生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍

生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理 技术介绍
• 1.1 酸性气体 • Hcl气体对人体有较强的伤害性。Hcl气体会对余热锅炉受 热面和监测仪表产生高低温腐蚀，影响余热锅炉安全并限 制了过热蒸汽参数的提高；Hcl气体的存在升高了烟气露 点，导致排烟温度升高，降低锅炉热效率 ；氯源在一定 条件下与重金属反应生成低沸点的金属氯化物，从而加剧 了重金属的挥发，导致重金属在飞灰上的富集，增加飞灰 毒性 ；Hcl气体能促进氯酚、氯苯、氯苯并呋喃等“三致” 有机物的生成，而且Pvc裂解后生成的Hcl被认为能促进多 环芳烃(paHs)的生成。因此，有效去除Hcl气体直接关系 到焚烧系统的安全和环保运行。
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• • • • 2 垃圾焚烧烟气污染控制 垃圾焚烧生成的污染物来源于垃圾组分，其存在形式及数量与焚烧条件和净 化系统密切相关。从污染物的产生及其排放过程看，控制垃圾焚烧产生的二 次污染可以采取以下措施。 2.1 控制烟气污染物的产生 根据烟气污染物的形成机理，控制垃圾焚烧条件，使燃烧处于良好状态，从 而减少有害物质的生成。运用合适的炉膛和炉排结构，使垃圾在焚烧炉得以 充分燃烧。烟气中Co的浓度是衡量垃圾充分燃烧的指标之一，Co浓度越低说 明燃烧越充分，比较理想的Co浓度指标是低于60 mg/m3。 焚烧炉内烟气出口温度不低于850 ℃，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时 间不小于2 s，O2的浓度不少于6%，并合理控制助燃空气的风量、温度和注 入位置。在炉内喷入固硫固氯剂Caco3或Cao可降低氯化物和硫化物对高温 受热面的高温腐蚀及对大气的二次污染。 燃烧过程中Nox与二噁英的控制条件矛盾，一般炉膛温度越高，二噁英越少， 但Nox越多，因此在燃烧实际运行中保证垃圾可燃组分充分燃烧的基础上再 兼顾Nox的产生。处理措施是在烟气处理系统中增加脱硝装置。
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• 2.2.2 除 尘 • 除尘器是烟气净化系统的末端设备，国标GB18485-2001 中规定生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用袋式除尘器。袋 式除尘器不仅收捕一般颗粒物，而且能收捕挥发性重金属 或其氯化物、硫酸盐或氧化物所凝结成直径≤0.5 μm的气 溶胶，还能收捕吸附在灰分或活性炭颗粒上的二噁英等有 机类污染物。 • 袋式除尘系统中的布袋是由不同材料的纤维制成滤布，对 尾气进行过滤，达到除尘及吸附二噁英的目的。烟尘颗粒 在滤布表面堆积形成致密的薄层，因此布袋式除尘器对粉 尘去除率一般都很高。受布袋材料的耐热强度限制，尾气 温度一般须控制在250 ℃左右，低于二噁英的再合成温度。
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• 1 垃圾焚烧烟气污染物的形成及危害 • 1.1 酸性气体 • 焚烧烟气中的酸性气体主要由Sox、Nox、Hcl、 Hf组成，均来源于相应垃圾组分的燃烧。Sox主 要由So2构成，产生于含硫化合物焚烧氧化所致。 Nox包括No、No2、N2o3等，主要由垃圾中含氮 化合物分解转换或由空气中的氮在燃烧过程中高 温氧化生成。Hcl来源于氯化物，如Pvc、橡胶、 皮革，厨余中的Nacl以及kcl等。焚烧烟气中Hcl 气体的浓度相对较高，往往在400～1200 ppm。 Sox与Nox的浓度相对较低。所以Hcl是垃圾焚烧 烟气中主要的污染气体。
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• .2.1.1干法 • 干式脱酸有2种方式。一种是干性药剂(一般采用消石灰)和酸性气体在 反应塔内进行反应；另一种是在进入除尘器前的烟气管道中喷入干性 药剂，在此与酸性气体反应。消石灰与酸性气体发生中和反应要有合 适温度(140~170℃)，而余热锅炉出口的烟气温度往往高于这个温度， 为提高脱酸效率，一般需通过喷水降低烟温。 • 减温塔：从锅炉出来的温度为190~200℃的烟气进入减温塔。减温塔 由冷却装置与飞灰排出装置组成。冷却水由冷却水供应泵从水箱送至 喷嘴，并被压缩空气雾化后喷入减温塔内与烟气直接接触。减温塔的 高度设置应确保喷入的雾化水可以完全蒸发，直径设置应能防止塔内 壁被雾化的水微粒接触。烟气经减温塔降温至150℃左右后进入后续 设备。烟气中部分粉尘落入塔底的料斗中，经排灰阀、输送机送至飞 灰贮仓。减温塔底部需配置加热装置，防止飞灰吸潮沉积在内壁上腐 蚀减温塔。
