垃圾焚烧烟气净化工艺-张建平

生活垃圾焚烧与烟气净化工艺2012-5-3112012-5-312目录一、生活垃圾焚烧工段与主要工艺二、烟气净化工艺及排放标准三、烟气净化系统的分工艺四、烟气净化系统的组合工艺五、光大苏州公司的工艺与排放标准2012-5-313一、生活垃圾焚烧工段与主要工艺随着经济的发展和物质消费的增多，生活垃圾的量逐年增多，对地下水、地表水、土壤、大气的环境质量造成了负面影响，严重损害了社会可持续发展进程。由于焚烧方式具有处理量大、速度快、占地面积小的优点，已成为了生活垃圾处理与处置的主要方式。城市生活垃圾的焚烧发电是利用焚烧炉对生活垃圾中可燃物质进行焚烧处理，通过高温焚烧后消除垃圾中大量的有害物质，达到无害化、减量化的目的，同时利用回收到的热能进行供热、供电，达到资源化。1、背景2012-5-3142、生活垃圾焚烧发电的主要工段焚烧炉余热锅炉汽轮机发电系统烟气净化系统飞灰处理系统炉渣处理系统渗滤液处理系统2012-5-3153、生活垃圾焚烧主要工艺生活垃圾焚烧工艺中，焚烧炉是最关键的工段。焚烧炉型的不同，炉渣、渗滤液等处理系统的工艺也不尽相同。焚烧炉炉型主要有以下两种：垃圾通过进料斗进入倾斜向下的炉排，炉排片的交错运动使得垃圾逐级向下方推动，一次通过炉排的干燥段、燃烧段、燃尽段，直至燃尽排出炉膛；焚烧产生的高温烟气通过锅炉的受热面产生热蒸汽，同时冷却烟气，然后经烟气净化系统处理后排入大气。3.1机械炉排炉2012-5-316炉排炉焚烧工艺流程图（基本设备）2012-5-3173.2循环流化床物料在炉膛中燃烧，一次风将细小物料带到炉膛中上部燃烧，大颗粒（没有燃烧充分的）则通过自身重力沿着炉膛内壁落入炉膛下部，如此循环，称为内循环。由气流带出炉膛的固体物料在气固分离装置中被收集并通过返料装置送回炉膛，使物料燃烧充分，该过程构成了外循环。炉渣由炉膛下部排出，带有细灰的烟气进入烟气净化系统，经处理后排入大气。炉膛四周布置有水冷壁用于吸收燃烧所产生的部分热量。2012-5-318我国不同焚烧炉型的应用比例不同炉型焚烧厂数量分布图不同炉型焚烧厂规模分布图注：来自《生活垃圾焚烧污染控制标准》(征求意见稿)2012-5-319目录一、生活垃圾焚烧工段与主要工艺二、烟气净化工艺及排放标准三、烟气净化系统的分工艺四、烟气净化系统的组合工艺五、光大苏州公司的工艺与排放标准2012-5-3110•去除重金属、二噁英•捕集粉尘•去除HCl、SO2等酸性气体•去除NOx脱硝系统脱酸系统活性炭系统除尘器1、烟气净化系统基本工艺组成二、烟气净化系统工艺及排放标准2012-5-31112、生活垃圾焚烧烟气排放标准检测项光大企业标准欧盟2000标准中国现行国标国标征求意见稿TSP(mg/m3)10108020NOx(mg/m3)200200400200SO2(mg/m3)505026080CO(mg/m3)505015060TOC(mg/m3)1010----HCl(mg/m3)10107560HF(mg/m3)11----Hg(mg/m3)0.050.050.20.05Cd+Tl(mg/m3)0.050.05--0.05Cd(mg/m3)----0.1--Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V(mg/m3)0.50.5--1.0Pb(mg/m3)----1.6--二噁英(ngTEQ/Nm3)0.10.110.12012-5-3112目录一、生活垃圾焚烧工段与主要工艺二、烟气净化工艺及排放标准三、烟气净化系统的分工艺四、烟气净化系统的组合工艺五、光大苏州公司的工艺与排放标准2012-5-3113三、烟气净化系统的分工艺•NOx控制技术脱硝系统•酸性气体控制技术脱酸系统•重金属、二噁英控制技术活性炭吸附•粉尘(颗粒物)控制技术除尘器2012-5-31141、NOx控制技术1.1NOx的主要来源垃圾中含N化合物在焚烧过程中与O2发生反应，生成NOx助燃空气中N2在高温条件下被氧化生成NOx助燃燃料(如煤、天然气、油品等)燃烧生成NOx2012-5-31151.2NOx控制技术1.2.1焚烧工况控制A、降低空气比。