垃圾焚烧系统

会计学1垃圾焚烧系统垃圾焚烧系统n n重点内容：重点内容：n n（1 1）焚烧过程）焚烧过程n n干燥加热阶段，燃烧阶段，燃尽阶段；干燥加热阶段，燃烧阶段，燃尽阶段；n n（2 2）影响焚烧过程的因素）影响焚烧过程的因素n n焚烧温度（焚烧温度（TemperatureTemperature）、停留（燃烧）时间）、停留（燃烧）时间（TimeTime）、搅混强度（）、搅混强度（TurbulenceTurbulence）（常称）（常称3T3T）和）和过剩空气率合称为焚烧四大要素；过剩空气率合称为焚烧四大要素；n n（3 3）固体废物焚烧主要炉型。）固体废物焚烧主要炉型。n n（4 4）焚烧废气处理）焚烧废气处理问题提出问题提出1、垃圾焚烧厂进居住区引争议n n经多年调研，广州番禺区生活垃圾焚烧厂的选址地点定在番禺区大石街附近，如此选址结果引起强烈争议。n n番禺逾30万居民担心可能将产生一级致癌物二恶英。大多数业主明确表示，“将对这一项目抵制到底”。调查显示，高达97.1%的受访居民不赞成在番禺区大石街附近建设垃圾焚烧发电厂；n n要尊重公众的选择，但同时也要考虑现实情况，垃圾围城的现实就在眼前，每天产生如此巨量的垃圾如何处理？你的看法你的看法n n（1）n n（2）n n（3）垃垃垃垃圾圾圾圾处处处处理理理理工工工工艺艺艺艺选选选选择择择择n n城市人口规模n n城市经济实力n n土地资源条件n n7.1 概述n n（1）定义n n垃圾焚烧定义：垃圾焚烧是对垃圾进行高温处理的一种方法，它是指在高温焚烧炉内（800-1000），垃圾中的可燃成分与空气中的氧气发生剧烈的化学反应，转化为高温的燃烧气体和性质稳定的固体残渣，并放出热量的过程。n n7.2 圾焚烧特性与焚烧过程n n7.2.1 垃圾的焚烧特性n n（1）垃圾的发热量n n根据经验，当垃圾的低位热值大于3350kJ/kg时，垃圾即可实现自燃而无需添加助燃剂。n n垃圾的发热量主要受垃圾的三成分，即水分（W），灰分（A）和可燃分（R）的影响,因此可通过“三成分”对垃圾的可燃性质进行定性的判断.n n标准煤亦称煤当量，具有统一的热值标准。我国规定每千克标准煤的热值为7000千卡。将不同品种、不同含量的能源按各自不同的热值换算成每千克热值为7000千卡的标准煤。n n现在改用焦耳7000kcal/kg=70004.1868kJ=29307.6kJ 29308 kJ/kg的煤叫标煤热值垃圾焚烧组分三元图垃圾焚烧组分三元图图中斜线覆盖的部分为图中斜线覆盖的部分为可燃区，边界上或边界可燃区，边界上或边界外为不可燃区。外为不可燃区。从图上可以看出其可燃从图上可以看出其可燃区的界限值：区的界限值：W50%；A60%；R25%。n n固体废物的热值：是指单位质量的固体废物完全燃烧时所释放出的热量，以kJ/kg表示。下表列出了我国几种典型废物的热值。n n几种典型废物的热值（kJ/kg）废废物物煤矸石煤矸石广州垃广州垃圾圾19961996杭州垃杭州垃圾圾19971997常州垃常州垃圾圾19971997芜湖垃芜湖垃圾圾19971997上海污水厂上海污水厂 污泥污泥热值80080080008000441244124452445273007300286328631460014600n n（2）焚烧产物n n固体废物中的可燃成分主要是有机物，有机物由大量的碳，氢，氧元素组成，有时还含有氮，硫，磷和卤素等少量元素。