物合成。不完全燃燒及飛灰表面的不均勻催化反應(yīng),可形成多種有機(jī)氣相前驅(qū)物，如多氯苯酚和聚氯乙烯，前驅(qū)物分子在燃燒過程中通過重排、自由基縮合、脫氯及其它化學(xué)反應(yīng)生成二惡英。1.3顆粒物及重金屬垃圾焚燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)小顆粒物。同時(shí)，垃圾中原有的顆粒物在爐膛內(nèi)被氣流揚(yáng)起并隨焚燒氣排出。垃圾中可燃組分因燃燒不完全會(huì)形成黑煙，黑煙中含有大量的碳粒子。顆粒物的粒徑越小越容易進(jìn)入肺泡,危害也就越大。細(xì)小顆粒物中會(huì)含有Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn、Sb、Cd、Se等重金屬，其中對(duì)人體危害大的重金屬如Cr、Cd、Ni、Pb、Se等主要集中于小于3um10的顆粒物中。因此，在去除顆粒物的同時(shí)，也就在一定程度上削減了重金屬的危害。2垃圾焚燒煙氣污染控制垃圾焚燒生成的污染物來源于垃圾組分,其存在形式及數(shù)量與焚燒條件和凈化系統(tǒng)密切相關(guān)。從污染物的產(chǎn)生及其排放過程看，控制垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染可以采取以下措施。2.1控制煙氣污染物的產(chǎn)生根據(jù)煙氣污染物的形成機(jī)理，控制垃圾焚燒條件，使燃燒處于良好狀態(tài),從而減少有害物質(zhì)的生成。運(yùn)用合適的爐膛和爐排結(jié)構(gòu),使垃圾在焚燒爐得以充分燃燒。煙氣中CO的濃度是衡量垃圾充分燃燒的指標(biāo)之一,CO濃度越低說明燃燒越充分，比較理想的CO濃度指標(biāo)是低于60mg/m3。焚燒爐內(nèi)煙氣出口溫度不低于850°C，煙氣在爐膛及二次燃燒室內(nèi)的停留時(shí)間不小于2S,O2的濃度不少于6%,并合理控制助燃空氣的風(fēng)量、溫度和注入位置。在爐內(nèi)噴入固硫固氯劑CaCO3或CaO可降低氯化物和硫化物對(duì)高溫受熱面的高溫腐蝕及對(duì)大氣的二次污染。燃燒過程中NOX與二惡英的控制條件矛盾，一般在燃燒實(shí)際運(yùn)行中保證在垃圾可燃組分充分燃燒的基礎(chǔ)上再兼顧NOX的產(chǎn)生。國(guó)外的處理措施是在煙氣處理系統(tǒng)中增加脫硝裝置。煙氣凈化系統(tǒng)是城市生活垃圾焚燒污染控制的關(guān)鍵，煙氣凈化后各種污染物的排放濃度應(yīng)達(dá)到國(guó)標(biāo)GWKB3-2000的規(guī)定。煙氣凈化一般主要有由脫酸，除塵，活性炭吸附三個(gè)部分組成。國(guó)內(nèi)外普遍采用的工藝主要是半干法/干法+布袋除塵器,其中脫酸技術(shù)是垃圾焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的核心。2.2.1脫酸酸性氣體HCl、SOx、HF主要通過濕法、干法或半干法中Ca(OH)2、NaOH等堿性物質(zhì)中和吸收來去除。其中，濕法技術(shù)效率高，可達(dá)97%以上,但有大量污水排出，容易造成二次污染。干法技術(shù)無污水排放，但脫除效率僅達(dá)60%~70%。半干法技術(shù)有較高的脫除效率(可達(dá)90%左右)，藥品用量少，且無污水排放,因此為煙氣脫酸的主要適用技術(shù)。半干法脫酸裝置一般設(shè)置在除塵器之前，主要包括給料系統(tǒng)、混合系統(tǒng)和反應(yīng)系統(tǒng)。脫酸劑CaO在給料系統(tǒng)生成粉狀Ca(OH)2,再進(jìn)入混合系統(tǒng)與煙氣及少量的水充分混合，最后以噴霧狀進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)。HCl、SOx、HF等酸性成分被吸收，生成中性、干燥的細(xì)小固體顆粒，隨煙氣進(jìn)入下一步凈化系統(tǒng)。主要反應(yīng)有：2HCl+Ca(OH)2=CaCl2+2H2O(1)SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O(2)2.2.2除塵除塵器是煙氣凈化系統(tǒng)的末端設(shè)備，國(guó)標(biāo)GB18485-2001中規(guī)定生活垃圾焚燒爐除塵裝置必須采用袋式除塵器。