摘 要: 本文作者介绍了垃圾焚烧污染物的来源与形成, 提出了污染物控制与处理措施。
关键词: 垃圾焚烧,发电,污染控制
垃圾焚烧发电是使用特殊的垃圾焚烧设备, 以城市生活和工业垃圾为燃料进行焚烧, 在对其焚烧处理的同时, 利用它产生的热量转化为蒸汽发电供热的一种新型发电方式。由于这种焚烧发电处理方式具有“三化”( 减量化、无害化、资源化) 和环境与经济双重效益, 已被美、日、法、英、德、意等先进国家广泛采用。垃圾发电是世界上近 30 年来发展起来的新技术。我国起步较晚从 1988 年建立第一座垃圾焚烧发电厂至今仅发展到数十家。我国的城市生活垃圾与发达国家相比, 水分含量高, 热值低, 组分随季节变化大。研究垃圾焚烧产生的二次污染物的控制与处理, 使其达标排放, 是关系到垃圾焚烧发电技术能否推广应用的关键。
1 垃圾焚烧污染物来源与形成
垃圾焚烧后会产生二次污染物, 如多种有害气体(SO2、HCl、NOx等)、粉尘及剧毒物质二噁英、重金属等。如不进行严格的控制和处理会对环境造成严重污染、对动物及生态破坏。城市生活垃圾中含有多种污染物: 如废旧塑料、废纸、废布、草木中含有机氯化物, 厨余、灰土中含有无机氯化物如氯化钠、氯化镁等, 废旧电池中含有汞、铅等。在垃圾焚烧过程中, 这些污染物最终以气体和固体的形式污染环境。垃圾焚烧主要是产生的废渣、飞灰和尾气, 对环境危害最大的是尾气。尾气在主要含有如下有害物质。
1.1 粉尘
垃圾焚烧与其他固体物质的燃烧一样, 垃圾在焚烧过程中, 由于高温氧化, 热解作用, 燃料及其产物的体积和粒度减小, 其中不可燃烧物大部分滞留在炉排上炉渣的形成排出, 一小部分质小体轻的颗粒在热气流携带及热气力的作用下, 与焚烧产生的高温气体一起在炉膛内上升, 经过与余热锅炉受热面交换热量后从锅炉出口排出, 形成含有颗粒物———粉尘的烟气。
1.2 酸性气体
垃圾焚烧产生酸性气体主要有: 硫氧化物、氮氧化物、氯化氢、氟化氢和一氧化碳。
1.2.1 氯化氢
氯化氢和氟化氢来源于生活垃圾中含氯和氟废物的分解。含氯塑料( 如聚氯乙烯塑料 PVC), 厨余中的氯化钠等, 在燃烧过程中与其他物质反应会产生 HCl。
1.2.2 二氧化硫
二氧化硫通常是由垃圾中含硫化合物焚烧时氧化所形成, 当以煤助燃垃圾焚烧时使用含硫分较高燃煤时, SO2也会产生。SO2在空气在和阳光作用下会形成 SO3并经雨水冲淋而形成酸雨。
1.2.3氮氧化物
垃圾焚烧产生的 NOX, 主要来源于垃圾中的有机氮化物。在炉内高温燃烧时, 这些有机氮化物先热解生成 N、cn、HCN 等中间产物, 再与氧气产生 NOX。
2 污染物控制与处理
2.1 从源头控制
对垃圾焚烧产生的二次污染, 要进行全方位的控制与处理。首先对其进行分类收集, 加强资源回收利用, 分选除去垃圾中的含氯成分高的物质( 如PVC 塑料等) 及金属催化剂; 其次垃圾储仓要全密封, 在垃圾卸料口装电动卷帘门, 加装气膜封闭, 用风机将储仓内气体抽吸的气体送入锅炉中助燃、脱臭; 储仓中垃圾渗沥水收集到污水坑内, 用泵送到炉膛内焚烧、裂解。
2.2 炉内燃烧控制
垃圾焚烧污染物的产生, 因燃烧方式不同而不同。层燃应用各种形式的炉排焚烧炉因其燃烧条件的限制, 对污染物的在炉内燃烧时的脱除与控制难于完美完成。而循环流化床(CFB) 燃烧技术具有适应热值低, 成分复杂多变的燃料, 燃烧充分, 污染排放低等优点, 在污染控制方面, 流化床锅炉可同时解决充分燃烧与污染物脱除问题。循环流化床垃圾焚烧采用石英沙作床料热载体, 蓄热量大, 燃烧稳定性好, 燃烧温度均匀并能控制在 850～950 ℃之间, 便于 SO2脱除并过量空气系数小, NOX生成量非常低( NOX在燃烧温度大于 1300 ℃时才会大量生成), 同时能在炉内控制二噁英的生成。二噁英产生的条件为燃烧不稳定, 炉膛温度不均匀且小于 700 ℃, 并含有催化作用的物质时才会产生。