蓄热式垃圾焚烧技术可行性

蓄热式垃圾焚烧技术可行性分析北京神雾研究院2007年11月主要内容垃圾焚烧相关政策、法规和标准二噁英简介焚烧炉技术简介几种焚烧炉技术的比较实现蓄热式垃圾焚烧的可行性北京市“十一五”时期生活垃圾处理设施建设规划实施方案垃圾焚烧相关政策、法规和标准一、城市生活垃圾处理及污染防治技术政策二、生活垃圾焚烧污染控制标准三、恶臭污染物排放标准四、大气污染物排放限值五、污水综合排放标准六、固体废物污染环境防治法七、工业企业厂界噪声标准城市生活垃圾处理及污染防治技术政策（焚烧处理部分）1、进炉垃圾平均低热值高于5000KJ/kg；2、宜采用以炉排炉为基础的成熟技术，审慎采用其它炉型的焚烧炉，禁止使用不能达到控制标准的焚烧炉；3、垃圾应在焚烧炉内充分燃烧，烟气在后燃室应在不低于850℃的条件下停留不少于2秒；4、垃圾焚烧产生的热能应尽量回收利用，以减少热污染；5、垃圾焚烧应严格按照《生活垃圾焚烧污染控制标准》等有关标准要求，对烟气、污水、炉渣、飞灰、臭气和噪声等进行控制和处理，防止对环境的污染；6、应采用先进和可靠的技术及设备，严格控制垃圾焚烧的烟气排放；烟气处理宜采用半干法加布袋除尘工艺；7、应对垃圾贮坑内的渗沥水和生产过程的废水进行预处理和单独处理，达到排放标准后排放；8、垃圾焚烧产生的炉渣经鉴别不属于危险废物的，可回收利用或直接填理，属于危险废物的炉渣和飞灰必须作为危险废物处置。生活垃圾焚烧污染控制标准（一）焚烧炉技术要求1、技术性能指标项目烟气出口温度/℃烟气停留时间/s焚烧炉渣热灼减率/%出口烟气中氧含量/%指标≥850≥2≤56～12≥1000≥1注：热灼减率是指焚烧炉渣经灼热减少的质量占原焚烧炉渣质量的百分数。处理量（t/d）烟囱最低允许高度（m）10025100～30040300602、焚烧炉烟囱高度要求3、焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器（二）生活垃圾焚烧厂污染排放限值1、焚烧炉大气污染物排放限值序号项目单位数值含义限值1烟尘mg/Nm3测定均值802烟气黑度林格曼黑度，级测定值13一氧化碳mg/Nm3小时均值1504氮氧化物mg/Nm3小时均值4005二氧化硫mg/Nm3小时均值2606氯化氢mg/Nm3小时均值757汞mg/Nm3测定均值0.28镉mg/Nm3测定均值0.19铅mg/Nm3测定均值1.610二噁英类ngTEQ/Nm3测定均值1.02、焚烧厂恶臭厂界排放限值（参照国家恶臭污染物排放标准）序号控制项目单位一级二级三级新扩改建现有新扩改建现有1氨mg/m31.01.52.04.05.02三甲胺mg/m30.050.080.150.450.803硫化氢mg/m30.030.060.100.320.604甲硫醇mg/m30.0040.0070.0100.0200.0355甲硫醚mg/m30.030.070.150.551.106二甲二硫mg/m30.030.060.130.420.717二硫化碳mg/m32.03.05.08.0108苯乙烯mg/m33.05.07.014199臭气浓度无量纲10203060703、焚烧厂工艺废水排放限值（参照国家污水综合排放标准）序号污染物最高允许排放浓度（mg/L）1总汞0.052烷基汞不得检出3总镉0.14总铬1.55六价铬0.56总砷0.57总铅1.08总镍1.09苯井芘0.0000310总铍0.00511总银0.54、焚烧残余物的处置要求（1）焚烧炉渣与除尘设备收集的焚烧飞灰应分别收集、贮存和运输；（2）焚烧炉渣按一般固体废物处理，焚烧飞灰应按危险废物处理。其他尾气净化装置排放的固体废物按GB5085.3危险废物鉴别标准判断是否属于危险废物，如属于危险废物，则按危险废物处理。