垃圾焚燒發(fā)電污染物的控制

1、垃圾焚燒發(fā)電污染物的控制摘要城市生活垃圾中含有多種污染物，在其焚燒過(guò)程中，這些垃圾污染物最終形成氣體 和固體廢棄物會(huì)污染環(huán)境。其中廢氣（尾氣）含有固體顆粒粉塵，隨煙氣一同排入大氣；產(chǎn) 生二口惡英，對(duì)人和動(dòng)物產(chǎn)生促畸變、突變和致癌變等作用產(chǎn)生SO2、NOx、氯化氫等酸 性氣體，形成酸雨破壞生態(tài);還有灰渣中有害成分，污染環(huán)境。這些污染物如不控制和處理 使其達(dá)標(biāo)排放，垃圾焚燒發(fā)電是無(wú)法推廣應(yīng)用。本文擬對(duì)垃圾焚燒后污染物控制與處理進(jìn)行 闡述，供參考。關(guān)鍵詞城市生活垃圾粉塵二口惡英酸性氣體合成分解催化。一、引言我國(guó)城市生活垃圾年產(chǎn)量達(dá)1.3億噸，并以每年8%10%的速度遞增。當(dāng)前，我國(guó)城市生 活垃圾的處

2、理方法主要有填埋、堆肥和焚燒三種，但都存在不少弊端。垃圾焚燒發(fā)電是使用 特殊的垃圾焚燒設(shè)備，以城市生活和工業(yè)垃圾為燃料進(jìn)行焚燒，在對(duì)其焚燒處理的同時(shí)，利 用它產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為蒸汽發(fā)電供熱的一種新型發(fā)電方式。由于這種焚燒發(fā)電處理方式具有 三化（減量化、無(wú)害化、資源化）和環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙重效益，已被美、日、法、英、德、意 等先進(jìn)國(guó)家廣泛采用。垃圾發(fā)電是世界上近30年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)。我國(guó)起步較晚從1988年建立第一座垃圾 焚燒發(fā)電廠至今僅發(fā)展到數(shù)十家。我國(guó)的城市生活垃圾與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，水分含量高，熱值 低，組分隨季節(jié)變化大。研究垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染物的控制與處理，使其達(dá)標(biāo)排放，是 關(guān)系到垃圾焚燒發(fā)

3、電技術(shù)能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。二、垃圾焚燒污染物來(lái)源與形成垃圾焚燒后會(huì)產(chǎn)生二次污染物，如多種有害氣體（SO2、HCL、NOx、等）、粉塵及劇毒物 質(zhì)二口惡英、重金屬等。如不進(jìn)行嚴(yán)格的控制和處理會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染、對(duì)動(dòng)物及生 態(tài)破壞。城市生活垃圾中含有多種污染物：如廢舊塑料、廢紙、廢布、草木中含有機(jī)氯化物， 廚余、灰土中含有無(wú)機(jī)氯化物如氯化鈉、氯化鎂等，廢舊電池中含有汞、鉛等。在垃圾焚燒 過(guò)程中，這些污染物最終以氣體和固體的形式污染環(huán)境。垃圾焚燒主要是產(chǎn)生的廢渣、飛灰 和尾氣，對(duì)環(huán)境危害最大的是尾氣。尾氣在主要含有如下有害物質(zhì)。粉塵垃圾焚燒與其他固體物質(zhì)的燃燒一樣，垃圾在焚燒過(guò)程中，由于高溫氧化，

4、熱解作用，燃料 及其產(chǎn)物的體積和粒度減小，其中不可燃燒物大部分滯留在爐排上爐渣的形成排出，一小部 分質(zhì)小體輕的顆粒在熱氣流攜帶及熱氣力的作用下，與焚燒產(chǎn)生的高溫氣體一起在爐膛內(nèi)上 升，經(jīng)過(guò)與余熱鍋爐受熱面交換熱量后從鍋爐出口排出，形成含有顆粒牛一粉塵的煙氣。酸性氣體垃圾焚燒產(chǎn)生酸性氣體主要有：硫氧化物、氮氧化物、氯化氫、氟化氫和一氧化碳。（1）氯化氫（HCL）氯化氫和氟化氫來(lái)源于生活垃圾中含氯和氟廢物的分解。含氯塑料（如聚氯乙烯塑料PVC）， 廚余中的氯化鈉等，在燃燒過(guò)程中與其他物質(zhì)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生HCL，反應(yīng)的方程式為：（CH2CHCL） n+O2 一 CO2+CO+H2O+HCL2NaCL+SO