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• 2.2 烟气净化处理 • 烟气净化系统是城市生活垃圾焚烧污染控制的关键，烟气净化后各种 污染物的排放浓度应达到国标GB18485-2000的规定。 • 烟气净化一般主要有由脱酸，除尘，活性炭吸附，脱硝四个部分组成。 国内外普遍采用的工艺主要是半干法/干法+布袋除尘器+活性炭吸附 +SNCR，其中脱酸技术是垃圾焚烧烟气净化系统的核心。 • 2.2.1 脱 酸 • 酸性气体Hcl、Sox、Hf主要通过湿法、干法或半干法中Ca(oH)2、 NaoH等碱性物质中和吸收来去除。其中，湿法技术效率高，可达 97%以上，但有大量污水排出，容易造成二次污染。干法技术无污水 排放，但脱除效率仅达60%~70%。半干法技术有较高的脱除效率(可 达90%左右)，药品用量少，且无污水排放，因此为烟气脱酸的主要 适用技术。
Hale Waihona Puke Baidu
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• 干法工艺流程图
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• 2.2.1.2半干法 • 半干法脱酸装置一般设置在除尘器之前，主要包 括给料系统、混合系统和反应系统。脱酸剂Cao 在给料系统生成粉状Ca(oH)2，再进入制浆系统 与水充分混合制成石灰浆，最后以喷雾状进入反 应系统。Hcl、Sox、Hf等酸性成分被吸收，生成 中性、干燥的细小固体颗粒，随烟气进入下一步 净化系统。主要反应有： • 2Hcl+Ca(oH)2=Cacl2+2H2o （1） • So2+Ca(oH)2=Caso3+H2o （2）
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• 1.2 有机类污染物 • 有机类污染物主要是指在环境中浓度虽然很低，但毒性很大，直接危 害人类健康的二噁英类化合物，其主要成分为多氯二苯并二噁英 (pcdds)和多氯二苯并呋喃(pcdfs)。通常认为，垃圾的焚烧是环境中 此类化合物产生的主要来源。垃圾焚烧炉中二噁英有两种成因:一是垃 圾自身含有微量的二噁英类物质，二是焚烧炉在垃圾燃烧过程中产生 二噁英，其形成机理概括起来有三种: (1)高温合成。在垃圾进入焚烧 炉的初期干燥阶段，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,形成暂时缺氧状况，使部分有机 物同氯化氢反应,生成二噁英; (2)从头(denovo)合成。通过de novo合 成反应形成二噁英。即在低温(250~350℃)条件下，大分子碳(残碳)与 飞灰基质中的有机或无机氯在飞灰表面反应，生成二噁英; (3)前驱物 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 相前驱物，如多氯苯酚和聚氯乙烯，前驱物分子在燃烧过程中通过重 排、自由基缩合、脱氯及其它化学反应生成二噁英。
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• 1.3 颗粒物及重金属 • 垃圾焚烧过程中会产生大量的细小颗粒物。同时， 垃圾中原有的颗粒物在炉膛内被气流扬起并随焚 烧气排出。垃圾中可燃组分因燃烧不完全会形成 黑烟,黑烟中含有大量的碳粒子。 • 颗粒物的粒径越小越容易进入肺泡,危害也就越大。 细小颗粒物中会含有Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn、 Sb、Cd、Se等重金属，其中对人体危害大的重 金属如Cr、Cd、Ni、Pb、Se等主要集中于小于3 μm的颗粒物中。因此，在去除颗粒物的同时，也 就在一定程度上削减了重金属的危害。
