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生活垃圾焚烧及其二次污染控制技术分析

发布日期:2016/6/12 1:18:24 浏览:3945

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内容提要:根据生活垃圾“无害化、减量化和资源化”的处理要求,大型生活垃圾焚烧发电工程的建设,是目前和未来大型城市、尤其是特大城市生活垃圾处理的主要方式。先进适用的大型机械焚烧处理技术,在保障垃圾治理“无害、减量”的同时,可以有效“回收资源、利用能源”。本文针对我国特大型或大型城市生活垃圾的物料特性,结合建设中的上海广州武汉等城市生活垃圾焚烧发电工程技术交流经验,分析了垃圾焚烧工艺的主要技术特点,并就垃圾焚烧产生的二次污染问题,详细论述了主要污染源特性、控制标准和控制技术。

1.概述

目前,关于城市生活垃圾的处理,欧洲、美洲和日本、台湾等一些发达国家和地区政府,已经或正在制定严格限制填埋原始垃圾的法令。焚烧处理减容率高,无害化效果良好,是特大型或大型城市治理垃圾污染和利用资源的有效方法。瑞士、日本、丹麦、法国、德国、荷兰、瑞典等国家,焚烧垃圾并配套发电、供热,是城市垃圾处理的主要手段。瑞士城市垃圾80采用焚烧,日本、丹麦的垃圾焚烧率也达70以上,新加坡、澳门的垃圾焚烧处理达100。

根据城市生活垃圾的物料特性,应用高温焚烧发电技术,采取规范型工厂模式、规模处理城市生活垃圾,达到“无害化、减量化和资源化”垃圾综合处理要求,是目前我国大型、特大型城市生活垃圾消纳的主要发展方向之一。

国内部分大中城市和科研院校、锅炉制造厂和环保公司,亦在迅速引进、消化国外先进技术,合作开发、研制,适于中国垃圾特点的多种焚烧及烟气处理技术和成套设备。

大型垃圾焚烧处理工程建设,以安全、可靠的焚烧处理生活垃圾为主要目的,同时高效率、低成本的回收热能发电。工程建设的基本原则是:

1).“无害化、减量化和资源化”综合处理城市生活垃圾,遵守国家环境保护和能源利用政策;

2).依据准确的垃圾特性资料,保证垃圾焚烧工程的资源条件可靠;

3).采用先进、成熟的垃圾焚烧技术,选用适用、可靠的焚烧设备;

4).采用先进、成熟的烟气、污水净化技术,严格控制二次污染;

5).合理优化垃圾焚烧处理工程设计,控制工程造价,节约投资和用地;

6).主要设备配置和系统参数拟定,充分考虑技术、经济性的协调;

7).功能完整协调,技术先进适用,保障全厂安全、可靠和高效运行。

其中,垃圾源特性分析、垃圾焚烧处理及其二次污染控制技术,是垃圾焚烧处理工程的关键技术,本文拟结合目前建设中上海、广州和武汉等垃圾焚烧处理工程技术交流资料,就大型垃圾焚烧处理工程中有关应用技术概要分析。

2.垃圾物料特性

城市生活垃圾物料特性,是建设垃圾焚烧处理工程的基础。

目前的统计、分析数据显示,我国特大型、大型城市生活垃圾的物料特性,基本适宜混合焚烧。

2.1垃圾来源及组成

城市生活垃圾来源,主要包括9类:

1).商业机构:商业网点、旅游服务、供销批发、仓储、农贸市场等产生的商业垃圾和菜场垃圾;

2).行政事业单位:党政机关、社会团体、金融保险、学校、科研设计单位等产生的办公及生活垃圾;

3).医疗卫生单位:医院、卫生保健机构等产生的医院垃圾;

4).建筑业:城市建、构筑物装潢、维修等产生的固体废弃物;

5).工业:主要是企业职工在单位产生、并由环卫部门清收的生活垃圾,包括少量小型企业工业生产过程中产生的一些固体废弃物;

6).交通运输业:汽车、火车、飞机和轮船等交通运输场所产生的固体废弃物;

7).露天广场:道路、广场和公园等清收的垃圾,包括果皮纸屑,树枝草叶,灰渣等;

8).居民家庭:城市居民生活中产生的固体废弃物,如厨渣、废旧物品、用具等;

9).其他方面:如江河湖泊中清收的漂流(浮)物等。

根据武汉、上海和广州等城市统计资料,城市生活垃圾的不同产生源中,以居民家庭垃圾为主,其次是工商业垃圾来源较多,但这些来源呈下降趋势;建筑装潢、医疗、包装运输等垃圾量在增加。

城市生活垃圾,来源复杂,组成也很复杂,按有机物和无机物分类:

有机物质主要包括:厨渣、纸张、果皮、塑料、毛骨、橡胶、皮革、纺纤、木杂碎等,这些物质,含有一定的可燃成分,适用焚烧处理;

无机物质主要由煤灰渣、玻璃、金属、陶瓷、砖瓦等组成,这些成分物性稳定,减容性差,不宜采用焚烧处理。

近年来,随着各大城市市政、公用设施建设的迅速发展,城市电力供应和燃气化率大幅度增加,居民生活和消费水平提高,垃圾中的有机物含量在增加,无机物含量在逐渐降低。

2.2垃圾物料特性

根据我国大型、特大型城市目前的发展状况,城市生活垃圾,具有垃圾源相对集中于城区、垃圾量随季节性变化较大、组成复杂、热值较低、含水率较高等特点。

现有垃圾物性调查资料显示:

1).城市生活垃圾的含水率约40~60,水量较高。

2).城市生活垃圾的发热值,未经分选的混合物料

根据预测,随着生活水平的逐步提高和居民环保意识的增强,垃圾分类投放和收集将普及,供给焚烧处理工厂的垃圾中,有机物料比例亦会逐步增加,参照国内外其他大型城市的经验。

