城市生活垃圾焚燒處理工藝的探討

行 宇，張?jiān)鰪?qiáng)，張 斌，郝建國(guó)

（1.陜西中輝環(huán)保有限公司，陜西 西安 710010；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)理學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

城市生活垃圾焚燒處理工藝的探討

行 宇1，張?jiān)鰪?qiáng)2，張 斌1，郝建國(guó)1

（1.陜西中輝環(huán)保有限公司，陜西 西安 710010；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)理學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

參考目前國(guó)內(nèi)外城市生活垃圾焚燒處理的不同工藝，結(jié)合國(guó)內(nèi)生活垃圾處理現(xiàn)狀，提出適合我國(guó)國(guó)情的垃圾焚燒處理工藝。

城市生活垃圾；焚燒處理；工藝

城市生活垃圾焚燒處理在國(guó)外已有100多a的歷史［1］。歐美國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、生活水平高、垃圾產(chǎn)生量大、熱值高，對(duì)于垃圾焚燒處理極為有利。德國(guó)是最早進(jìn)行垃圾焚燒技術(shù)研究的國(guó)家，日本是目前世界上擁有垃圾焚燒廠最多的國(guó)家，美國(guó)也將城市生活垃圾處理的主要方式從填埋轉(zhuǎn)向焚燒［2］。

目前，焚燒處理生活垃圾在我國(guó)已經(jīng)受到重視，特別是經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的城市正在積極籌建垃圾焚燒廠，垃圾焚燒處理及焚燒發(fā)電技術(shù)在我國(guó)進(jìn)入了應(yīng)用階段。國(guó)內(nèi)垃圾焚燒處理市場(chǎng)廣闊，焚燒處理技術(shù)在消化、吸收、引進(jìn)的過(guò)程中逐步實(shí)現(xiàn)技術(shù)和設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化是垃圾處理的必由之路。

1 焚燒處理工藝的設(shè)計(jì)

焚燒處理以其顯著的減量化、無(wú)害化、資源化優(yōu)勢(shì)，被公認(rèn)為是垃圾處理最好方式。焚燒處理具有占地小、場(chǎng)地選擇容易、處理時(shí)間短、減量化顯著、無(wú)害化徹底、余熱可回收利用等優(yōu)點(diǎn)［3］。

焚燒處理工藝主要是對(duì)生活垃圾進(jìn)行高溫焚燒處理，在800～1 200℃的爐膛內(nèi)通過(guò)燃燒，快速將垃圾中的化學(xué)活性成分充分氧化，留下的無(wú)機(jī)成分成為熔渣排出［4］；煙氣處理工藝主要是對(duì)酸性氣體（HCl、HF、SOx）、氮氧化物（NOx）、顆粒物、有機(jī)物（包括二 ）及重金屬等進(jìn)行控制［5］。

1.1 顆粒物的去除

焚燒煙氣中的主要成分為惰性無(wú)機(jī)物質(zhì)，如灰分、無(wú)機(jī)鹽類、可凝結(jié)的氣體污染物質(zhì)及重金屬氧化物。顆粒物的去除主要利用除塵器。除塵設(shè)備的種類主要包括重力沉降室、旋風(fēng)除塵器、噴淋塔、文氏洗滌器、靜電除塵器及布袋除塵器等［4］。除塵器不僅收捕一般顆粒物，而且收集除揮發(fā)性重金屬及其氯化物、硫酸鹽或氯化物凝結(jié)的直徑不大于0.5μm的氣溶膠，還能收集吸附在灰分或活性炭顆粒上的二 等有機(jī)類污染物。

1.2 酸性氣體污染物的去除

去除垃圾焚燒尾氣中的HCl、HF、SOx等酸性氣體的機(jī)理是酸堿中和反應(yīng)，利用堿性吸收劑，如NaOH、CaO、Ca（OH）2等與酸性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到去除酸性氣體的目的。