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• • 2.2.4 NOx去除工艺 针对烟气中已生成NOx进行脱除的技术主要有选择性催化还原技术(Selective Catalytic Reduction，即SCR技术)和选择性非催化还原技术(Selective NonCatalytic Reduction，即SNCR技术)。 2.2.4.1 SCR技术 含有氨基的还原剂（通常采用氨水）与催化剂（通常采用五氧化二矾（活性 物）-氧化钛（载体））在温度窗口为200~450区间，快速、高效地将焚烧炉 内烟气中的NOx选择性地还原为N2。SCR布置方式可采取高温高尘(High dust system)、高温低尘(Low dust system)和低温低尘(Tail-end system)这三 种布置方式。采用高温高尘布置，SCR反应器布置在省煤器与空预器之间， 工程上多为此种布置方式；高温低尘布置方式，SCR反应器布置在除尘器后， 此时除尘器需采用高温除尘器，造价较高，工程上应用极少；低温低尘布置 方式的SCR反应器布置在脱硫除尘之后。在垃圾焚烧炉中，由于生成的重金 属含量较之大型火电厂高，更易引起催化剂中毒，大大削弱催化剂活性，催 化剂腐蚀、堵塞严重，目前尚未有大规模的工程应用。就垃圾电厂来说，工 程上切实可行的多为低温低尘方式，如图1所示，但此种布置方式的SCR脱硝 装置，要采用热源对烟气再加热，其额外能源消耗巨大，运行费用十分昂贵。
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• 2.2.3 活性炭吸附 • 目前国内外垃圾焚烧烟气处理中，对二噁英的处理主要采用活性炭吸 附。活性炭不仅可以吸附二噁英还能有效去除重金属等物质。由于飞 灰的比表面积很大，对二噁英有很强的吸附作用，导致飞灰中二噁英 浓度很高,通常占焚烧过程二噁英总排放量的70%左右。而大部分的重 金属(>70%)都仍留存于炉渣中,仅Hg和Cd在高温下挥发，进入飞灰随 焚烧烟气排放。为提高烟气中二噁英类和重金属污染物的去除率，可 以采取以下方法:(1)减少烟气在200~350 ℃温度域的停留时间，有利 于减少二噁英类污染物再次生成，控制除尘器入口烟气温度低于200 ℃，有利于有机类及重金属污染物的脱除，即在设计和运行中采用 “温度控制”;(2)在反应塔和除尘器之间，通过混粉器在烟气中喷入 活性炭或多孔性吸附剂，可吸附二噁英类和重金属污染物，再用布袋 除尘器捕集。
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• 半干法工艺流程图
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• • 2.2.1.3湿法 湿法脱酸装置设置在除尘器之后，从袋式除尘器出来的温度约140℃的烟气经 底部进入湿式洗涤塔。洗涤塔分为冷却部和吸收减湿部。烧碱稀释槽中配制 好的烧碱溶液通过烧碱输送泵、冷却液循环泵送至冷却部上方的喷嘴，向下 喷入与逆流的烟气充分接触，将烟气温度降至饱和温度。同时，在此过程中 烧碱溶液与烟气中的部分酸性气体进行反应。塔底的吸收液一部分循环使用， 一部分排出以降低溶液中的含盐量以保证酸性气体的吸收率。 烟气经冷却和吸收后进入洗涤塔上部的吸收减湿部。减湿水与烧碱溶液一并 由减湿水循环泵输送至减湿部上方喷嘴，向下喷入并均匀地经过填料床与烟 气充分接触，酸性气体被进一步去除。反应后的减湿水从吸收减湿部下部排 入减湿水槽。净化后的烟气经塔顶除雾器除雾后进入烟气再加热系统。 烟气再加热器 从湿式洗涤塔出来的烟气温度约有70℃，为防止低温腐蚀及烟囱出口冒白烟， 需将烟气加热至150～160℃才能排放。再加热方式可选择蒸汽加热或电加热 (一般选用蒸汽加热)。从烟气再加热器出来的烟气通过引风机经烟囱排入大气
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• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1垃圾焚烧烟气污染物的形成及危害 1.1 酸性气体 1.2 有机类污染物 1.3 颗粒物及重金属 2垃圾焚烧烟气污染控制 2.1 控制烟气污染物的产生 2.2 烟气净化处理 2.2.1 脱 酸 2.2.1.1干法 2.2.1.2半干法 2.2.1.3湿法 2.2.1.4各脱酸工艺的优缺点及性能比较 2.2.2 除 尘 2.2.3 活性炭吸附 2.2.4 NOx去除工艺 2.2.4.1 SCR技术 2.2.4.2 SNCR技术 2.2.4.3.1技术指标比较 2.2.4.3.2稳定性比较 2.2.4.3.3经济指标比较
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• 湿法工艺流程图
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• 2.2.1.4各脱酸工艺的优缺点及性能比较 • 烟气脱酸除尘工艺有袋式除尘器+湿式反应 塔、半干式反应塔+袋式除尘器、干式反应 塔+袋式除尘器3种组合形式，其优缺点及 性能比较见表2。3种烟气脱酸除尘方式综 合性能比较.doc