浅谈垃圾焚烧工程中二f英的控制

摘要:文章以我国东部发达地区某垃圾焚烧项目为研究对象,使用较为普遍的“三T”技术控制焚烧过程中二f英的生成,采用半干法净化法+活性炭注射法+袋式除尘器法对烟气进行处理。实践证明,达到了理想的净化效果。

关键词:二f英;垃圾焚烧;3T技术;烟气净化;环境污染

中图分类号:X322文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)21-0096-02

2008年,笔者全程参与了某工业垃圾焚烧项目。作为项目技术顾问,从该项目的立项、方案、设计、施工及后期运行全程参与。通过该垃圾焚烧项目,对垃圾焚烧过程中二f英的产生和控制有较深刻的了解,笔者就项目中对二f英的控制和处理浅谈自己的观点。

1二f英的危害及产生

二f英俗称世纪剧毒,指的是结构和性质都很相似的包含众多同类物或异构体的两大类有机化合物,全称分别叫多氯二苯并二f英(简称PCDDs)和多氯二苯并呋喃(简称PCDFs)。二f英非常稳定,熔点较高,极难溶于水,是无色无味的脂溶性物质,非常容易在生物体内积累。而自然界的微生物和水解作用对其分子结构影响较小,环境中的二f英很难自然降解消除。

二f英的最大危害是具有不可逆的“三致”毒性,即致畸、致癌、致突变。只要“超微量”的剂量,就可能产生危害,又是一类持久性有机污染物(POPs),具有长期性和隐匿性,在环境中持久存在并不断富集。

少量二f英是由森林火灾、火山喷发等一些自然过程产生的,而环境中90%以上的二f英类是由人为活动引起的。根据斯德哥尔摩公约,废物焚烧炉具有相对较高的形成和向环境中排放这些化学品的潜在性。

2国内垃圾焚烧技术的现状

2005年我国年产垃圾约1.3亿吨,且以年均10%的速度增长,到2010年垃圾产量约达2亿吨。垃圾焚烧处理的优点是减量效果好,焚烧后的垃圾体积减少90%,重量减少80%。同时可有效利用焚烧余热供暖或直接发电,使垃圾成为新的资源,实现了垃圾减量化、无害化和资源化,故其社会价值与经济价值都较高。

但与此同时,垃圾焚烧产生的烟气中含有大量对环境有害的污染物,尤其是二f英类污染物的生成。当垃圾中含有氯化物且在燃烧过程中有碳和氧等元素时,在一定的温度范围内(450℃左右时生成量最高)就会生成二f英类物质,若不加以控制,可能达到2000ng/nm3以上。Yuwen Li等人对我国19个垃圾焚烧厂烟气中二f英排放情况所做的调查显示,我国垃圾焚烧烟气中二f英的排放浓度在0.042~2.46ngTEQ/nm3,平均为0.423ngTEQ/nm3。依据欧盟标准规定的0.1TEQng/m3,则超标率为68.4%,据推算,来自垃圾焚烧烟气排放的二f英总量为19.64gTEQ/nm3。若不能很好的进行处理,将对环境造成更大的污染。所以,有必要对垃圾焚烧工艺进行分析,并找出合适的控制二f英生产的技术手段,进行有效地控制,以满足环境保护的要求。

3垃圾焚烧过程中二f英的控制

一般垃圾焚烧炉产生二f英的条件是:燃烧不稳定;炉膛燃烧温度不均匀;燃烧温度低于850℃以下。国外对此进行了大量的研究和实践,现在已能在垃圾焚烧过程中有效地进行控制。这种控制方法是将焚烧炉后段的燃尽室(二次燃烧室)烟气温度燃至850℃(Temperature),保持此温度的烟气有2s的停留时间(Time),同时使氧气与垃圾燃料有效地进行扰动(Turbulent),这3个控制条件通常简称为3T。在满足3T条件下,可使在焚烧炉前段生成的二f英类物质大量被破坏分解,最终使得在整个焚烧过程中极大限度地降低了二f英在焚烧炉出口烟气中的含量。

本项目中垃圾焚烧系统采用回转窑+尾部炉排+二燃室技术。

焚烧过程中氧量的控制非常重要,该阶段二f英的浓度主要取决于氧含量的多少。缺氧的环境中二f英的浓度在下降。没有氧气则没有二f英生成,过氧环境中二f英的浓度大大增加,研究表明减少50%的氧气就可以减少30%的二f英的再次形成。本设计采用的回转窑窑头密封性能好,已在多个焚烧处理项目中采用,可有效控制漏风。且窑内含氧量可通过调节一次风的进风量来进行准确的控制,并在回转窑窑尾设置氧量计和热电偶温度计,运行人员可根据窑内温度的变化对一次风机开度进行控制,也可预先设定一次风机开度并与回转窑窑内温度进行联锁,以达到对回转窑焚烧进行最优化控制的目的。