5、焚烧厂噪声控制限值/等效声级Leq[dB(A)]（参照工业企业厂界噪声标准）类别昼间夜间以居住、文教为主的区域5545居住、商业、工业混杂区及商业中心区6050工业区6555交通干线道路两侧区域70556、备注（1）各项标准限值均以标准状态下含11％O2的干烟气为参考值换算；（2）烟气最高黑度时间，在任何1h内累计不得超过5min；（3）二噁英类毒性当量（TEQ）计算二噁英类毒性当量因子（TEF）是二噁英类毒性同类物与2，3，7，8－四氯代二苯并－对－二噁英对Ah受体的亲和性能之比。二噁英类毒性当量可以通过下式计算：TEQ＝∑（二噁英毒性同类物浓度×TEF）（4）1ng＝10-9g二噁英简介一、二噁英的性质二噁英是一种含氯有机化合物。它可以气体和固体形态存在，化学稳定性高，难溶于水，对酸碱稳定，不易分解，不易燃烧，易溶入脂肪，进入人体后几乎不排泄而积累于脂肪和肝脏中，不仅有致癌性，且具有生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性，是目前已知毒性最强的有机化合物，其毒性是氯化氰的1000倍。二噁英的半衰期一般长达5～10年，因而积累在环境中对大气、土壤、河流、湖泊、海洋等造成长期的严重污染。二噁英简介二、二噁英的分类多氯二苯二噁英分子式平均相对分子质量异构物数二氯二苯二噁英（DCDD）C12H6Cl2O2253.110三氯二苯二噁英（T3CDD）C12H5Cl3O2287.514四氯二苯二噁英（T4CDD）C12H4Cl4O2322.022五氯二苯二噁英（P5CDD）C12H3Cl5O2365.414六氯二苯二噁英（H6CDD）C12H2Cl6O2390.910七氯二苯二噁英（H7CDD）C12H1Cl7O2425.32八氯二苯二噁英（OCDD）C12Cl8O2459.81异构物总数73其中尤以T4CDD的毒性最强。其毒性为马钱子碱的500倍，氰化物的1000倍。二噁英简介三、二噁英的生成1、二噁英类的产生源城市生活垃圾在燃烧处理过程中若处理不当极易产生二噁英类物质。二噁英类物质一般产生于混入垃圾中的二噁英类物质、垃圾焚烧过程和烟气冷却过程。生活垃圾在干燥过程和燃烧初始阶段，当氧气含量充足时，生活垃圾中低沸点的烃类气化燃烧生成CO、CO2、H2O；但若氧气不足，垃圾中的含氯高分子化合物，如聚氯乙稀、氯代苯、五氯苯酚等二噁英类前驱物，在适宜温度并在氯化铁、氯化铜的催化作用下与O2、HCl、氧离子进行复杂的热反应，通过重排、自由基缩合、脱氯等过程生成二噁英类。这部分二噁英在高温下常常大部分会分解。当烟气出炉温度高于800℃且烟气在炉内停留时间大于2s时，约99.99％的二噁英类会分解。在垃圾焚烧过程中被高温分解的二噁英类前驱物在烟气中氯化铁、氯化铜等灰尘的催化作用下与烟气中的氯化物和O2发生反应，在300℃附近又会迅速重新组合生成二噁英类。二噁英简介2、二噁英类的形成机理①高温合成，即高温气相生成。在垃圾进入焚烧炉内初期干燥过程，除水分外含碳氢成分的低沸点有机物挥发后与空气中的氧反应生成水和二氧化碳，形成暂时缺氧状态，部分有机物同氯化氢反应，生成PCDD/Fs。一般认为，烟气中PCDD/Fs的含量随CO浓度的增加而增加。②再次生成。在低温（250℃～350℃）条件下大分子碳（残碳）与飞灰基质中的有机成分和无机成分生成PCDD/Fs。残碳氧化时，有65％～75％转变为一氧化碳，约1％转变为氯苯，接着转变为PCDD/Fs。飞灰中碳的气化率越高，PCDD/Fs的生成量也越大。③前体物的合成。不完全燃烧及飞灰表面的不均匀催化反应可形成多种有机气相前体物，如多氯苯酚和二苯醚，再由这些前体物生成PCDD/Fs。具体哪一种机理起主导作用取决于炉型、工艺、工作状态和燃烧条件。二噁英简介二噁英简介3、二噁英类形成的前提条件①存在氯源，如聚氯乙稀PVC、氯气、HCl等；②存在氧和过渡金属阳离子作为催化剂，如Cu、Fe的金属化合物；③具备一定的温度条件（燃烧温度低于850℃和烟气出炉膛后下游设备中处于250～350℃的低温段）；④烟气停留时间短（烟气在炉膛高温区内的停留时间小于2s）⑤燃烧工况不良；⑥未采取有效的尾气净化措施。