城市生活垃圾焚燒中的氣體污染與防治.doc

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城市生活垃圾焚燒中的氣體污染與防治 摘要：運用垃圾焚燒發(fā)電技術，可有效實現(xiàn)垃圾的“三化”處理，但在焚燒過程中所產(chǎn)生的煙氣會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。結合廣東省佛山某垃圾焚燒廠的實例，本文分析了垃圾焚燒廠的主要大氣污染物的形成機理、性質，并針對性地提出了具有可行性、有效性的污染防治技術體系。關鍵詞：垃圾焚燒大氣污染機理污染防治技術體系 一、前言隨著人類社會的發(fā)展，垃圾已成為社會公害[1]。垃圾焚燒發(fā)電作為一種先進的垃圾處理技術，充分體現(xiàn)了垃圾處理的資源化、減量化、無害化原則，因此在國內(nèi)外獲得了廣泛的應用。然而，焚燒煙氣中有毒有害物質排放造成的二次污染又成為亟待解決的問題[2]。作者結合在廣東省佛山某垃圾焚燒廠的工作實踐，對相應的大氣污染防治技術進行了研究討論。 二、主要生產(chǎn)工藝流程佛山市某垃圾焚燒廠的垃圾焚燒爐系統(tǒng)采用美國的Basic燃燒技術，選用的焚燒爐為日處理生活垃圾能力200～240噸的BASICMODEL10000型焚燒爐，其鍋爐參數(shù)為：壓力4MPa，溫度400℃。主要工藝流程簡介如下：垃圾由給料機送入焚燒爐干燥床，烘干后依次通過數(shù)級爐排床進行燃燒。在燃燒的第一階段，空氣由每個爐排的下部風機送入爐膛，在氣流作用下垃圾保持局部浮動燃燒，因此這種焚燒爐既有爐排爐的特點，局部又有流化床的特點[3]。燃燒后的煙氣中有許多焦碳顆粒和未燃燒物質，此時溫度達860℃。第二、三階段是煙氣進入第一級再燃燒煙道與定量高速噴入的空氣劇烈混合燃燒，仍未燃盡的物質繼續(xù)進入第二級再燃燒煙道與過量空氣劇烈混合繼續(xù)燃燒，溫度達1000℃，此過程沒有熱交換，主要目的是提高煙氣的溫度加快煙氣中有害物質的分解。第四階段為控制余熱鍋爐進口溫度，從省煤器出口處抽取部分煙氣回送至余熱鍋爐前混合，使進入余熱鍋爐的煙氣溫度保持在760℃，高溫煙氣經(jīng)過過熱器、省煤器進行對流換熱，然后經(jīng)由半干式煙氣處理設備和布袋吸塵器等一系列設施進行除污處理，達標后由90m高煙筒排往大氣。吸收塔下部飛灰與石灰等混合物由排灰裝置排出，連同燃盡的爐渣由自動除渣裝置排出，再外運至垃圾填埋場填埋或綜合利用。[4]，[5]三、氣體污染物的產(chǎn)生情況（一）臭氣進廠垃圾在垃圾儲存坑內(nèi)堆放過程中，垃圾中的有機物逐漸腐爛變臭，產(chǎn)生難聞的臭氣，且臭氣的強度隨著堆放時間的延長而增加。 （二）焚燒爐排放的其他有害氣體垃圾焚燒爐排出的氣體污染物一般有以下幾類：①飛灰：焚燒過程中產(chǎn)生的飛灰一般為無機物質，主要是金屬的氧化物和氫氧化物、碳酸鹽、磷酸鹽及硅酸鹽，來源于垃圾中的不熔氧化物、不揮發(fā)金屬及不完全燃燒的有機物等。②酸性氣體：包括HCl、NOx、SOx等，主要由垃圾中的含氯、含氟與含硫等化合物高溫燃燒時生成。[6]③金屬化合物（重金屬）：煙氣中的金屬化合物一般由垃圾中所含的金屬氧化物和鹽類等反應生成。[7]，[8]這些金屬氧化物主要來源于垃圾中油漆、電池、燈管、化學溶劑、廢油、油墨等。所含的金屬元素按照性質基本可分為三類：非揮發(fā)性元素（沸點大于1200℃）：包括鋁、鋇、鈹、鈷、鎂、鐵、鉀、硅、鈦等，一般存在于飛灰和爐渣之中；揮發(fā)性金屬：包括銻、砷、銅、鉛、鋅等，一般與飛灰凝結在一起；揮發(fā)性汞（700℃）：在垃圾焚燒高溫煙氣中仍是氣態(tài)。④未完全燃燒產(chǎn)物：主要為一氧化碳、高分子碳氫化合物和氯化芳香族碳氫化合物?