1） 濕式洗滌法。

濕式洗滌法利用堿液作為吸收劑，對(duì)焚燒煙氣進(jìn)行洗滌，通過(guò)酸堿中和反應(yīng)將HCl、HF、SOx去除。常采用NaOH作為吸收劑，Ca（OH）2應(yīng)用較少。該法的最大優(yōu)點(diǎn)是去除效率高，缺點(diǎn)是洗滌塔產(chǎn)生的廢水需要經(jīng)過(guò)專門的處理，煙氣需要再加熱，工藝流程復(fù)雜，設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用高。

2） 干法凈化。

干法凈化一般將干式吸收劑（CaO、CaCO3）粉末噴入爐內(nèi)或煙道，使之與酸性氣態(tài)污染物反應(yīng)，然后進(jìn)行氣-固分離。一般的工藝組合形式為“吸收劑管道噴射+反應(yīng)器”，并輔以后續(xù)的高效除塵器。該法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)物為固態(tài)，可直接進(jìn)行最終處理；缺點(diǎn)是污染物的去除率低。

3） 半干法凈化。

半干法凈化是使煙氣中的污染物與堿液進(jìn)行反應(yīng)，形成固態(tài)物質(zhì)而被去除，是介于濕法和干法之間的一種工藝方法。優(yōu)點(diǎn)是凈化效率高且無(wú)需對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行二次處理；缺點(diǎn)是系統(tǒng)復(fù)雜，對(duì)操作水平要求較高，需要長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐積累才能達(dá)到良好的凈化效果。

1.3 NOx的去除

焚燒煙氣中的NOx以NO為主，其含量高達(dá)95%或更高，去除工藝應(yīng)用最多的是選擇性非催化還原法 （SNCR），以NH4OH（氨水） 或（NH2）2CO（尿素）作為還原劑噴入爐膛內(nèi)，NOx在高溫下被還原成N2和H2O。

國(guó)外目前主要采取在煙氣處理系統(tǒng)中增加脫硝裝置。爐內(nèi)脫硝技術(shù)的研究與應(yīng)用前景十分廣闊，這一技術(shù)主要是利用碳?xì)漕愇镔|(zhì)與NOx進(jìn)行直接的氧化還原反應(yīng)，生成無(wú)害的氮?dú)狻?/p>

1.4 二 類物質(zhì)及重金屬的去除

垃圾焚燒是二 排放的主要污染源之一，二 的產(chǎn)生在垃圾焚燒處理工藝的各個(gè)階段：焚燒爐內(nèi)、低溫?zé)煔舛?、除塵凈化過(guò)程等。重金屬以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的形式進(jìn)入除塵器，當(dāng)煙氣冷卻時(shí)，氣態(tài)部分轉(zhuǎn)變成可捕集的固態(tài)或液態(tài)顆粒。工程實(shí)踐表明：低溫控制和高效的顆粒物捕獲有利于二 污染物和重金屬的凈化。

1.5 飛灰處理

飛灰是指空氣污染控制設(shè)備中所收集的細(xì)微顆粒，一般是經(jīng)旋風(fēng)除塵器、靜電除塵器或袋式除塵器所收集的中和反應(yīng)物及未完全反應(yīng)的堿劑。關(guān)于垃圾焚燒飛灰的化學(xué)成分研究，錢玲等［6-7］普遍認(rèn)為生活垃圾焚燒飛灰主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3組成，其中SiO2和Al2O3占的比例較大。

目前對(duì)飛灰處置的污染控制主要有2個(gè)方面：一是重金屬的含量（即總量控制），主要采用重金屬分離技術(shù)，有酸提取、水提取、堿提取、高溫提取、生物浸出提取和其他藥劑提取。二是評(píng)價(jià)它的浸出毒性，主要依靠固化/穩(wěn)定化方法，有水泥固化法、瀝青固化法、塑料固化法、熔融固化法、自膠結(jié)固化法和化學(xué)穩(wěn)定化等方法。

1.6 爐渣處理

爐渣指從焚燒爐尾端排出的底灰殘余物以及從爐床間隙落下的細(xì)渣部分。在我國(guó)爐渣屬于一般廢物，可以直接填埋或作為水泥混凝土和瀝青混凝土的骨料或填埋場(chǎng)覆蓋材料等。

2 焚燒處理工藝的描述

城市生活垃圾焚燒處理工藝為：爐內(nèi)脫氮+旋風(fēng)除塵器+換熱器+半干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器，工藝流程如圖1所示。

