爐排爐焚燒垃圾過程中主要污染物的控制

黃最惠

(舟山市環(huán)境保護(hù)局,浙江舟山 316000)

爐排爐焚燒垃圾過程中主要污染物的控制

黃最惠

(舟山市環(huán)境保護(hù)局,浙江舟山 316000)

概述了二惡英、重金屬、酸性氣體、灰渣等垃圾焚燒的主要污染物,以二段式(往復(fù))焚燒爐為例,介紹了爐排爐焚燒處理工藝和污染控制設(shè)備,提出通過控制垃圾焚燒條件、尾氣處理以及吸附等方法,可以有效控制二惡英類污染物的排放;重金屬的控制可以用除塵器或使用相應(yīng)的吸附劑處理;采用較為成熟的煙氣處理技術(shù),可以控制處理酸性氣體;灰渣可采用固化穩(wěn)定化或酸提取法處置。

環(huán)境工程;垃圾焚燒;爐排爐;主要污染物

1 垃圾焚燒發(fā)電的主要污染物

垃圾焚燒發(fā)電過程中產(chǎn)生的污染物,以氣態(tài)形式存在的主要有酸性氣體、有機(jī)類污染物;以固態(tài)形式存在的主要是附著在飛灰上的重金屬、有機(jī)微量污染物等;以液態(tài)存在的污染物分為有機(jī)廢水和無機(jī)廢水。

酸性氣體污染物中 SOx、HCl主要是垃圾中所含的 S、Cl等化合物在燃燒過程中產(chǎn)生的。一般城市垃圾中 S含量為 0.12%,其中有 30%～60%轉(zhuǎn)化為 SO2,其余則殘留于底灰或被飛灰所吸收。NOx主要來源于垃圾中含氮化合物的分解轉(zhuǎn)換和空氣中的氮?dú)飧邷匮趸?其主要成分為 NO。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。

固態(tài)形式的污染物主要指灰渣,它由底灰和飛灰共同組成。底灰是垃圾焚燒爐的爐排下和爐床尾端、余熱鍋爐等收集下來的排出物,主要是不可燃的無機(jī)物以及部分未燃盡的可燃有機(jī)物。飛灰是指由空氣污染控制設(shè)備中所收集的細(xì)微粒,可能含有各種較高浸出濃度的重金屬元素,如 Pb、Cr、Cd等,屬于要控制的危險(xiǎn)廢物的范疇。

垃圾焚燒廠的廢水主要有垃圾滲濾液和生產(chǎn)廢水。生產(chǎn)廢水包括洗車沖洗水、垃圾卸料平臺(tái)地面清洗水、鍋爐排污水和冷卻煙氣的廢水等。

2 爐排爐焚燒處理工藝

爐排爐焚燒處理工藝流程為:垃圾經(jīng)預(yù)處理后由給料機(jī)給入爐內(nèi),通過爐排輸送,先是落在傾斜的逆推爐排上,垃圾在床面上翻滾、攪拌,完成干燥、著火和燃燒過程,隨后在逆推爐排的末端,經(jīng)過一段落差,掉入水平或傾斜的順推爐排床面上,繼續(xù)燃燒,直至燃燼。煙氣被引風(fēng)機(jī)牽引依次通過過熱器、蒸發(fā)對(duì)流管束、省煤器和空預(yù)器,溫度下降,其熱量傳遞給各受熱面中的水,使水轉(zhuǎn)化為次高溫、次高壓的蒸汽,送到汽輪發(fā)電機(jī)組做功發(fā)電,完成垃圾焚燒處理資源化利用的過程。垃圾焚燒后的灰、渣通過爐膛底部的排渣口排出,采用濕法水冷工藝。焚燒后產(chǎn)生的煙氣由鍋爐轉(zhuǎn)換成蒸汽,蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電,鍋爐出口的煙氣經(jīng)過脫硫、除塵后排放。除渣系統(tǒng)所收集到的爐渣,送填埋場(chǎng)填埋;煙氣吸附物、除塵器收集的飛灰送至灰倉(cāng)暫存,在廠內(nèi)穩(wěn)定化處理后,達(dá)到《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中飛灰填埋要求后,送專用填埋場(chǎng)填埋(見圖 1)。

圖1 排爐垃圾焚燒工藝流程

3 爐排爐焚燒中主要污染物的控制

3.1 廢氣防治

3.1.1 二惡英的控制措施

(1)選用合適的爐膛結(jié)構(gòu),使垃圾在焚燒爐得以充分燃燒。衡量垃圾是否充分燃燒的重要指標(biāo)之一是煙氣中 CO的濃度,CO的濃度越低,說明垃圾燃燒越充分。煙氣中比較理想的指標(biāo)是 CO質(zhì)量濃度低于 60mg/m3;

