生活垃圾循環(huán)流化床焚燒爐CO排放控制技術

1、生活垃圾循環(huán)流化床焚燒爐CO排放控制對策-基于半熱解梯度燃燒的煙氣CO控制技術生活垃圾焚燒發(fā)電是目前減容、減量、減少環(huán)境污染較為理想的處置方式， 國內外廣泛使用的焚燒技術主要分為循環(huán)流化床和爐排爐方式。循環(huán)流化床焚燒爐具有較高的流化速度（3.0 m/s7.0m/s）,爐膛煙氣將大 量物料帶到焚燒爐上部燃燒，使整個焚燒爐處于均勻的高溫燃燒狀態(tài)。夾帶的顆 粒由外置的旋風分離器分離后，幾乎完全返回至流化床底部，小于旋風分離尺寸 的顆粒被帶到尾部煙道。由于物料充滿整個爐膛，熱容量大，所以循環(huán)流化床爐 膛中燃料燃燒速度很快，特別適合我國水分高、熱值低的生活垃圾。循環(huán)流化床 焚燒爐中空氣和廢物接觸充分，具

2、有較好的焚燒性能、環(huán)保性能以及較低的運行 費用等優(yōu)點，在國內外獲得了廣泛應用。生活垃圾主要包括廚余、紙張、塑料、橡膠、纖維、竹木、玻璃、罐頭盒、 灰塵等，另外還摻雜有鐵絲、其他金屬、建筑垃圾等。它們具有以下特點： 1）混合性：生活垃圾由生活中產生的各種廢棄物混合而成，屬于混合物； 2）不均勻性：作為混合物，各種不同的物質在其中的分布呈不均勻狀態(tài)； 3）波動性：生活垃圾的成分和總量存在波動；且隨著天氣的變化，生活垃圾的水分變化較大；4）燃燒性：生活垃圾中含有可燃物質，但是燃燒過程能否穩(wěn)定地持續(xù)進行則取 決于燃料本身的性質和燃燒方式；5）結焦性強：生活垃圾中含有餐廚、塑料、橡膠、玻璃等物質，其燃燒

3、產物灰 熔點較低，容易形成焦塊。這些焦塊具有粘結特性，能夠將其四周的其他物 質粘連在其表面，像滾雪球一樣體積越滾越大，對床面流化狀況產生很大影 響，直至被迫停爐；6）流動性差：生活垃圾流動差，將給輸送和鍋爐給料帶來隱患，造成機組運行不穩(wěn)定；7）地域性和時間性：不同地區(qū)存在生活水平和生活習慣的差異，同一地區(qū)隨著 居民生活水平和人口數(shù)量的變化，生活垃圾的熱值和數(shù)量均存在變化。影響生活垃圾燃燒特性的主要數(shù)據(jù)包括水分、灰分、Cl元素、S元素、K元素、Na元素、熱值、灰熔點等，其中水分和灰分本身就直接影響燃料熱值， 水分和灰分越高，則熱值越低；Cl元素、S元素、K元素、Na元素質量分數(shù)決 定了燃燒產物的

4、結焦特性和腐蝕特性，尤其是 Cl元素對燃燒和受熱面的布置均 有重大影響。帶有大量熱量的在燃物質、已燃盡物質在爐膛中與剛剛進入爐膛的生活垃圾 在風的作用下相互攪拌，劇烈擾動的結果是三者之間既傳質又傳熱， 帶動新入爐 生活垃圾的劇烈燃燒，燃燒速度很快。因此，在循環(huán)流化床爐膛中心區(qū)域存在著 一個明顯的缺氧區(qū)域，如不能改變這種狀況 CO很難燃燼。循環(huán)流化床焚燒爐煙氣中的 CO通常是含碳化合物不充分燃燒產生的，具 濃度由燃燒組織狀況決定，因此CO的濃度通常作為判別是否實現(xiàn)完全燃燒的指 標。煙氣中CO含量保持最低的關鍵是使垃圾燃燒速度減慢，形成梯度燃燒狀 態(tài)，另外通過半熱解裝置實現(xiàn)可燃物的多點給料，同時優(yōu)

5、化二次風噴嘴結構，改變中心缺氧狀態(tài)，提供最優(yōu)比例的過量空氣，這樣既能夠提供充足的氧氣來支持 充分燃燒，又能夠滿足實現(xiàn)充分燃燒所需的停留時間。從而實現(xiàn)CO的最低排放。通常，在進行生活垃圾循環(huán)流化床焚燒爐受熱面熱平衡計算時，首先要確定爐膛的幾何尺寸。爐膛的幾何尺寸最主要的指標是爐膛寬度、斷面積、床面積、 爐膛高度等。爐膛寬度應考慮生活垃圾入爐后能夠沿爐膛寬度和深度迅速擴散至 床面各個區(qū)域，其擴散速度對燃盡度有較大影響。燃料流動性差，給料口位置、 數(shù)量和形狀應能保證生活垃圾順暢入爐，這些給料裝置的參數(shù)應與整個爐膛的幾 何尺寸相匹配。爐膛斷面積和爐膛高度是決定煙氣在爐內停留時間的關鍵參數(shù)。 一般情況下