二噁英简介四、控制二噁英类形成的措施①选用合适的炉膛结构，改善炉内燃烧条件，达到完全燃烧，以控制一氧化碳浓度；②控制炉膛及二次燃烧室内的燃烧温度，保证烟气在进入烟道前的温度不低于800℃，烟气在炉膛和二次燃烧室的停留时间不少于2s，氧气浓度不低于6%；③焚烧炉内生成的PCDD/Fs主要以固态形式附在飞灰的表面，设置高效的除尘设备捕集飞灰和氯化铜、氯化铁等催化剂的颗粒。采用激冷设备，缩短烟气在350～250℃温度范围内的停留时间，防止二噁英的再次生成；④选用新型袋式除尘器，以及在烟气进入袋式除尘器前的烟道中设置活性炭等反应剂的喷射装置，进一步吸附二噁英；⑤采用先进、完善和可靠的全自动控制系统，使保证焚烧和净化过程良好运行。总之，垃圾焚烧过程中二噁英类的生成量与燃烧状况的好坏有直接关系。而决定垃圾焚烧状况好坏的因素主要为3T、垃圾性质和空气过剩系数。焚烧炉技术简介目前国内外最常用的几种垃圾焚烧炉：一、炉排炉二、流化床焚烧炉三、回转窑式四、气化熔融炉机械炉排式焚烧炉和流化床式焚烧炉是目前世界上大多数国家大型垃圾焚烧炉的主流设备。焚烧炉技术简介一、机械炉排式焚烧炉机械炉排式焚烧炉比较适合焚烧热值较高的生活垃圾，从而比较适合于生活质量较高的城市或地区；技术已比较成熟，并在应用中取得了良好的效益。但技术和设备远非完善，主要表现在：（1）焚烧炉渣的灼热率约为3％～5％，尚有潜力可挖；（2）燃烧效率低，气相中残留有少量的CO等可燃物；（3）由于燃烧温度不太高，烟气中易形成二噁英类毒性物，炉渣中未燃尽有害物的再溶出污染不能完全避免；（4）垃圾焚烧的经济型和资源化有待提高；（5）烟气处理系统较复杂；（6）造价昂贵、维修及运行费用高。目前我国花高价从国外引进的生活垃圾焚烧技术都为机械炉排焚烧技术，但只相当于发达国家上世纪七八十年代的水平。焚烧炉技术简介二、流化床焚烧炉流化床技术目前主要由国内一些科研院所开发、研制，取得了一些成果，但由于技术仍不成熟，所取得的效果亦有限，且垃圾处理能力较大的流化床技术在实践中都难以实现。流化床炉技术在70年代初用来焚烧生活垃圾，但由于需加煤才能稳定燃烧，使后续烟气处理设备复杂，烟气难以处理。90年代后期，由于烟气排放标准的提高，流化床技术在生活垃圾的焚烧领域几乎消失。流化床式焚烧炉对低热值垃圾的适应性好，燃烧效率较高。缺点是炉膛燃烧温度过低（一般在850℃左右），烟气停留时间段，容易导致二噁英类物质的产生，形成二次污染。二次污染除二噁英类外，主要有Cd、As、Hg、Pb等重金属污染和HCl、Cl2、SO2等酸性气体污染。焚烧炉技术简介三、回转窑式焚烧炉回转窑是在钢制的圆筒内部，加装耐火衬里或由冷却水管及有孔钢板焊接成圆筒状，以垃圾传送方向为轴心，呈小角度倾斜旋转的设备。其外围有两组环状钢制轮圈及几个滚轮支撑，使圆筒缓慢的移动而将垃圾搅拌及向前输送。回转窑式焚烧炉的单炉处理能力无法与机械炉排式焚烧炉相比，而其二噁英控制能力则远逊于气化熔融炉。焚烧炉技术简介四、气化熔融炉垃圾气化熔融焚烧技术是世界各国，特别是发达国家目前正致力于开发的面向21世纪的新一代生活垃圾焚烧工艺。该工艺将生活垃圾中有机成分的气化和无机成分的熔融集成为一体。其工作原理为：生活垃圾在贫氧条件下部分燃烧实现气化，生成可燃气体；熔融处理飞灰和底渣。气化熔融焚烧的突出优点：燃烧过程集垃圾气化和熔融于一体，高温快速焚烧处理，以解决生活垃圾焚烧过程中严重的二次污染问题，尤其是二噁英类毒物的污染问题。该工艺包含两个关键过程，即有机成分的热解气化过程和热解残留物的熔融焚烧过程。热解气化是指在缺氧条件下利用热能使有机化合物的化合键断裂，由相对分子质量大的有机物转变为相对分子质量小的CO、H2、CH4等可燃气体。热解残留物的熔融焚烧过程是指在高于灰渣熔融点的高温条件下对热解残留物进行熔融处理的过程。根据热解与熔融反应容器的异同以及处理对象的差异，可将气化熔融焚烧技术分为三类，三者的主要技术特征比较见下表。焚烧炉技术简介项目传统焚烧＋灰渣熔融两步法气化熔融直接气化熔融技术原理垃圾在焚烧炉内燃烧后产生蒸气用于发电或供热；利用辅助燃