5、2+O.5O2+H2O 一 Na2SO4+2HCL2NaCL+SO2+O2 Na2SO4+CL2（2）二氧化硫（S O2）二氧化硫通常是由垃圾中含硫化合物焚燒時(shí)氧化所形成，當(dāng)以煤助燃垃圾焚燒時(shí)使用含硫分 較高燃煤時(shí)，SO2也會(huì)產(chǎn)生。SO2在空氣在和陽(yáng)光作用下會(huì)形成SO3并經(jīng)雨水沖淋而形成 酸雨。其反應(yīng)方程式為：S+O2 一 SO2； 2SO2+O2 一 2SO3(3)氮氧化物(NOX)垃圾焚燒產(chǎn)生的NOX，主要來(lái)源于垃圾中的有機(jī)氮化物。在爐內(nèi)高溫燃燒時(shí)，這些有機(jī)氮 化物先熱解生成N、CN、HCN等中間產(chǎn)物，再與氧氣產(chǎn)生NOX。二口惡英一般認(rèn)為在存有氯和金屬存在的條件下，有機(jī)物燃燒會(huì)產(chǎn)生二口惡英

6、，醫(yī)療廢棄物，生活 垃圾，農(nóng)作物秸稈焚燒也會(huì)產(chǎn)生二口惡英。垃圾焚燒過(guò)程中二口惡英有三種來(lái)源：從原生垃圾中來(lái)原生垃圾中自身含有二口惡英物質(zhì)，在焚燒并發(fā)生反應(yīng)而直接進(jìn)入 環(huán)境。垃圾焚燒中產(chǎn)生垃圾中含有氯元素，在燃燒過(guò)程中與其他元素發(fā)生分解和重組等變 化，導(dǎo)致二口惡英生成。在燃燒尾部煙氣中再合成在溫度250C300C范圍中，二口惡英前驅(qū)物質(zhì)在飛灰 的催化作用下會(huì)再合成二口惡英。二口惡英是一種含氯有機(jī)化合物，即多氯二苯并二口惡英Dioxin (PCCDD) S，多氯二苯 并呋喃Furan (PCDFS)及其同系物的總稱。它可以氣體和固體形態(tài)存在，難溶于水，對(duì)酸 堿穩(wěn)定，易溶于脂肪。對(duì)人及動(dòng)物有劇毒，產(chǎn)

7、生促畸變、致突變和致癌作用，是當(dāng)今已知毒 性最強(qiáng)的有機(jī)化合物，其毒性是氰化鉀的1000倍。三、污染物控制與處理從源頭控制對(duì)垃圾焚燒產(chǎn)生的二次污染，要進(jìn)行全方位的控制與處理。首先對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)收集，加強(qiáng)資 源回收利用，分選除去垃圾中的含氯成分高的物質(zhì)(如PVC塑料等)及金屬催化劑；其次 垃圾儲(chǔ)倉(cāng)要全密封，在垃圾卸料口裝電動(dòng)卷簾門(mén)，加裝氣膜封閉，用風(fēng)機(jī)將儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)氣體抽吸 的氣體送入鍋爐中助燃、脫臭；儲(chǔ)倉(cāng)中垃圾滲瀝水收集到污水坑內(nèi)，用泵送到爐膛內(nèi)焚燒、 裂解。爐內(nèi)燃燒控制垃圾焚燒污染物的產(chǎn)生，因燃燒方式不同而不同。層燃應(yīng)用各種形式的爐排焚燒爐因其燃燒 條件的限制，對(duì)污染物的在爐內(nèi)燃燒時(shí)的脫除與控制難于完

