生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍.ppt

生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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4001200 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。,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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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(250350)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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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 m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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,.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(140170)，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190200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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,干法工艺流程图,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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）,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,半干法工艺流程图,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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150160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,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,湿法工艺流程图,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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 m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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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200350 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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,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 Non-Catalytic 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200450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。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,图1垃圾焚烧电厂SCR法脱硝工艺流程示意图(以氨水作还原剂为例),生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,2.2.4.2 SNCR技术 SNCR技术为在垃圾焚烧炉中适当位置(即合适的温度窗口)喷入含有氨基的还原剂，使焚烧炉内烟气中的NOx被选择性地还原为N2。含有氨基的还原剂主要有氨气、液氨、氨水和尿素。对于不同还原剂，对应的温度窗口亦有所区别，一般在8501100。SNCR法脱硝工艺如图2所示。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,图2垃圾焚烧电厂SNCR法脱硝工艺流程示意图(以氨水作还原剂为例),生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,SNCR技术关键是还原剂喷射在合适的温度窗口内，喷入的还原剂与烟气中的NOx能够进行充分混合，从而实现较高的脱硝效率，减少还原剂耗量，同时降低尾部氨逃逸。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,2.2.4.3 SCR法与SNCR法比较 2.2.4.3.1技术指标比较 就SCR法脱硝与SNCR法脱硝这两种技术本身而言，SCR法脱硝效率更高，可达80%以上的脱硝效率，SCR法可将NOx排放浓度控制在50mg/Nm3以下。SNCR法脱硝效率较低，只有50%左右的脱硝效率，SNCR法可将NOx排放浓度控制在200mg/Nm3以下。通常认为SNCR法尾部氨逃逸率更低，SNCR法脱硝后的烟气进入尾部湿式脱酸塔，吸收SNCR系统内逃逸的氨，避免了氨逃逸可能产生的二次污染。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,2.2.4.3.2稳定性比较 SCR法脱硝，烟气中残存的微量SO3、HCl和细微颗粒物等在换热器的换热元件上易生成硫酸铵盐和氯化铵盐黏性物质，这些物质通过正常的吹灰程序难以彻底清除，一方面降低换热效率，增加能源的消耗，另一方面这些黏性物质易堵塞换热元件之间的通道，增加系统阻力，严重威胁引风机的安全运行，进而威胁整个垃圾焚烧厂可靠连续运行。相比之下，SNCR法系统简单许多，关键设备还原剂喷枪通常在炉膛上分层多点布置，即使某个喷枪需检修，也不必停运系统，确保整个垃圾焚烧发电系统安全可靠连续运行。 垃圾焚烧厂采用SCR法脱硝和SNCR法脱硝技术指标比较见表1。表1在垃圾焚烧厂SCR法与SNCR法脱硝技术指标对比.doc,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,2.2.4.3.3经济指标比较 建设成本方面：SCR技术需要较大空间，新增设备较多，如催化反应器、换热器等，对于已建电厂还须对引风机进行改造，由于SCR的催化剂需要安装在反应器内，制造反应器及前后连接烟道及对反应器和烟道进行支持的钢结构等均要消耗大量钢材。 如果对老厂进行改造，尾部引风机的扩容改造也增加一定的成本。 运行成本方面：SCR法脱硝系统需要热量对尾部烟气进行再加热以达到催化剂反应的活性温度，导致额外能源消耗；由于前后连接烟道的沿程阻力和局部阻力，反应器内催化剂压降和换热器压降使整个系统阻力增加很多，一般为1000Pa左右，有的甚至高达2500Pa左右，导致引风机需要更大输出电功率。SNCR法由于还原剂在高温下部分被氧化，需要喷入较多的还原剂，但由于垃圾电厂烟气量较少，还原剂消耗增加并不明显；但运行过程中节约的能源和电耗则相当明显。此外，SCR法脱硝的垃圾焚烧厂所使用的催化剂，在生产制造过程中，也消耗部分能源，同时向大气中排入大量的NOx和CO2，带来大气环境的二次污染。表2对采用图1低温低尘的SCR法布置和SNCR法脱硝建设成本和运行成本进行对比，假定所采用的脱硝还原剂均为25%(重量比)的氨水溶液，设计的技术指标见表1。表2垃圾焚烧厂SCR法与SNCR法脱硝经济性对比.doc 由上表可知：SCR系统建设及运行费用要高出SNCR系统很多。,生活垃圾焚烧发电厂烟气污染治理技术介绍,再见！ 谢谢大家！ 廖红星,