袋式除塵器不僅收捕一般顆粒物，而且能收捕揮發(fā)性重金屬或其氯化物、硫酸鹽或氧化物所凝結(jié)成直徑W0.5mm的氣溶膠，還能收捕吸附在灰分或活性炭顆粒上的二惡英等有機(jī)類污染物。袋式除塵系統(tǒng)中的布袋是由不同材料的纖維制成濾布,對(duì)尾氣進(jìn)行過濾，達(dá)到除塵及吸附二惡英的目的。煙塵顆粒在濾布表面堆積形成致密的薄層，因此布袋式除塵器對(duì)粉塵去除率一般都很高。受布袋材料的耐熱強(qiáng)度限制，尾氣溫度一般須控制在250°C左右，低于二惡英的再合成溫度。2.2.3活性炭吸附目前國(guó)內(nèi)外垃圾焚燒煙氣處理中，對(duì)二惡英的處理主要采用活性炭吸附?；钚蕴坎粌H可以吸附二惡英還能有效去除重金屬等物質(zhì)。由于飛灰的比表面積很大，對(duì)二惡英有很強(qiáng)的吸附作用，導(dǎo)致飛灰中二惡英濃度很高，通常占焚燒過程二惡英總排放量的70%左右11。而大部分的重金屬(>70%)都仍留存于爐渣中，僅Hg和Cd在高溫下?lián)]發(fā)，進(jìn)入飛灰隨焚燒煙氣排放12。為提高煙氣中二惡英類和重金屬污染物的去除率,可以采取以下方法13：(1)減少煙氣在200~350C溫度域的停留時(shí)間，有利于減少二惡英類污染物再次生成，控制除塵器入口煙氣溫度低于200C，有利于有機(jī)類及重金屬污染物的脫除，即在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中采用“溫度控制”；(2)在反應(yīng)塔和除塵器之間，通過混粉器在煙氣中噴入活性炭或多孔性吸附劑，可吸附二惡英類和重金屬污染物,再用布袋除塵器捕集。3結(jié)語(yǔ)垃圾焚燒能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)生活垃圾的減量化、無害化、資源化，具有很好的應(yīng)用前景，但焚燒不可避免帶來二次污染，尤其是由飛灰、酸性氣體、二惡英、重金屬等組成的焚燒煙氣的污染。垃圾焚燒煙氣二次污染的防治是垃圾焚燒系統(tǒng)不可缺少的組成部分。要采用適當(dāng)?shù)臒煔鈨艋幚砑夹g(shù),對(duì)污染物的排放進(jìn)行有效的控制。參考文獻(xiàn)1TAGASHIRAK,TORIII,MYOUYOUK,bustioncharacteristicsanddioxinbehaviorofwastefiredCFBJ.Chemi.Eng.Sci.,1999,54(22)：5599-5607.2MCCULLOCHA,AUCOTTML,BENKOVITZCM,etal.Globalemissionsofhydrogenchlorideandchloromethanefromcoalcombustion,incinerationandindustrialactivitiesJ.JournalofGeophysicalResearch,1999,104,(7)：8391-8403.3許適群.關(guān)于露點(diǎn)腐蝕及用鋼的綜述.石油化工腐蝕與防護(hù)J.2000,17(1)：1-4.4李建新，嚴(yán)建華,池涌等.垃圾組分中氯對(duì)重金屬遷移特性的影響J.燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2003,3l(6)：579-583.5HALONENI,TARHANENJ,RUOKOJAERVIP.etal.EffectofcatalystsandchlorinesourceontheformationoforganicchlorinatedcompoundsJ.Chemosphere,1995,30(7):1261-1273.6瑪斌，吳穎海,李鋒等.城市垃圾焚燒與二惡英J.能源研究與利用，2000,12(4)：12-14.7錢斌.城市垃圾焚燒爐中二惡英的污染及控制J.工業(yè)爐,2000,22(1):20-22.8周宏倉(cāng)，仲兆平,金寶升.城市固體廢物焚燒過程中二惡英的生成和控制J.能源研究與利用，2002,14(4):15-20.9汪玉林.垃圾發(fā)電技術(shù)及工程實(shí)例M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2003.10張金成，姚強(qiáng)，呂子安等.垃圾焚燒二次污染物的形成與控制技術(shù)J.環(huán)境保護(hù)，2001,28(5)：17-18.