8、美完成。而循環(huán)流化床(CFB) 燃燒技術(shù)具有適應(yīng)熱值低，成分復(fù)雜多變的燃料，燃燒充分，污染排放低等優(yōu)點(diǎn)，在污染控 制方面，流化床鍋爐可同時(shí)解決充分燃燒與污染物脫除問(wèn)題。循環(huán)流化床垃圾焚燒采用石英沙作床料熱載體，蓄熱量大，燃燒穩(wěn)定性好，燃燒溫度均勻并 能控制在850C950C之間，便于SO2脫除并過(guò)量空氣系數(shù)小，NOX生成量非常低(NOX 在燃燒溫度大于1300C時(shí)才會(huì)大量生成)，同時(shí)能在爐內(nèi)控制二口惡英的生成。二口惡 英 產(chǎn)生的條件為燃燒不穩(wěn)定，爐膛溫度不均勻且小于700C，并含有催化作用的物質(zhì)時(shí)才會(huì)產(chǎn) 生。而CFB燃燒溫度可在均勻控制在850C950C之間，煙氣在爐內(nèi)停留35秒鐘，即 使生成

9、的二口惡英也被分解燃燒了。摻煤助燃不僅能提高燃燒的穩(wěn)定性，而且燃煤產(chǎn)生的 SO2對(duì)二口惡英的產(chǎn)生有抑制作用。爐內(nèi)加石灰可有效脫硫在Ca/s比為1/2時(shí)，脫硫率大 于85%。CFB焚燒垃圾燃燒充分，垃圾中有機(jī)物100%燒掉，燃燒后垃圾減量75%以上， 減容90%以上，灰渣無(wú)毒性、無(wú)臭味、可直接填埋或作鋪路材料等用。因其有減少90%以 上的垃圾填埋量，可大大延長(zhǎng)填埋場(chǎng)的使用年限。尾氣處理因?yàn)槔贌鬅煔庵泻卸喾N有害物質(zhì)，采用常規(guī)鍋爐的脫硫除塵技術(shù)達(dá)不到排放標(biāo)準(zhǔn)， 因此必須采用復(fù)合的處理技術(shù)。粉塵處理粉塵處理目前應(yīng)用最廣泛的是靜電除塵器和布袋除塵器。一般CFB鍋爐采用靜電除塵器就 可達(dá)到粉塵排放

10、要求、垃圾焚燒CFB鍋爐配備靜電除塵器或布袋除塵器都能除小于1mm的 細(xì)小粉塵，除塵效率靜電除塵器可達(dá)99%,布袋除塵器超過(guò)99%。但對(duì)重金屬物質(zhì)，靜電 除塵器去除效率較差，因?yàn)槲矚膺M(jìn)入靜電除塵器溫度較高，重金屬物質(zhì)無(wú)法充分凝結(jié)，且其 與飛灰間接觸時(shí)間不足，無(wú)法充分發(fā)揮飛灰的吸附作用。當(dāng)布袋除塵器與半干式洗氣塔合并 使用時(shí)，未完全反應(yīng)的Ca(OH)2粉塵附著于濾布袋上，當(dāng)廢氣經(jīng)過(guò)時(shí)，因增加表面接觸 時(shí)間，可提高廢氣中酸性氣體的去除效率。同時(shí)，布袋除塵器要求運(yùn)行溫度較低，一般250C 以下，使尾氣中的重金屬及含氯有機(jī)物(PCDDS PCDFS)達(dá)到飽和，凝結(jié)成細(xì)顆粒而被濾 布吸附去除。在除塵器前