这些元素在焚烧过程中与空气中的氧发生反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。n n一个完全燃烧的氧化反应可表示为：n nCxHyOz NuSvClw+(x+v+0.25(y-w)-0.5z)O2xCO2+wHCl+0.5uN2+v SO2+0.5(y-w)H2O+Q7.2.2 焚烧过程n n物料从送入焚烧炉起，到形成烟气和固态残渣的整个过程总称为焚烧过程。焚烧过程包括三个阶段：干燥加热阶段，燃烧阶段，燃尽阶段。n n（1）干燥阶段n n对机械送料的运动式炉排炉，从物料送入焚烧炉起，到物料开始析出挥发分和着火这一段时间，都认为是干燥阶段。n n（2）燃烧阶段n n在干燥阶段基本完成后，如果炉内温度足够高，且又有足够的氧化剂，物料就会很顺利地进入真正的焚烧阶段燃烧阶段。n n燃烧阶段包括了三个同时发生的化学反应模式。n n强氧化反应n n物料的燃烧包括物料与氧发生的强氧化反应过程。n n热解n n热解是在缺氧或无氧条件下，利用热能破坏含碳高分子化合物元素间的化学键，使含碳化合物破坏或者进行化学重组的过程。n n原子基团碰撞n n在物料燃烧过程中，还伴有火焰的出现。燃烧火焰实质上是高温下富含原子基团的气流造成的。由于原子基团电子能量的跃迁、分子的旋转和振动等产生量子辐射，产生红外热辐射、可见光和紫外线等，从而导致火焰的出现。n n（3）燃尽阶段n n物料在主燃烧阶段发生强烈的发热发光氧化反应之后，开始进入燃尽阶段。此时参与反应的物质的量大大减少了，而反应生成的惰性物质、气态的CO2、H2O和固态的灰渣则增加了。7.2.3 影响焚烧过程的因素（1）焚烧温度 废物的焚烧温度是指废物中有害组分在高温下氧化、分解直至破坏所需达到的温度。它比废物的着火温度要高得多。n n合适的焚烧温度是在一定的停留时间下由实验确定的。大多数有机物的焚烧温度范围在8001000，通常在800900左右为宜。n n我国生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2001)中规定烟气出口温度850。n n（2）停留时间n n烟气停留时间：燃烧气体从最后空气喷射口或燃烧器到换热面（如余热锅炉换热器等）或烟道冷风引射口之间的停留时间。n n停留时间的长短直接影响废物的焚烧效果、尾气组成等，停留时间也是决定炉体容积尺寸和燃烧能力的重要依据。n n一般情况下，应尽可能通过生产模拟试验来获得设计数据。对缺少试验手段或难以确定废物焚烧所需时间的情况，可参阅经验数据。对于垃圾焚烧，如温度维持在8501000之间，并有良好的搅拌和混合时，燃烧气体的燃烧室的停留时间约为12s。n n（3）搅混强度n n要使废物燃烧完全，减少污染物形成，必须使废物与助燃空气充分接触、燃烧气体与助燃空气充分混合。n n焚烧炉所采用的搅动方式有空气流搅动、机械炉排搅动、流态化搅动及旋转搅动等，其中以流态化搅动效果最好。中小型焚烧炉多属于固定炉床式，常通过空气的流动来进行搅动，其主要方式有：n n炉床下送风n n助燃空气自炉床下送风，由废物层孔隙中窜出，这种搅动方式易将不可燃的底灰或未燃炭颗粒随气流带出，形成颗粒物污染，废物与空气接触机会大，废物燃烧较完全，焚烧残渣热灼减量较小。n n炉床上送风n n助燃空气由炉床上方送风，废物进入炉内时从表面开始燃烧，优点是形成的粒状物较少，缺点是焚烧残渣热灼减量较高。