(2)嚴(yán)格執(zhí)行“三 T”措施,設(shè)置爐溫自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),使垃圾焚燒爐的溫度控制在 850～950℃之間;煙氣停留時(shí)間 2 s以上及合適的湍流度,焚燒爐渣熱灼減率≤5%;焚燒爐出口煙氣中含氧量 6%～12%之間;

(3)縮短煙氣溫度處于 300～500℃的時(shí)間,控制余熱鍋爐的排煙溫度不超過 230℃;

(4)選用布袋式除塵器,控制除塵器入口的煙溫低于 150℃,并在進(jìn)入袋式除塵器的煙道上設(shè)置活性碳等反應(yīng)劑的噴射裝置,進(jìn)一步吸附二惡英,確保二惡英排放控制在 0.1 ngTEQ/Nm3以下;

(5)通過分類收集或預(yù)分揀使生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質(zhì)不進(jìn)入垃圾焚燒廠;

(6)由于二惡英可以在飛灰被吸附或生成,所以對(duì)飛灰應(yīng)用專門容器收集后作為有毒有害物質(zhì)送安全填埋場(chǎng)進(jìn)行無害化處理,可以對(duì)飛灰進(jìn)行低溫(300～400℃)加熱脫氯處理,或熔融固化處理后再送安全填埋場(chǎng)處置或水泥廠綜合利用,以有效控制飛灰中二惡英的排放;

(7)設(shè)置永久采樣孔和監(jiān)測(cè)臺(tái),委托有資質(zhì)單位對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生的主要污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)內(nèi)容必須包括二惡英。

3.1.2 粉塵、SO2、HCl及NOx的控制措施

垃圾焚燒爐排放的煙氣主要采用國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行處理。該技術(shù)根據(jù)循環(huán)流化床理論和噴霧干燥原理,采用懸浮方式,使吸收劑在吸收塔內(nèi)懸浮、反復(fù)循環(huán),與煙氣中的 SO2、HCl充分接觸反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)脫硫的一種方法。煙氣凈化工藝包括:吸收劑存儲(chǔ)和輸送、煙氣霧化增濕調(diào)溫、脫硫劑與含濕煙氣霧化顆粒充分接觸混合、SO2吸收、增濕活化、灰循環(huán)、活性炭吸附及廢渣排除。系統(tǒng)包括煙氣凈化塔系統(tǒng)、預(yù)除塵及灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑存儲(chǔ)和輸送系統(tǒng)、布袋除塵器系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)。煙塵采用布袋除塵;SO2采用熟石灰脫硫;因焚燒爐屬于次高溫燃燒,并且采用分段供風(fēng)技術(shù),且垃圾的氮含量相對(duì)較低,使氮氧化合物生成量較低,不設(shè)置專門的抑制設(shè)施;氯化氫采用熟石灰反應(yīng)并結(jié)合尾部半干法煙氣凈化系統(tǒng)的共同作用,以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3 臭氣及粉塵控制措施

為防止臭氣外逸,所有外門及卸料口上均設(shè)置空氣幕。垃圾貯存于垃圾倉(cāng)內(nèi),鍋爐的一次風(fēng)從垃圾坑上方抽出,保持垃圾貯存池負(fù)壓,使有毒氣體和臭氣不致散入車間內(nèi)或大氣中。垃圾貯存池嚴(yán)格密閉,定期排空,防止低層垃圾腐蝕或產(chǎn)生火災(zāi)?；钚蕴糠蹅}(cāng)、飛灰?guī)祉敳烤渲貌即龎m器,以免粉塵飛揚(yáng),造成對(duì)環(huán)境的二次污染。

3.2 重金屬的捕獲

3.2.1 垃圾分類

焚燒前對(duì)垃圾進(jìn)行歸類分揀,將重金屬含量較高的廢舊電池及電器、雜質(zhì)等,從原生垃圾中分揀出來,可以大幅減少垃圾焚燒產(chǎn)物中的 Hg、Pb、Cd含量。焚燒過程中對(duì)重金屬的捕獲,可采用冷凝、噴入特殊的試劑等方法吸附。根據(jù)揮發(fā)——冷凝機(jī)理,金屬在離開爐膛后將經(jīng)歷冷凝過程,當(dāng)溫度低于重金屬露點(diǎn)時(shí),金屬發(fā)生同類核化 (形成重金屬顆粒)或異相吸附(富集在飛灰顆粒上),其顆粒的大小取決于到達(dá)露點(diǎn)溫度后的滯留時(shí)間。一般情況下,所形成的顆粒直徑很小,通過降溫可使重金屬自然凝聚成核或冷凝成顆粒物從而被除塵設(shè)備捕集。常規(guī)顆粒捕獲設(shè)備對(duì)主要的微量元素,如 Sb、Be、Cd、Cr、Co、Pb、Mn等能有效捕集,且捕集率超過 95%;而對(duì)于大部分富集在微小顆粒中,或者以氣體形式出現(xiàn)的 Hg、As、Se等,捕集效率則很低。