11、進(jìn)的煙道加入一定量的活性碳粉末，它對(duì)重金屬離子和二口惡英 有很好吸附作用，進(jìn)一步脫除尾氣中重金屬與二口惡英。酸性氣體處理對(duì)垃圾焚燒尾氣中的SO2、HCL等酸性氣體的凈化原理主要是通過(guò)酸堿中和反應(yīng)進(jìn)行的， 堿性吸收劑一般采用Ca (OH) 2,主要反應(yīng)式如下： SO2+Ca (OH) 2+1/2O2 一 CaSO4+H2O SO3+Ca (OH) 2+1/2O2 一 CaSO4+H2O 2HCL+Ca (OH) 2 一 CaCL2+2H2O 2HF+Ca (OH) 2 一 CaF2+2H2O 酸性氣體凈化方法有三：干式洗氣法用壓縮空氣將石灰粉末CaO或Ca (OH) 2直接噴入煙道或煙道中某段反

12、應(yīng) 器內(nèi)，使堿性粉末與酸性廢氣充分接觸和反應(yīng)從而達(dá)到中和酸性氣體并加以去除。此法投資 省，操作維護(hù)運(yùn)行費(fèi)用低，耗水耗電少，但藥劑消耗量大，去除效率低。濕式洗氣法在煙道中建一個(gè)填料吸收塔，在塔內(nèi)煙氣與堿性溶液對(duì)流混合，不斷地在填 料中的空隙及表面接觸及反應(yīng)，使尾氣中的酸性氣體被吸收去除。其優(yōu)點(diǎn)去除率高，對(duì)SO2 及HCL，HF去除率在90%以上，并對(duì)高揮發(fā)性重金屬物質(zhì)(如汞)有去除能力。但投資高， 耗電、耗水量大，產(chǎn)生的廢水需要進(jìn)行處理。半干式洗氣法是介于干式與濕式之間，增設(shè)一個(gè)半干法洗氣塔，實(shí)質(zhì)是一個(gè)噴霧干燥裝 置，利用霧化器(噴咀)將熟石灰漿Ca (OH) 2從塔頂或底部或切向噴入塔內(nèi)，煙氣

13、與石 灰漿同向或逆向在塔內(nèi)流動(dòng)并充分接觸發(fā)生中和反應(yīng)，由于液滴直徑小，表面積大，不僅與 尾氣液滴充分接觸，同時(shí)水分在塔內(nèi)能完全蒸發(fā)，不產(chǎn)生廢水。此法綜合了干法與濕法的特 點(diǎn)，較干法耗石灰粉少，較濕法耗水量低，同時(shí)免除了過(guò)多廢水的產(chǎn)生，且脫除率高，但是 制漿系統(tǒng)復(fù)雜，反應(yīng)器(塔)內(nèi)易粘結(jié)，噴咀能耗高。O循環(huán)半干法近年在半干法基礎(chǔ)上研發(fā)出能治理多種有毒廢氣的循環(huán)半干法技術(shù)。工藝的基本原理是利用 干反應(yīng)劑CaO或熟石灰粉Ca (OH) 2吸收煙氣的SO2、HCL、SO3，利用高活性炭，吸附 煙氣中微量二口惡英及重金屬物質(zhì)。工藝取消了制漿系統(tǒng)，實(shí)行CaO的消化及循環(huán)增濕一 體化設(shè)計(jì)，不僅解決了單獨(dú)消化

14、時(shí)出現(xiàn)的漏風(fēng)，堵管問(wèn)題，而且消化時(shí)產(chǎn)生蒸汽進(jìn)入反應(yīng)器 (塔)，增加了反應(yīng)環(huán)境的相對(duì)濕度，對(duì)反應(yīng)有利。該工藝實(shí)行反應(yīng)灰多次循環(huán)，使脫硫劑 的利用率提高到95%以上。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，投資省，運(yùn) 行成本低，且無(wú)污水產(chǎn)生，終產(chǎn)物適用于氣力輸送，對(duì)SO2吸收率高，對(duì)HCL、HF、SO3 等的吸收率更高，與布袋除塵器配合，對(duì)二口惡英及重金屬也具有很高的去除率，現(xiàn)已成 功用于我國(guó)紹興新民熱電有限公司日處理垃圾400噸的CFB垃圾焚燒鍋爐。經(jīng)測(cè)定，各類(lèi) 污染物的排放均優(yōu)于國(guó)標(biāo)排放量；其中排放粉塵含量最大值42mg/m3, SO2 86mg/m3， HCL 15.5mg/m3,二口惡