2.1 爐內(nèi)脫氮

將尿素配制成5%的稀溶液，經(jīng)霧化噴嘴直接噴入爐膛，使之與煙氣中的NOx發(fā)生反應(yīng)，降低煙氣中NOx濃度，可將煙氣中的NOx濃度控制在200 mg/m3，達(dá)到煙氣脫氮的目的。為減少煙氣中NOx生成，可以采取控制焚燒溫度、降低爐內(nèi)O2濃度和縮短垃圾在高溫區(qū)的停留時(shí)間等措施。

2.2 旋風(fēng)除塵器

煙氣流從旋風(fēng)除塵器外筒上部沿切向引入，煙氣流速約20 m/s，由于慣性力的作用，顆粒物被拋向旋風(fēng)除塵器的筒壁并沿著筒壁下落至收集口。由于焚燒煙氣中的顆粒物粒度很小（d＜10 μm的顆粒物含量較高）［4］，旋風(fēng)除塵器對(duì)于小顆粒物的去除率較小，對(duì)于15μm以上的顆粒物的去除率較高［8］，因此將旋風(fēng)除塵器設(shè)置為前級(jí)處理設(shè)備，去除大顆粒物，減輕后續(xù)除塵設(shè)備的工作負(fù)荷。

2.3 換熱器

垃圾焚燒產(chǎn)生的高溫需要經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行熱交換，將800℃以上的高溫?zé)煔庠? s以內(nèi)驟降至250℃以下，盡可能地抑制二 類物質(zhì)的生成，同時(shí)滿足后續(xù)除塵設(shè)備的工作溫度要求。經(jīng)過(guò)熱交換的余熱蒸汽可供發(fā)電或其它用途。

為了清理和維修的方便，采用水平水管式換熱器。同時(shí)在換熱器的受熱面煙管處安裝聲波吹灰裝置，將壓縮空氣轉(zhuǎn)換成大功率聲波送入換熱器受熱面的結(jié)焦部位，使結(jié)焦物質(zhì)受到一定頻率交替變化的疏密波反復(fù)的拉、壓作用，因而疏松脫落，實(shí)現(xiàn)及時(shí)清理?yè)Q熱器受熱面，保證換熱器工作效率的目的。

2.4 半干法脫酸

采用新型半干法脫酸系統(tǒng)，煙氣由噴淋塔頂部沿螺旋進(jìn)入，石灰漿經(jīng)霧化器霧化后沿切向散布，氣體和液體在噴淋塔內(nèi)充分接觸，有效地降低煙氣溫度、蒸發(fā)水分、去除酸性氣體，脫酸效率＞93%。中和反應(yīng)后的固體殘?jiān)伤准昂罄m(xù)除塵設(shè)備收集。

脫酸系統(tǒng)配置動(dòng)態(tài)氣膜隔離保護(hù)的磁力霧化器。高頻磁場(chǎng)保證霧化器高速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)（15 000～36 000 r/min），產(chǎn)生的堿霧與煙氣在切向充分混合，在極短的時(shí)間和距離內(nèi)完成吸熱、蒸發(fā)、中和反應(yīng)。動(dòng)態(tài)氣膜隔離技術(shù)使霧化器周圍形成氣體隔離保護(hù)膜，降低煙氣中的酸根離子、顆粒物、高溫等對(duì)于霧化器的腐蝕、沖擊、磨削作用，延長(zhǎng)霧化器的使用壽命。脫酸后的煙氣進(jìn)入后續(xù)除塵設(shè)備。

2.5 活性炭吸附

活性炭吸附系統(tǒng)設(shè)置在脫酸系統(tǒng)和袋式除塵器之間的煙道，活性炭由貯存罐經(jīng)輸送設(shè)備定量輸送到噴射裝置，然后噴射到煙管中，活性炭粉與煙氣接觸、混合，將煙氣中的二和重金屬物質(zhì)吸附，從而達(dá)到去除的目的。經(jīng)過(guò)活性炭吸附后的煙氣進(jìn)入袋式除塵器。

