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(yùn)用垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)，可有效實(shí)現(xiàn)垃圾的“三化”處理，但在焚燒過程中所產(chǎn)生的煙氣會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。結(jié)合廣東省佛山某垃圾焚燒廠的實(shí)例，本文分析了垃圾焚燒廠的主要大氣污染物的形成機(jī)理、性質(zhì)，并針對(duì)性地提出了具有可行性、有效性的污染防治技術(shù)體系。關(guān)鍵詞：垃圾焚燒大氣污染機(jī)理污染防治技術(shù)體系 一、前言隨著人類社會(huì)的發(fā)展，垃圾已成為社會(huì)公害[1]。垃圾焚燒發(fā)電作為一種先進(jìn)的垃圾處理技術(shù)，充分體現(xiàn)了垃圾處理的資源化、減量化、無(wú)害化原則，因此在國(guó)內(nèi)外獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，焚燒煙氣中有毒有害物質(zhì)排放造成的二次污染又成為亟待解決的問題[2]。作者結(jié)合在廣東省佛山某垃圾焚燒廠的工作實(shí)踐，對(duì)相應(yīng)的大氣污染防治技術(shù)進(jìn)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(guó)的Basic燃燒技術(shù)，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(jiǎn)介如下：垃圾由給料機(jī)送入焚燒爐干燥床，烘干后依次通過數(shù)級(jí)爐排床進(jìn)行燃燒。在燃燒的第一階段，空氣由每個(gè)爐排的下部風(fēng)機(jī)送入爐膛，在氣流作用下垃圾保持局部浮動(dòng)燃燒，因此這種焚燒爐既有爐排爐的特點(diǎn)，局部又有流化床的特點(diǎn)[3]。燃燒后的煙氣中有許多焦碳顆粒和未燃燒物質(zhì)，此時(shí)溫度達(dá)860℃。第二、三階段是煙氣進(jìn)入第一級(jí)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(zhì)繼續(xù)進(jìn)入第二級(jí)再燃燒煙道與過量空氣劇烈混合繼續(xù)燃燒，溫度達(dá)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(zhì)的分解。第四階段為控制余熱鍋爐進(jìn)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(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度保持在760℃，高溫?zé)煔饨?jīng)過過熱器、省煤器進(jìn)行對(duì)流換熱，然后經(jīng)由半干式煙氣處理設(shè)備和布袋吸塵器等一系列設(shè)施進(jìn)行除污處理，達(dá)標(biāo)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(dòng)除渣裝置排出，再外運(yùn)至垃圾填埋場(chǎng)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(jìn)廠垃圾在垃圾儲(chǔ)存坑內(nèi)堆放過程中，垃圾中的有機(jī)物逐漸腐爛變臭，產(chǎn)生難聞的臭氣，且臭氣的強(qiáng)度隨著堆放時(shí)間的延長(zhǎng)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(wú)機(jī)物質(zhì)，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(jī)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(shí)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(yīng)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(xué)溶劑、廢油、油墨等。所含的金屬元素按照性質(zhì)基本可分為三類：非揮發(fā)性元素（沸點(diǎn)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(jié)在一起；揮發(fā)性汞（700℃）：在垃圾焚燒高溫?zé)煔庵腥允菤鈶B(tài)。④未完全燃燒產(chǎn)物：主要為一氧化碳、高分子碳?xì)浠衔锖吐然枷阕逄細(xì)浠衔铩，F(xiàn)已證實(shí)，其中某些芳烴化合物有致癌作用，如3-4苯并[a]芘，是有機(jī)物不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的劇毒物質(zhì)。保證垃圾焚燒爐內(nèi)完全燃燒是防止該類有毒物質(zhì)產(chǎn)生的有效手段。⑤微量有機(jī)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(qiáng)致癌、致畸的危險(xiǎn)性有毒物質(zhì)。當(dāng)垃圾焚燒爐內(nèi)燃燒溫度高于200℃時(shí)開始生成，高于700℃開始轉(zhuǎn)向分解，當(dāng)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(yùn)到廠區(qū)后進(jìn)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(jìn)入。采用密閉的垃圾存儲(chǔ)坑，并在垃圾坑上方安裝機(jī)械抽風(fēng)設(shè)備，用二次風(fēng)機(jī)在坑上方抽取二次風(fēng)，形成垃圾坑內(nèi)輕微負(fù)壓的結(jié)構(gòu)，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(zhì)的排放，需嚴(yán)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(zhǎng)煙氣在燃燒高溫區(qū)的停留時(shí)間，使二噁英分解。當(dāng)垃圾熱值低于正常燃燒值時(shí)，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(diào)爐內(nèi)一、二次風(fēng)的配風(fēng)情況，為一、二級(jí)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?？諝饬浚瑴p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(duì)高溫受熱面的高溫腐蝕及對(duì)大氣的二次污染。 （三）煙氣凈化煙氣凈化工藝設(shè)備由酸性氣體脫除設(shè)備和除塵設(shè)備組成，本項(xiàng)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(jìn)行吸附。1．控制酸性氣體排放對(duì)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(jìn)行處理。本項(xiàng)目采用的MHGT（多組分有毒廢氣處理）技術(shù)的基本原理是利用半干式反應(yīng)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(yīng)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(yàn)可知，在高濃度堿基環(huán)境的反應(yīng)器中，只要保證1秒左右的反應(yīng)時(shí)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(shí)對(duì)煙氣成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄，如發(fā)現(xiàn)SOx、HCl超標(biāo)，將自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值以下。2．控制飛灰含量《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（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(yīng)器中與噴入的細(xì)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(yīng)，然后在反應(yīng)器中得到冷卻。產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物（固態(tài)）—灰塵和未反應(yīng)的石灰，一部分被移到反應(yīng)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(duì)微小灰塵也有較好的去除效果。3．控制二噁英類物質(zhì)排放[10]布袋除塵器的纖維袋上的灰塵能對(duì)煙氣中的二噁英和重金屬、SO2等有害物質(zhì)有很好的吸附作用。運(yùn)行過程中還會(huì)在布袋除塵器的布袋外壁形成一層薄的灰燼和化學(xué)反應(yīng)劑（Ca(OH)2）的混合物，這層混合物形成吸收污染物的次級(jí)反應(yīng)區(qū)，并非常有效地提高整個(gè)煙氣處理系統(tǒng)的效率。此外，在煙氣進(jìn)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(gè)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(píng)估華南環(huán)境科學(xué)研究所對(duì)該垃圾焚燒廠排放的煙氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，具體結(jié)果見表1。 表1廣東省佛山市某垃圾焚燒廠煙氣測(cè)試結(jié)果*單位：mg/m3（注明者除外）測(cè)試指標(biāo)煙塵林格曼黑度(級(jí))CONOxSO2HClHgCdPb熱灼減率(%)測(cè)定值31133113517.10.010.041.222.0標(biāo)準(zhǔn)值**801150400260750.20.11.6＜5%*采樣條件：天氣，晴；氣溫，22～26℃；相對(duì)濕度：55～65﹪。**采用《生活垃圾焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485-2001）。從表1中可以看出，經(jīng)過嚴(yán)格的污染控制措施以后，該廠排放的煙氣各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)標(biāo)，其中CO、NOx、SO2、HCl、Hg等多項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值，說明所采取的各項(xiàng)防治措施確實(shí)有效，焚燒廠對(duì)周圍環(huán)境的不良影響已經(jīng)大大降低，達(dá)到了污染防治的目的。 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