6、，從宏觀角度而言，流化床內物料的燃燒時間以煙氣在爐內的停留時 間作為計算依據(jù)，煙氣在爐內的停留時間越長，生活垃圾在爐內的燃燒時間也越 長，越容易燃盡。二次風的送入方式對爐內氣體擴散有較大影響， 而對爐內流體動力特性的影 響主要反映在軸向風速上。二次風的設計是影響污染物排放的關鍵，設計原則是 保證爐膛內煙氣在850c以上區(qū)域停留時間大于2秒，同時要保證爐膛內風對物 料的劇烈擾動，合理的過?？諝庀禂?shù)和較高的二次風噴口速度。然而，在實際工程中，由于爐膛截面積較大，二次風的穿透力不足，產生的煙氣擾動有限，導致 爐內燃燒不完全，煙氣CO排放超標。為了滿足CO的排放限值，必須多措并舉，在管理上必需做到垃圾

7、的分區(qū)堆 放、燒舊存新，盡可能減少入爐垃圾的水分，提高熱值。同時需要將半熱解梯度 燃燒控制CO生成的燃燒技術和煙氣CO再氧化技術結合起來。在循環(huán)流化床焚 燒爐中，燃燒優(yōu)化是減少煙氣CO排放的良策，防止因不充分燃燒而產生大量的 CO,爐內煙氣停留時間、空氣分布、燃燒溫度、垃圾投加量等條件對于實現(xiàn)充 分燃燒至關重要?；诨瘜W鏈次燒的煙氣CO氧化技術煙氣CO再氧化技術是基于化學鏈燃燒(Chemical Looping Combustion)發(fā) 展起來的一種新型循環(huán)流化床煙氣 CO氧化技術，通過在循環(huán)流化床內添加高反 應活性的金屬氧化物載氧體顆粒，實現(xiàn)煙氣 CO再氧化過程。煙氣800900 C圖1金屬

8、載氧體顆粒在循環(huán)流化床流動循環(huán)過程高價態(tài)的金屬氧化物載氧體在循環(huán)流化床爐膛稀相區(qū)內和煙氣中CO接觸,發(fā)生還原反應，高價態(tài)載氧體被還原成低價態(tài)，CO被氧化生成CO2。co Mecy MeQ, co被還原的載氧體(低價態(tài)載氧體)Meq被爐膛煙氣攜帶進入旋風分離器， 進行氣固分離，經返料器返回到循環(huán)流化床密相區(qū)，與空氣接觸進行氧化反應， 釋放熱量，生成高價態(tài)的金屬氧化物 Mecy,實現(xiàn)金屬氧化物載氧體的再生，MqQQ ，MeQ可見，基于化學鏈燃燒的煙氣 CO氧化技術，通過載氧體在循環(huán)流化床密相區(qū)和 稀相區(qū)之間循環(huán)，實現(xiàn)煙氣 CO氧化過程，提高循環(huán)流化床的燃燒效率，降低 CO排放?；诨瘜W鏈燃燒的煙氣

9、CO氧化過程中，載氧體作為循環(huán)流化床密相區(qū)和稀 相區(qū)之間的紐帶，實現(xiàn)從密相區(qū)向稀相區(qū)傳遞 CO氧化所需的氧量。因此，載氧 體的物理化學性能對化學鏈燃燒技術的應用至關重要。 評價載氧體性能的主要指 標包括：載氧能力、氧化/還原反應性能和循環(huán)熱穩(wěn)定性、價格以及環(huán)境友好性 等。因此，載氧體應用于化學鏈燃燒過程需要滿足以下的性能要求：(1)具有較高載氧能力；(2)具有良好的氧化/還原反應性能，降低反應器內床料量的需求，并保持較 好的循環(huán)反應性能；(3)具有較高的機械強度，耐磨損，降低床料量的損失；(4)較好的流化特性，具有抗燒結和抗團聚的能力；(5)價格低廉且易得；(6)環(huán)境友好。載氧率圖2常用載氧體的氧化/還原形態(tài)及其對應的載氧率在氧化性氛圍中:CaCO3 -CaO+CO2CaO+SO2+O2 - CaSO4 在還原性氛圍中：CaO+3CO+SO2 - CaS+3CO2CaSO4+4CO -CaS+4CO2通過以上各項技術的結合，再加上垃圾管