降低焚烧炉的空气过剩系数，保证O2满足焚烧的需要，但不足以与N2反应生成大量的NOx和CO。B、炉膛中间加挡板。中间隔板可引起烟气二次回流，适用于各种热值垃圾，使其稳定、充分焚烧，控制NOx和二噁英的生产量，可有效降低热灼减率。2012-5-3116日本JFE公司增加中间隔板，使得烟气回流，进行二次燃烧，从而降低烟气中NOx的浓度C、烟气再循环。从烟道尾部抽烟气送入炉膛再循环2012-5-3118日本荏原公司低空气比高温燃烧技术，通过烟气再循环方式，降低烟气中NOx的浓度2012-5-31191.2.2选择性非催化反应(SNCR)向焚烧炉内注射化学物质，如氨、尿素，在焚烧温度为850~1100℃的区域，NOx与氨或者尿素反应，被还原为N2。尿素分解成为NH3后参与反应，没有反应完全的NH3与烟气中的HCl反应生成NH4Cl，烟气中残留的NH3一般小于10ppm。SNCR工艺中，需要解决氨逃逸的问题。氨逃逸不仅降低了原料利用率，还增加了出口烟气中污染物浓度。2012-5-3120控制氨逃逸，目前常用的手段是：①温度窗口的控制。尽可能的保证所喷入的氨水在合适的温度区域，使其与烟气进行良好的混合，提高还原剂利用率；②摩尔比的控制，即控制喷入氨水的量。如果喷入氨水的量不足，难以达到脱硝的目的；而喷入氨水过量时，又会增加氨逃逸。简单点说，控制氨逃逸就是要“在合适的位置，喷入合适的量”。③安装在线氨监测计，是目前常用的监测氨逃逸率的手段，可根据烟气中氨的含量，及时调整氨的喷入量。1.2.2选择性非催化反应(SNCR)-氨逃逸控制2012-5-31211.2.3选择性催化反应(SCR)这是一种后燃烧控制技术。在催化剂作用下，通过注射氨或尿素，使NOx被催化还原为N2。催化剂一般为TiO2-V2O5类，当温度低于300℃时，催化剂活性不够，而当温度高于450℃时NH3就会分解。也有低温催化反应，但催化剂使用量大，成本高。低温催化反应的温度一般控制在160~210℃，高温催化反应温度窗口在300~400℃。2012-5-31222、酸性气体控制技术2.1湿式洗气法常用的湿式洗气塔是对流操作的填料吸收塔，填料对吸收效率的影响很大，尽量选用耐久性与防腐性好、比表面积大、空气阻力小以及单位体积质量轻、价格便宜的填料。湿式洗气塔最大的优点是酸性气体的去除率高，并附带有去除高挥发性重金属(如Hg)的潜力；其缺点为：造价较高，用电量、用水量较高，而且，为避免尾气排放产生白烟，需增设废气再热器。2012-5-31232.2干式洗气法用压缩空气将碱性固体粉末直接喷入烟道或者烟道上某段反应器内，使得碱性粉末与酸性气体充分接触和反应，从而去除酸性气体。干式洗气设备简单，检修方便，造价便宜，消石灰输送管线不易阻塞，为加强脱除酸性气体的效率，通过要超量加药，使得碱性药剂的消耗量较大。2.3半干式洗气法半干式洗气塔实际上是一个喷雾干燥系统，利用高效雾化器将消石灰浆液从塔底向上或从塔顶向下喷入喷雾干燥塔中，使石灰浆与酸性其他充分接触，并产生酸碱中和反应。本法结合了干式与湿式的优点，但是喷嘴容易堵塞，塔内壁容易发生化学物质的附着与堆积。2012-5-31242.4新型脱硫除尘一体化技术(NID)NID技术是在旋转喷雾半干法脱硫技术的基础上发展而来的，在燃煤电厂上的最大应用业绩是美国Seward电厂2台260MW燃煤机组和Gilbert电厂2台260MW燃煤机组。在垃圾焚烧发电厂，NID技术与袋式除尘器配合使用，也能够达到各项环保要求。目前，国内也有部分电厂应用该技术。以一定细度的石灰粉(CaO)经消化增湿处理后与大倍率的循环灰混合直接喷入反应器，在反应器中与烟气二氧化硫反应生成固态的亚硫酸钙及少量硫酸钙，再经除尘器除尘，达到烟气脱硫目的。