，F(xiàn)已證實，其中某些芳烴化合物有致癌作用，如3-4苯并[a]芘，是有機物不完全燃燒時產(chǎn)生的劇毒物質。保證垃圾焚燒爐內(nèi)完全燃燒是防止該類有毒物質產(chǎn)生的有效手段。⑤微量有機化合物：主要有多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯聯(lián)苯（PCBs）、甲醛、二噁英（PCDD）及多氯二苯呋喃（PCDF）等。其中PCDD/PCDF是強致癌、致畸的危險性有毒物質。當垃圾焚燒爐內(nèi)燃燒溫度高于200℃時開始生成，高于700℃開始轉向分解，當煙氣溫度高于850℃才能分解完全。四、污染控制措施（一）防臭垃圾由垃圾車運到廠區(qū)后進入垃圾卸料大廳，垃圾卸料大廳為密閉式布置，可防止臭氣外溢和蒼蠅蚊蟲的進入。采用密閉的垃圾存儲坑，并在垃圾坑上方安裝機械抽風設備，用二次風機在坑上方抽取二次風，形成垃圾坑內(nèi)輕微負壓的結構，可有效防止臭氣外溢影響車間環(huán)境衛(wèi)生。 （二）控制燃燒為減少垃圾焚燒過程中有毒有害物質的排放，需嚴格控制燃燒條件，具體措施如下：1．提高爐內(nèi)燃燒溫度，并延長煙氣在燃燒高溫區(qū)的停留時間，使二噁英分解。當垃圾熱值低于正常燃燒值時，可采用投助燃油等方法，使燃燒區(qū)溫度高于900℃；煙氣在高溫區(qū)停留2s以上。2．使煙氣盡快排出爐膛，縮短煙氣在低溫區(qū)（300～400℃）的停留，避免重新生成二噁英。3．協(xié)調爐內(nèi)一、二次風的配風情況，為一、二級再燃燒室中未完全燃燒的煙氣提供不同比例的空氣，改善爐內(nèi)燃燒條件，使垃圾充分燃燒，降低煙氣中CO等有害氣體含量。4．控制爐內(nèi)過剩空氣量，減少NOx產(chǎn)生量。5．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高溫受熱面的高溫腐蝕及對大氣的二次污染。 （三）煙氣凈化煙氣凈化工藝設備由酸性氣體脫除設備和除塵設備組成，本項目采用半干式吸收塔和袋式除塵器。煙氣中的酸性氣體通過石灰漿溶液中和。布袋式除塵器可以吸收去除灰塵，煙塵中的二噁英和揮發(fā)性重金屬通過活性炭進行吸附。1．控制酸性氣體排放對于煙氣中氯化氫、氟化氫等酸性氣體，可以采用干式噴射吸收法、半干式噴霧干燥吸收法和洗滌式吸收法三種方法進行處理。本項目采用的MHGT（多組分有毒廢氣處理）技術的基本原理是利用半干式反應劑CaO或熟石灰粉Ca(OH)2吸收煙氣中的SO2、HCl等酸性組分。[9]吸收反應式為：CaO+H2O→Ca(OH)2CaSO21/2H2O+1/2H2O+1/2O2→CaSO42H2O CaSO21/2H2O+1/2H2O+1/2O2→CaSO42H2OCa(OH)2+2HC1→CaC12+H2O 根據(jù)大量工程經(jīng)驗可知，在高濃度堿基環(huán)境的反應器中，只要保證1秒左右的反應時間，幾乎所有的HCl、HF都能有效去除。該廠的煙氣監(jiān)控系統(tǒng)隨時對煙氣成分進行監(jiān)測記錄，如發(fā)現(xiàn)SOx、HCl超標，將自動增加添加劑Ca(OH)2及活性炭的量，以降低其含量，使煙氣中的各污染物排放濃度在標準規(guī)定值以下。2．控制飛灰含量《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB18485-2001）規(guī)定，垃圾焚燒廠的煙塵處理裝置必須安裝布袋除塵器。該垃圾焚燒廠焚燒后的煙氣在200℃溫度下離開鍋爐，在半干式反應器中與噴入的細霧狀石灰漿溶液接觸，重金屬和有害氣體成分（SO2、HCl等）與石灰發(fā)生反應，然后在反應器中得到冷卻。