15、 英0.048ngTEQ/ m3；其中二口惡 基排放量為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的0.5%， 比西歐標(biāo)準(zhǔn)0.1ngTEQ/ m3還低很多(1倍多)。四、二口惡英前面已簡(jiǎn)要敘述二口惡英來(lái)源與形成概況，再闡述如下：1997年在城市固體廢棄物焚燒爐 (MSWL)的飛灰中首次檢測(cè)出二口惡英后，垃圾焚燒產(chǎn)生極毒物二口惡英，已越來(lái)越受到 環(huán)境科學(xué)界廣泛的重視。二口惡英的結(jié)構(gòu)與毒性多氯二苯并二口惡英(Polychlorinated dibenzo-P-dioxin簡(jiǎn)稱PCDD)。多氯二苯并吠喃 (Polyxnlorinated dibenzofuran簡(jiǎn)稱 PCDF)，分別由75 個(gè)和 135 個(gè)同族(CCongener)

16、構(gòu)成，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，常寫(xiě)成PCDD/FS，或俗稱二口惡英(dioxin)。氯原子取代數(shù)目 不同而使它們各有8個(gè)同系物(homolog)，每個(gè)同系物隨氯原子取代位置不同而存在眾多 異物體(isomer)，例如四氯二笨并二口惡 英(Tetra-Chloinated Dibenzo-P-Dioxins簡(jiǎn)稱 TCDP)共有22個(gè)異構(gòu)體。二口惡英的毒性與氯原子取代的位置密切相關(guān)，尤以2、3、7、8四個(gè)共平面取代的位置 上都有氯原子的二口惡英同族體具有毒性，2、3、7、8 TCDD被公認(rèn)為是最毒物。毒性約 為氰化鈉NacH的10000倍，俗稱世紀(jì)劇毒。二口惡英對(duì)哺乳動(dòng)物的毒性和氯化芬烴相似， 表現(xiàn)狀

17、為：體重減輕，胸腺萎縮，免役系統(tǒng)受損，肝損傷及葉淋病，氯痤瘡及皮膚病變；組 織發(fā)育不全或過(guò)渡增長(zhǎng)，以及致畸、致癌、致實(shí)變。不同動(dòng)物對(duì)二口惡英毒性的敏感度有明 顯差異。TCDD具有很低的蒸發(fā)壓:25C時(shí)僅為2.3x10-4Pa，熔點(diǎn)305C，在水中的溶解度為0.2mg/L1 熱穩(wěn)定性好，即使溫度高達(dá)1000C也不會(huì)分解，生物降解能力差。由于高親脂性且難溶于 水，故易進(jìn)入生物體并經(jīng)食物鏈積累。曾發(fā)現(xiàn)污染區(qū)藻體內(nèi)濃度為水中濃度4倍以上，水蚤 及魚(yú)體內(nèi)濃度為水中濃度萬(wàn)倍以上。由于TCDD所特有的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期殘留性，所以它是廢棄物中需要特別注意的有害成分。垃圾焚燒中二口惡英的形成除了焚燒原料中可能夾雜有

18、少量二口惡英不充分燃燒會(huì)通過(guò)煙囪排放外，焚燒排放物中的 劇毒二口惡英主要是在燃燒過(guò)程中形成的。焚燒物中含有石油產(chǎn)品、含氯塑料(聚氯乙烯、聚氯亞乙烯、聚氯樹(shù)脂等)作為二口 惡英的前體(Precursor)，在燃燒過(guò)程中經(jīng)熱分解后，分子重排形成二口惡英及 Chlorophenol, Chlorobenene。有機(jī)物熱分解產(chǎn)生HCL，而廚房垃圾中含有Nacl、kcl、Mgcl2等鹽，當(dāng)煙氣中有SO2 時(shí)，則發(fā)生下列反應(yīng)：2Nacl + SO2+1/2SO2+H2O 一 Na2SO4+2HCL使煙氣中HCL濃度增加，由于垃圾直接燃燒是個(gè)氧化過(guò)程，將發(fā)生下列反應(yīng)：2Cu+O2 一 2CuOCuO+2HC