回转窑中部分未燃烬的垃圾和燃烬的炉渣,从回转窑尾部落至尾部往复式顺推炉排,通过炉排的往复运动逐步将残渣推动、翻动、向前慢速移动。同时,炉排设计为分室送风,分段供入适合于使残渣燃尽的足够风量,残渣中的未燃尽物质继续燃烧、燃尽,直至炉排末端,落入渣井。该炉排特点如下:(1)足够的宽度和长度,使由窑尾跌落的残渣在炉排上充分继续焚烧;(2)残渣在炉排上的行进方式是向前上方跌落翻滚并向前移动;(3)炉排分两个室,每一室都是独立的供风,独立风压。炉排运动速率可调,根据实际情况提供不同的风量和风压乃至调整炉排运动速率,使残渣进一步被燃尽;(4)炉排片采用特殊耐热合金铸钢,具一定的耐腐蚀能力和耐高温能力,能长时间稳定运行。运行实践表明,焚烧残渣的残渣热灼减率

二燃室中设有燃烧器和二次风,来自回转窑中未充分燃烧的气体进入二燃室继续燃烧,对焚烧工业固废,二燃室必须控制在较高的燃烧温度(≥1100℃)和在此温度下不小于2秒的烟气停留时间,以控制烟气中有毒有害物质及二f英类物质的产生。

4半干式烟气净化过程中二f英的控制

本项目从控制烟气中的重点污染物的角度出发,即要在传统的半干法净化工艺基础之上进行进一步改进,强调对垃圾焚烧过程中产生二f英的去除效果,并从垃圾焚烧烟气处理过程产生二f英的原理出发,改进烟气处理工艺,从而从源头上减少二f英的产生。在半干法净化工艺的基础上,采用骤冷技术,即采用“烟气脱酸装置+烟气急冷”组合系统,使烟气较快地进行冷却,避开二f英再合成的温度250℃～450℃。

同时,在烟气处理部分采用活性炭注射法充分吸收烟气中的二f英类污染物和重金属等有害物质;后部烟气采用活性炭喷射+袋式除尘器系统。在烟气进入布袋除尘器前,向烟道内喷入粒度为200目左右的活性炭粉,进入除尘器后这些活性炭粉末同样被截留在布袋表面,当烟气通过布袋时,烟气中的二f英因被活性炭吸附而得到净化。从活性炭仓底部的螺旋输送机,通过文丘里供料管由压缩空气将活性炭用高压胶管(耐磨)接入脱酸塔出口烟气管道中,对着烟气流向喷入,依靠烟气气流使其散播于气流中,在烟气管中延长两者接触时间,吸附重金属及二f英的活性炭颗粒最后附在袋式除尘器滤袋壁上,还可继续进行吸附烟气中的重金属及二f英,然后随袋式除尘器清灰落入灰斗中,同除尘器落灰一同排出。

运行实践表明,由于相对低温的烟气在脱酸塔中的停留时间较长,使得在焚烧过程中汽化的重金属及其化合物冷凝成细小的颗粒物;在半干脱酸塔后的烟道中,设置特殊的结构,使烟气可以与由喷射风机输送的活性炭颗粒迅速的均匀混合,从而可以对亚微米、微米级的重金属及其化合物、二f英等污染物进行吸附,并留在布袋除尘器中,由于二f英在低温下大部分以固态形式存在,由于活性碳吸附的作用,以及除尘器出口含尘浓度的确保(除去吸附有二f英的活性炭或附着有二f英的微小颗粒),使得排出除尘器的烟气中的二f英的浓度极其微小,从而确保低于欧盟标准规定的0.1TEQng/m3。

5结语

鉴于二f英类污染物对环境造成的极大危害,在垃圾焚烧过程中,应采用各种方法尽量减少其在环境中的最终排放量。在确定垃圾焚烧烟气的处理工艺时,应首先着重考虑对其中的重点污染物二f英类污染物的去除效果,实际运行数据表明,利用二燃室+半干法净化法+骤冷技术+活性炭注射法+袋式除尘器相结合的新工艺对垃圾焚烧烟气进行处理,达到了理想的净化效果。

参考文献

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作者简介:赵大明(1952-),男,浙江绍兴人,上海新元锅炉设备有限公司工程师,研究方向:锅炉本体设计。