n n一般来说，二次燃烧室气体速度在37m/s即可满足要求。气体流速过大时，混合强度加大，但气体在二次燃烧室的停留时间会降低，反而不利于燃烧的完全进行。（4）过剩空气率n n过剩空气系数n n过剩空气系数（m）用于表示实际供应空气量与理论空气量的比值，定义为：n nmA/A0n n式中；A0为理论空气量；A为实际供应空气量。n n过剩空气率n n过剩空气率由下式求出：n n过剩空气率（m-1）100%n n根据经验，过剩空气系数一般需大于1.5，常在1.51.9之间；但在某些特殊情况下，过剩空气系数可能在2以上，才能达到较完全的焚烧效果。n n7.4燃烧反应计算n n7.4.1理论空气需要量（完全燃烧空气量）的计算n n已知燃料成分为（质量分数）n nC%+H%+O%+N%+S%+A%+W%=100%n n每千克燃料完全燃烧时所需要的氧气量为：n n标准状态下，氧气的密度为32/22.4=1.429（kgm-3）,则换算成氧气的体积需要量为：n n至此，氧气的需要量完全按化学式计算而来，并未估计任何其他因素的影响，称为“理论氧气需要量”。n n一般干空气的成分，以质量分数表示，O2为23.2%；N2为76.8%；按体积，O2为21%；N2为79%。故可得：n n7.4.1.2实际空气需要量n n在实际操作中，要保证炉内燃料完全燃烧，通常供给比理论值多一些的空气（过理空气量），而需要炉内处于还原性气氛中，便供给少一些空气。n n实际空气需要量Vn可表示为：n nVn=n V0n n式中，n为空气消耗系数；当n1时，被称为“空气过剩系数”。n n由以上计算可知：n n V V0 0只决定于燃料的成分，燃料中可燃物含量越高，则V V0 0就越大；n n实际空气需要量V V0 0与空气消耗系数n有关，而n与燃料条件有关。n n7.4.2空气温度的计算n n7.4.2.1热平衡法n n燃料燃烧时产物达到的温度，即是燃烧温度。n n（1）热量收入n n燃料的化学热，即燃料发热量：QL n n空气带入的物理热：Qair=VnCairtairn n燃料带入的物理热：Qfuel=Cfueltfuel n n（2）热量支出n n燃烧产物含有的物理热Qp=Vn,pCptpn n由燃烧产物传给周围物质的热量：Qtransfer或Qtn n因燃烧条件变化而造成的不完全燃烧的热损失：Qun。n n燃烧产物中某些气体高温热分解所消耗的热量：Qd n n根据热平衡原理，当Q收=Q支时，燃烧产物达到一个相对稳定的燃烧温度，则：n nQL+Qair+Qf=Vn,pCptp+Qt+Qun+Qdn n那么：n ntp=(QL+Qair+Qf-Qt-Qun-Qd)/(Vn,pCp)n ntp为实际条件下的燃烧产物温度，称为实际燃烧温度.n n理论燃烧温度n n若在绝热系统中完全燃烧，则Qt=0，Qun=0，按上式计算出的温度称“理论燃烧温度”。n nt0,p=(QL+Qair+Qf-Qd)/(Vn,pCp)（4-73）n n理论燃烧温度是某种成分在某一燃烧条件下所能达到的最高温度。n n7.4.6停留时间的计算n n7.4.6.1分批（间歇）全混流反应器n n特点：n n反应器内的物料具有完全相同的温度和浓度，且等于反应器出口物料的温度和浓度；n n理想混合反应器内的返混为无限大。具有良好的搅拌的釜式反应器可近似地按理想混合反应器处理。