而 CFB 燃烧温度可在均匀控制在850～950 ℃之间, 烟气在炉内停留 3～5 s, 即使生成的二噁英也被分解燃烧了。掺煤助燃不仅能提高燃烧的稳定性, 而且燃煤产生的 SO2对二噁英的产生有抑制作用。炉内加石灰可有效脱硫在 Ca/S 比为1/2 时, 脱硫率大于 85% 。CFB 焚烧垃圾燃烧充分,垃圾中有机物 100% 烧掉, 燃烧后垃圾减量 75% 以上, 减容 90% 以上, 灰渣无毒性、无臭味、可直接填埋或作铺路材料等用。因其有减少 90% 以上的垃圾填埋量, 可大大延长填埋场的使用年限。
2.3 尾气处理
因为垃圾焚烧后烟气中含有多种有害物质, 采用常规锅炉的脱硫除尘技术达不到排放标准, 因此必须采用复合的处理技术。
2.3.1 粉尘处理
粉尘处理目前应用最广泛的是静电除尘器和布袋除尘器。一般 CFB 锅炉采用静电除尘器就可达到粉尘排放要求、垃圾焚烧 CFB 锅炉配备静电除尘器或布袋除尘器都能除小于 1 mm 的细小粉尘, 除尘效率静电除尘器可达 99% , 布袋除尘器超过 99% 。
但对重金属物质, 静电除尘器去除效率较差, 因为尾气进入静电除尘器温度较高, 重金属物质无法充分凝结, 且其与飞灰间接触时间不足, 无法充分发挥飞灰的吸附作用。当布袋除尘器与半干式洗气塔合并使用时, 未完全反应的 Ca(OH)2粉尘附着于滤布袋上, 当废气经过时, 因增加表面接触时间, 可提高废气中酸性气体的去除效率。同时, 布袋除尘器要求运行温度较低, 一般 250 ℃以下, 使尾气中的重金属及含氯有机物(PCDDS PCDFS)达到饱和, 凝结成细颗粒而被滤布吸附去除。在除尘器前进的烟道加入一定量的活性碳粉末, 它对重金属离子和二英有很好吸附作用, 进一步脱除尾气中重金属与二噁英。
2.3.2 酸性气体处理
对垃圾焚烧尾气中的 SO2、HCl 等酸性气体的净化原理主要是通过酸碱中和反应进行的, 碱性吸收剂一般采用 Ca(OH)2, 酸性气体净化方法有以下 3 种：
a 干式洗气法。用压缩空气将石灰粉末 CaO或 Ca(OH)2直接喷入烟道或烟道中某段反应器内,使碱性粉末与酸性废气充分接触和反应从而达到中和酸性气体并加以去除。此法投资省, 操作维护运行费用低, 耗水耗电少, 但药剂消耗量大, 去除效率低。
b 湿式洗气法。在烟道中建一个填料吸收塔,在塔内烟气与碱性溶液对流混合, 不断地在填料中的空隙及表面接触及反应, 使尾气中的酸性气体被吸收去除。其优点去除率高, 对 SO2及 HCl, HF 去除率在 90% 以上, 并对高挥发性重金属物质(如汞)有去除能力。但投资高, 耗电、耗水量大, 产生的废水需要进行处理。
c半干式洗气法。是介于干式与湿式之间, 增设一个半干法洗气塔, 实质是一个喷雾干燥装置, 利用雾化器( 喷嘴) 将熟石灰浆[Ca(OH)2]从塔顶或底部或切向喷入塔内, 烟气与石灰浆同向或逆向在塔内流动并充分接触发生中和反应, 由于液滴直径小,表面积大, 不仅与尾气液滴充分接触, 同时水分在塔内能完全蒸发, 不产生废水。此法综合了干法与湿法的特点, 较干法耗石灰粉少, 较湿法耗水量低, 同时免除了过多废水的产生, 且脱除率高, 但是制浆系统复杂, 反应器(塔)内易粘结, 喷咀能耗高。
3 结束语
垃圾焚烧发电产生的二次污染,对其尾气的净化处理关系到垃圾能否资源化利用的关键。垃圾焚烧发电二次污染的控制与处理必须全方位采取有效措施: 即从垃圾来源去除污染的生成源与催化剂; 选择合适的先进的垃圾焚烧技术; 加大力度控制燃烧过程中二噁英等的污染产生; 最后对锅炉尾气烟气采用有效措施净化处理, 确保达到排放标准。
参考文献:
[1] 汪玉林. 垃圾发电技术及工程实例[M].北京: 化学工业出版社, 2009.
[2] 吴 晓. 二噁英与垃圾焚烧[R]. 成都热电公司, 2010.