2.3垃圾量

大型、特大型城市常住人口和流动人口相对稳定,生活垃圾的产生量约(0.8~1.2)kg/(人天),夏季略高,平均约1kg/(人天)。城市生活垃圾总量数量巨大,且持续产生,相对稳定。

面对巨量的城市生活垃圾及其潜在的污染压力,应用先进成熟的高温焚烧技术,配套大型垃圾焚烧处理设备,建设城市生活垃圾焚烧发电工程,对于持续、稳定、安全、可靠地消纳大量的城市生活垃圾,改善城市人居环境,保障城市经济可持续发展,极其必要;同时,目前统计、分析数据显示,特大城市生活垃圾物料特性(关键是低位发热值)和物料供给保障,适于大型焚烧处理。

3.垃圾焚烧技术

3.1垃圾焚烧机理

基于城市生活垃圾的复杂物料特性,其焚烧机理与常规动力燃料如燃煤、燃油和燃气等比较,有着显著区别:

3.1.1焚烧炉膛维持中温燃烧

大型垃圾焚烧炉,主要采用混合垃圾入炉,物料热值较低,水分较高,且密度较小,可燃成份燃烧速率较高,焚烧炉膛主要采用中温燃烧,炉膛温度一般维持在(900~1200)潞C。与燃用常规动力煤、油或燃气锅炉比较,垃圾焚烧炉膛温度约低(400~600)潞C。

垃圾焚烧炉膛维持中温燃烧,既是焚烧原料能量所限制,也是焚烧产物控制所要求。

垃圾焚烧过程中释放的热能,除满足物料自身的干燥、着火和燃烬要求(低位热值约需800x4.18kJ/kg)外,按城市生活垃圾具有的总热量炉膛温度只能维持在(900~1200)潞C。对于部分热值偏低的垃圾组份,必须采用绝热炉膛或投燃辅油,才能维持中温燃烧环境。

在保证垃圾燃烬的同时,控制垃圾焚烧产生的二次污染,也需要维持中温燃烧:垃圾中的细菌病毒等杀灭;焚烧残渣中有机碳含量<(3-5);焚烧烟气中可能形成的二恶英、呋喃等特殊毒害性气体,温度场必须保证温度850潞C、时间持续2s的环境等。

为了维持中温燃烧,垃圾焚烧强调垃圾特性适宜,如热值、含水率、均匀、足量等,且燃烧空气需要稳定加热(一般一次空气需预热到200潞C),燃烧控制需要采用连续监视、调节等。

3.1.2焚烧产生的烟气具有强烈的腐蚀性、毒害性

生活垃圾中塑料、橡胶等物料富含Cl、F等成份,焚烧产生的烟气中HCl、HF等酸性气体浓度较高,对焚烧炉膛及其配套的热能回收锅炉冷却构件具有强烈的高温腐蚀特性。与常规燃煤锅炉存在的煤粉对水冷构件形成的磨损特性比较,垃圾焚烧炉主要考虑防止酸性烟气腐蚀,对流受热面的入口烟气温度要求控制在<(630-650)潞C。

同时,垃圾焚烧过程中,由于存在大量的C、H、O和Cl元素,可能产生大量的二恶英、呋喃等特殊毒害性气体,其结构稳定,毒性极强,对人体和生物具有严重危害。

二恶英、呋喃等气体,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可以合成;在(750~800)℃、且氧过剩环境中时极易生成的不完全燃烧物及飞灰表面的不均匀催化反应形成的多种有机气相前驱物,亦可以合成。残碳氧化时,有(65~75)转变为一氧化碳,1转为氯苯转变为PCDD,飞灰中碳的气化率越高,PCDD的生成量也越大。

为了控制二恶英、呋喃等特殊毒害性气体的产生,垃圾焚烧炉膛必须保持较高的温度场,烟气可能存在多种有机气相前驱物,通过控制其在850℃的温度环境中经过持续2s以上的燃烧,可以控制、防止其形成。

3.1.3垃圾微正压焚烧,烟气微负压排放

生活垃圾焚烧过程中,为了保证垃圾燃烬,炉排不仅具有推送物料的基本功能,而且设计有特殊的结构型式和运动轨迹,强化翻搅物料,同时,助燃空气(60~70)经过预热形成一次风,通过炉排鼓入焚烧炉膛,提供燃烧所必要的氧气、冷却炉排、扰动燃烧料层。焚烧炉膛处于微正压状态。

垃圾中废弃塑料、橡胶等高分子物料燃烧和大量的水份汽化,使焚烧炉产生的烟气量较大。由于烟气温度较低,为了保证热能回收效率,垃圾焚烧炉配套的热能回收锅炉需要配置比同等蒸发量的常规燃料锅炉更多受热面(主要是对流受热面)。锅炉烟道和后续的烟气净化系统,由引风机抽吸烟气建立微负压环境。

为了减少烟气中携带的灰份对锅炉对流受热面的污染、同时改善后续烟气净化处理系统中布袋除尘器的运行条件,保证燃烬的同时,需要平衡微正压垃圾燃烧系统和微负压烟气排放系统的零压力点,协调控制烟气的飞灰浓度和排烟温度。

3.2垃圾焚烧设备

目前世界上应用于焚烧固体废弃物的各种型号规格的焚烧炉已达上百种,按燃烧方式可分为高温机械焚烧炉、热解焚烧炉及流化床焚烧炉。

3.2.1高温机械焚烧炉

高温机械焚烧炉,在煤的燃烧设备中得到广泛应用,在垃圾的焚烧发展历史中也最长,国内外层状燃烧设备结构形式多种多样,主要差别在于传动式炉排机构的不同,而这也是

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