3.2.2 噴入活性炭

向煙氣中噴入粉末或顆粒狀活性炭,吸附重金屬后形成較大顆粒而被除塵設(shè)備捕集。這種方法在脫除 Hg方面效率高達(dá) 90%。其吸附機(jī)理通常認(rèn)為是氣體分子向炭基體擴(kuò)散,由于分子間范德華力的作用,而將這些擴(kuò)散的分子保留在表面。

3.3 廢水處理

垃圾滲濾液經(jīng)收集后送滲濾液處理系統(tǒng)處理。垃圾滲濾液主要產(chǎn)生于垃圾貯坑,是垃圾發(fā)酵、腐爛后排出的水分,具有成分復(fù)雜、污染物濃度高的特點(diǎn)。一般將滲濾液收集到污水坑內(nèi),再用泵打到爐膛內(nèi),高溫氧化分解處理;也可采用預(yù)處理工藝,達(dá)到污水處理廠接管標(biāo)準(zhǔn)后,由污水處理廠接管處理。生產(chǎn)廢水的處理方法有混凝沉淀、化學(xué)氧化、吸附、膜分離、爐內(nèi)噴霧燃燒等,一般較多采用預(yù)處理 + MBR生化處理 +超濾 +二級(jí)納濾處理工藝,處理后的水優(yōu)先考慮循環(huán)再利用。

3.4 固廢處理

垃圾焚燒產(chǎn)生的底灰按一般固廢處理,送生活垃圾填埋場(chǎng)專用填埋區(qū)填埋。飛灰屬危險(xiǎn)廢物,處置方法主要有水泥固化法和酸提取硫化物處理法兩種。水泥固化法是將飛灰和水泥混凝土混合形成固態(tài),經(jīng)水化反應(yīng)后形成堅(jiān)硬的水泥固化體,從而達(dá)到降低飛灰中危險(xiǎn)成分浸出的目的。酸提取硫化物處理法是先將飛灰漿化,加鹽酸等無機(jī)酸將重金屬提取后,再加硫氫化鈉等硫化物藥劑,生成難溶的金屬硫化物,使重金屬穩(wěn)定化的方法。穩(wěn)定化處理后,送生活垃圾填埋場(chǎng)填埋。

4 結(jié)語

(1)垃圾的焚燒處理方法符合減容減量化、資源化、無害化的標(biāo)準(zhǔn),不僅可以保護(hù)環(huán)境,還可以充分利用資源,是垃圾處理的重要發(fā)展方向。然而,垃圾焚燒過程中二惡英類有機(jī)污染物、酸性氣體、飛灰等有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生會(huì)造成二次污染。

(2)通過控制垃圾焚燒條件、尾氣處理以及吸附等方法,可有效控制二惡英類污染物的排放。重金屬的控制主要是用除塵器或使用吸附劑處理。酸性氣體可采用較為成熟的煙氣處理技術(shù)進(jìn)行治理?；以刹捎梅€(wěn)定化或酸提取法處置。

(3)焚燒爐的燃燒方式、爐型的選擇、湍流度、燃燒溫度及燃燒煙氣在爐內(nèi)停留時(shí)間和除塵技術(shù)等因素,對(duì)垃圾焚燒污染物的排放有重要影響。

(4)從垃圾焚燒爐六大關(guān)鍵系統(tǒng) (儲(chǔ)料和上料系統(tǒng);焚燒系統(tǒng);汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng);煙氣凈化系統(tǒng);出渣系統(tǒng);自動(dòng)化控制和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng))來看,爐排爐焚燒處理工藝成熟簡(jiǎn)單,對(duì)主要污染物的控制切實(shí)有效,適應(yīng)了現(xiàn)代垃圾處理的技術(shù)要求。

[1]張益,趙由才.生活垃圾焚燒技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2001.

[2]陳勇,馬曉茜,李海濱.固體廢棄物能源利用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2004.

[3]劉思明.垃圾的無害化處理和焚燒設(shè)備[J].發(fā)電設(shè)備,2008,22 (2):157-158.

[4]王成海.生活垃圾焚燒二惡英控制措施[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì),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

B

1674-8069(2010)05-012-03

2010-04-13;

2010-08-17

黃最惠(1973-),男,浙江慈溪人,主要從事固體廢物監(jiān)督管理工作。E-mail:huangzuihui@126.com