19、L 一 Cncl2+H2O而Chlorophenol、chlorobenene在鍋爐和靜電除塵器內(nèi)，在HCL，Cucl2和其它元素的催化 作用下可再合成二惡英。有研究表明，再合成溫度為250300C。據(jù)日本有關(guān)試驗(yàn)證明，在焚燒過(guò)程中作為PCDD/PCDF生成源，Cucl2與其他金屬氧化物相 比，Cucl2高于其他金屬氧化物數(shù)百倍的二口惡英再合成催化劑，其次是未燃燼的碳。日本荏原公司采用30t/d的垃圾焚燒爐進(jìn)行分割切碎廢棄物燃燒試驗(yàn)，其結(jié)果表明煙氣中 HCL的產(chǎn)生量受殘氧濃度的影響。當(dāng)殘氧濃度為零時(shí)，HCL產(chǎn)生量為8x10-3，大約是理論 產(chǎn)生量，而當(dāng)殘氧濃度為11% (通常燃燒狀態(tài))，HCL

20、產(chǎn)生量降到1X10-3。經(jīng)調(diào)查，當(dāng)布 袋除塵器中灰的成分中氯離子含量為10.6%時(shí)可形成Cucl2,同時(shí)發(fā)現(xiàn)二口惡英再合成倍率 為數(shù)十倍至數(shù)百倍。二口惡英抑制方法要抑制垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的二口惡英，必須達(dá)到如下條件：保持溫度1000C以上，煙氣停留時(shí)間大于2S,保持煙氣中含氧比6%以上，可將所 有的有機(jī)物燃燼。抑制HCL、CuO、Cucl2的產(chǎn)生，盡量不燃燒含氯塑料及其他含氯化工品，不使Cu 氧化。盡可能充分燃燒以減少煙氣中的含碳量，一些國(guó)家以CO小于50 x10-6作為標(biāo)準(zhǔn)。在煙氣凈化段采用急冷卻辦法避開(kāi)二口惡英再合成的溫度250300C。控氣型垃圾焚燒爐介紹一種抑制二口惡英生成的垃圾焚燒技

21、術(shù)一一加拿大的科學(xué)家從二口惡英生成的最基本 四個(gè)條件：氯、氯、溫度、催化劑分析，在20世紀(jì)70年代研制了控氣型垃圾焚燒爐。它 將燃燒過(guò)程分為二級(jí)燃燒室，一燃室為垃圾熱分解，溫度控制在700C以內(nèi)，讓垃圾在缺氧 狀態(tài)下緩慢地在低溫下熱分解，此時(shí)金屬銅、鋁、鐵不會(huì)被氧化，沒(méi)有CO2的產(chǎn)生，也不 會(huì)有Cucl2的產(chǎn)生和存在，垃圾中的可燃成分分解成可燃?xì)怏w，并引入二燃室燃燒；二燃室 溫度在1000C以上，煙氣停留時(shí)間2S以上，保證了有毒有害的有機(jī)氣體完全分解燃燒，從 而保證了二口惡英充分分解。由于二燃室是氣體燃燒，避免了煙氣中的殘?zhí)即嬖?，削弱?二口惡英的生成環(huán)境。由于控氣型垃圾焚燒爐是固體床，所以極少產(chǎn)生煙塵，不會(huì)有未燃燼 殘?zhí)歼M(jìn)入煙氣中，更有利的是該系統(tǒng)不需設(shè)置龐大的除塵裝置和其他凈化裝置，即可達(dá)到煙 氣排放標(biāo)準(zhǔn)，只有含氯塑料過(guò)高導(dǎo)致HCL超標(biāo)進(jìn)，才需要增加簡(jiǎn)單的堿洗裝置。從