2.6 袋式除塵器

袋式除塵器的除塵效率＞99%，且對(duì)于＜0.5 μm的顆粒物有很高的捕獲效率［4］。采用袋式除塵器作為煙氣處理的后級(jí)設(shè)備，可將煙氣中的顆粒物、消石灰、凝結(jié)的重金屬物質(zhì)、活性炭粉等附著在濾袋表面。煙氣中未完全反應(yīng)的酸性氣體、重金屬和二類物質(zhì)在此可以得到進(jìn)一步地吸附去除。濾袋可采用耐酸堿性能高、抗結(jié)露點(diǎn)高的材料，以提高袋式除塵器的使用壽命和工作效率。過(guò)濾下來(lái)的飛灰經(jīng)振打、反吹等措施從濾袋表面去除進(jìn)入收集箱，處理后的煙氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)至煙囪高空排放。

3 結(jié)論

1）以旋風(fēng)除塵器作為煙氣處理的前級(jí)設(shè)備，減輕了后續(xù)設(shè)備的工作負(fù)荷。

2）在換熱器換熱面處設(shè)置聲波吹灰器，提高了換熱器的工作效率，延長(zhǎng)了設(shè)備的工作周期。

3）采用高效率的新型半干法脫酸系統(tǒng)，降低了堿液的消耗量，提高了脫酸系統(tǒng)的脫酸效率和堿液利用率。

4） 爐內(nèi)脫氮+旋風(fēng)除塵器+換熱器+半干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器的工藝路線組合經(jīng)濟(jì)合理，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高，適合我國(guó)國(guó)情，值得推廣應(yīng)用。

［1］宋志偉，呂一波，梁洋，等.國(guó)內(nèi)外城市生活垃圾焚燒技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2007，15（1）：21-24.

［2］蘇萍，王國(guó)華，劉聿拯，等.城市生活垃圾焚燒技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.能源研究與信息，2002，18（3）：143-149.

［3］曾祥耙.城市生活垃圾焚燒發(fā)電前景樂觀［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2007，15（4）：35-36.

［4］趙由才，宋玉.生活垃圾處理與資源化技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［5］吳桐.中國(guó)城市垃圾、污水處理技術(shù)實(shí)務(wù)［M］.北京：世界知識(shí)出版社，2001.

［6］錢玲，侯浩波.淺談垃圾焚燒灰渣的資源化利用［J］.中國(guó)資源綜合利用，2004，10：9-12.

［7］嚴(yán)建華，彭雯，李曉東，等.城市生活垃圾焚燒飛灰重金屬的浸出特性［J］.燃燒化學(xué)學(xué)報(bào)，2004，32（1）：65-68.

［8］楊國(guó)清，劉康懷.固體廢物處理工程［M］.北京：科學(xué)出版社，2000.

Incineration Treatment Technology of Municipal Domestic Waste

Xing Yu1,Zhang Zengqiang2,Zhang Bin1,Hao Jianguo1
（1.Shaanxi Zhonghui Environmental Conservation Co.,Ltd,Xi’an Shaanxi 710010；2.College of Sciences,Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 712100）

Referring to different technologies of incineration treatment of municipal domestic waste at home and abroad,waste incineration treatment technology that was suitable for conditions of our country was put forward,combining with present situation of domestic waste treatment in China.

municipal domestic waste；incineration treatment；technology

X799.3

A

1005－8206（2010） 01－0055－03

2009-08-14

行宇（1973—），畢業(yè)于陜西工學(xué)院（現(xiàn)改名為陜西理工學(xué)院）機(jī)械制造工藝及設(shè)備專業(yè)?，F(xiàn)任陜西中輝環(huán)保有限公司技術(shù)部經(jīng)理。先后主持和參與“焦作市600 t/d垃圾處理項(xiàng)目”、“西安市500 t/d城市生活垃圾無(wú)害化綜合處理項(xiàng)目”等多個(gè)項(xiàng)目的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備開發(fā)及設(shè)備選型；開發(fā)設(shè)計(jì)了“城市生活垃圾破碎篩分一體化機(jī)”和“伸縮式布料機(jī)”等設(shè)備，并取得數(shù)項(xiàng)實(shí)用新型專利。

E-mail：xingy1000@163.com。