產(chǎn)生的反應產(chǎn)物（固態(tài)）—灰塵和未反應的石灰，一部分被移到反應器的底部，另一部分被布袋除塵器捕獲。布袋除塵器內(nèi)裝有圓柱形纖維袋，不僅能清除大粒徑煙塵，而且對微小灰塵也有較好的去除效果。3．控制二噁英類物質排放[10]布袋除塵器的纖維袋上的灰塵能對煙氣中的二噁英和重金屬、SO2等有害物質有很好的吸附作用。運行過程中還會在布袋除塵器的布袋外壁形成一層薄的灰燼和化學反應劑（Ca(OH)2）的混合物，這層混合物形成吸收污染物的次級反應區(qū)，并非常有效地提高整個煙氣處理系統(tǒng)的效率。此外，在煙氣進入布袋除塵器之前噴入活性炭，可更好地除去二噁英和揮發(fā)性重金屬汞、鎘等。[11]整個煙氣凈化系統(tǒng)流程如圖1所示。 圖1煙氣凈化系統(tǒng)流程圖五、效果評估華南環(huán)境科學研究所對該垃圾焚燒廠排放的煙氣進行監(jiān)測分析，具體結果見表1。 表1廣東省佛山市某垃圾焚燒廠煙氣測試結果*單位：mg/m3（注明者除外）測試指標煙塵林格曼黑度(級)CONOxSO2HClHgCdPb熱灼減率(%)測定值31133113517.10.010.041.222.0標準值**801150400260750.20.11.6＜5%*采樣條件：天氣，晴；氣溫，22～26℃；相對濕度：55～65﹪。**采用《生活垃圾焚燒污染物控制標準》（GB18485-2001）。從表1中可以看出，經(jīng)過嚴格的污染控制措施以后，該廠排放的煙氣各項指標均已達標，其中CO、NOx、SO2、HCl、Hg等多項指標遠低于標準值，說明所采取的各項防治措施確實有效，焚燒廠對周圍環(huán)境的不良影響已經(jīng)大大降低，達到了污染防治的目的。 參考文獻[1]吳玉萍，董鎖成.當代城市生活垃圾處理技術現(xiàn)狀與展望.城市生態(tài)與城市環(huán)境，2001，（1）：15～17[2]席俊清，蔣火華，汪志國等.我國城市生活垃圾處理現(xiàn)狀及存在問題分析.中國環(huán)境監(jiān)測，2003，19（12）：21～23[3]姜凡，劉石，王海剛等.循環(huán)流化床中垃圾的運動特性實驗研究.鍋爐技術，2003，34（1）：31～44[4]LundtorpKasper，JensenDortheL.，ChristensenThomasH.StabilizationofAPCresiduesfromwasteincinerationwithferroussulfateonasemi-industrialscale.JournaloftheAirWasteManagementAssociation，2002，52(6):722～731[5]岳鵬，施惠生，袁玲.用城市生活垃圾焚燒灰渣制備建筑材料的研究.粉煤灰綜合利用，2003，1：28～30[6]祝建中，蔡明招，陳烈強等.垃圾焚燒過程中NOx的生成特性研究.環(huán)境工程，2003，21（3）：55～57[7]章驊，何品晶.城市生活垃圾焚燒灰渣及其性質分析.上海環(huán)境科學，2002，212（6）：356～360[8]王偉，萬曉.垃圾焚燒飛灰中重金屬的存在方式及形成機理.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2003，16：7～9[9]朱廷銀，肖云漢，陳凡等.循環(huán)流化床脫除氫化氫研究.環(huán)境科學學報，2001，21（2）：194～197[10]金宜英，聶永豐，田洪海等.布袋除塵器和活性炭濾布對煙氣中二噁英類的去除效果.環(huán)境科學，2003，24（2）：143～146 [11].沈伯雄，姚強.垃圾焚燒中二惡英的形成和控制.電站系統(tǒng)工程，2002，18（5）：8～10 第 6 頁 共 6 頁