反应方程式如下：NID的原理2012-5-31253、重金属控制技术3.1控制重金属来源烟气中重金属主要以气态或吸附态的形式存在，较大的颗粒物可通过除尘器去除，超细颗粒及气态重金属则被喷入的活性炭吸附，进而被除尘器收集去除。3.2活性炭吸附进入垃圾焚烧系统前，应先对垃圾进行分类、磁选、回收等工作，回收、再利用重金属材料，减少进入焚烧炉的重金属的量。2012-5-31264、二噁英控制技术二噁英，是一种无色无味、毒性严重的化合物，它并不是一种单一物质，而是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机物，共210种化合物。二噁英非常稳定，熔点较高，极难溶于水，可以溶于大部分有机溶剂，是无色无味的脂溶性物质，因此，容易在生物体内积累。只含一个O原子的，是多氯二苯并呋喃(PCDFs)；含两个O原子的，是多氯二苯并二恶英(PCDDs)。自然源•森林、灌木燃烧人为源•化工生产过程•垃圾焚烧•汽车燃料、煤、香烟的燃烧2012-5-31274.1二噁英的来源2012-5-31284.2焚烧工况控制(1)控制来源。避免多氯联苯和有机氯的含量高的废物（如农用地膜）进入焚烧炉；(2)减少炉内合成。通常采用“3T+E”工艺，即焚烧温度850℃；停留时间不少于2秒；保持充分的气固湍动程度；维持过量的空气量，烟气中O2浓度约6~11%。此外，可通过烟气的再燃烧，以充分降解二噁英(见NOx控制技术)。(3)控制炉外低温再合成。二噁英再合成的最佳温度区间为200~400℃，因此，控制措施有：①缩短烟气在此温度区间的停留时间；②减少二噁英的前驱体物质；③控制二噁英再合成所需要的催化剂载体(铜或铁的化合物)。2012-5-31292012-5-31304.3二噁英的吸附技术吸附剂具有极大的比表面积，利用其吸附作用，脱除烟气中的PCDD/DFs。吸附剂脱除只是将PCDD/DFs吸附聚集而并未分解破坏，因此还必须对高浓度富含PCDD/DFs的飞灰进行后续处理。常见的吸附剂脱除技术有活性炭喷射技术、湿式洗涤吸附技术与吸附过滤技术。2012-5-31314.3.1活性炭喷射技术以活性炭为吸附剂，通常与袋式除尘器配套使用，即在烟气系统（干式/半干式喷淋塔后）中喷入活性炭，使其与烟气强烈混合，活性炭吸附烟气中PCDD/DFs等污染物质，再通过布袋除尘器的捕集分离，将吸附污染物的活性炭从烟气中分离出来，每隔一定时间清除袋式除尘器上的飞灰，由此达到去除烟气中污染物的目的。活性炭喷射吸附加袋式除尘，可以消除烟气中99％的二噁英，并且吸附能力强，是目前大型垃圾焚烧工艺中应用最多的技术。2012-5-31324.3.2湿式洗涤吸附技术湿式洗涤塔对于酸性污染物净化效率最高，对PCDD/DFs去除效果并不明显，若在洗涤塔中加入吸附剂就能有效的降低烟气中PCDD/DFs浓度，并防止二噁英在洗涤液中累积，满足严格的排放标准要求。湿式洗涤吸附通常用树脂或活性炭作为吸附剂。若进气中PCDD/DFs浓度为6～10ng-TEQ/m3，其去除率为60％～75％，没有吸附剂的湿式洗涤塔对PCDD/DFs的去除率则低于4％。2012-5-3133本技术是在布袋除尘器后端加设1个干式的吸附过滤系统，吸附剂为活性炭或焦炭等。吸附料层通过吸附和过滤将烟气中PCDD/DFs截留，去除率很高，可将烟气中各种污染物浓度降到检测限以下。本技术有固定床和移动床两种形式。在移动床工艺中，烟气通过1个移动的吸附料层，新鲜的活性炭从料层顶部加入，吸附污染物的活性炭从料层底部连续或间歇地排出。在固定床工艺中，烟气通过1个固定的吸附料层，使用一段时间后，更换新的吸附剂。4.3.3吸附过滤技术2012-5-31345、粉尘控制技术烟气粉尘中含有脱硝、脱酸、吸附重金属与二噁英等工序中产生的各种颗粒态污染物，需捕集下来处理，防止其进入环境造成污染。把粉尘从烟气中分离出来的设备叫除尘器或除尘设备，根据工作原理的不同，可分为五大类。2012-5-3135（1）机械力除尘器，包括重力除尘器、惯性除尘器、离心除尘器等；（2）洗涤式除尘器，包括水浴式除尘器、