就整个反应器在单位时间内对组成A作物料衡算：恒容时恒容时 恒容时恒容时,积分积分:n n7.4.6.2连续操作全混流反应器n n在这种操作中，反应物料连续不断地以恒定流速流入全混流反应器，而产物也以恒定的速率不断地从反应器内排出。n n当反应流体的密度恒定时，则流出和流入反应器的容积流速是一致的。则对组分A就整个反应器作物料衡算，有：n n(1)空时：反应器的有效容积V与进料容积流速 之比，称为空时。n n(2)反应时间t：反应物料进入反应器后从实际发生反应的时刻起到反应达到某一程度（如某个转化率或出口浓度）时所需的时间。n n(3)停留时间 ：反应物自进入反应器的时刻算起到它们离开反应器时刻止，在反应器共停留了多少时间。n n7.5 垃圾焚烧工艺系统n n实际上，垃圾焚烧系统应包括整个垃圾焚烧厂，即从垃圾的前处理到烟气处理整个过程。n n这里所指的焚烧系统又指垃圾进入焚烧炉内燃烧生成产物（气和渣）排出的过程，即焚烧系统只涉及垃圾的接收、燃烧、出渣、燃烧气体的完全燃烧以及为保证完全燃烧助燃空气的供应（一次和二次）等。焚烧系统与前处理系统、余热利用系统、助燃空气系统、烟气处理系统、灰渣处理系统、废水处理系统、自控系统等密切相关。其中焚烧系统或焚烧炉是焚烧过程的关键和核心，它为垃圾燃烧提供了场所和空间，其结构和形式将直接影响固体废物的燃烧状况和效果。通常固体废物在焚烧炉中燃烧过程包括：固体表面的水分蒸发；固体内部的水分蒸发；固体中挥发性成分的着火燃烧；固体碳的表面燃烧；完成燃烧（燃烬）。和为干燥过程；为燃烧过程。n n燃烧又可分为一次燃烧和二次燃烧。n n一次燃烧是燃烧的开始，二次燃烧则是完成整个燃烧过程的重要阶段。以分解燃烧为主的固体废物的焚烧，仅靠一次助燃空气难以完成燃烧反应。一次燃烧仅使容易挥发成分中的易燃部分燃烧并使高分子成分分解，而且，一次燃烧产生的CO2也可能会还原。n n二次燃烧是将一次燃烧中产生的可燃气体和颗粒炭进一步燃烧，多为气态燃烧，因此合适的燃烧室容积大小，燃烧气体和二次助燃空气的良好混合等至关重要。一次燃烧和二次燃烧所起作用如图4-5所示。n n图7-5一次燃烧和二次燃烧 7.5.27.5.2焚烧炉焚烧炉焚烧炉焚烧炉n n7.4.2焚烧炉n n从不同角度可对焚烧炉进行分类。按焚烧室的多少可分为：单室焚烧炉和多室焚烧炉；按炉型可分为固定炉排炉、机械炉排炉、流化床炉、回转窑炉和气体熔融炉等。n n7.4.2.1单室焚烧炉n n单室焚烧炉要求在一个燃烧室中完成：供氧（空气）；热分解、表面燃烧；垃圾挥发组分、固定碳素、臭气成分、有害气体的完全燃烧等过程。n n此焚烧炉处理挥发性成分含量高，热解速率快且在干燥过程中易产生有害气体时，会产生不完全燃烧现象。因此，除少数工业垃圾外，单室炉在生活垃圾处理中几乎不用。n n图7-6 单室固定排炉 n n7.5.2.2多室焚烧n n该炉指在一定燃烧过程中，不供给全部所需空气，只供应将固定碳素燃烧的空气，依靠燃烧气体的辐射、对流传热等将垃圾热解气化，而在二次甚至三次燃烧过程中将热解气体（包括臭气、有害气体等）完全燃烧的设备。n n该炉适于处理燃烧气体量较多的物质，如生活垃圾的处理一般都为多室焚烧炉型。n n固定炉排炉造价低廉，但因对垃圾无搅拌作用等，故燃烧效果较差，易溶融结块，所以焚烧炉渣的热灼减率较高。在早期有使用固定炉排炉来焚烧生活垃圾的实例，但近期很少应用。n n图7-7 多室固定炉排炉 n n7.5.2.4活动炉排（机械炉排）焚烧炉 n n活动炉排焚烧炉的特点是其炉排是活动的。炉排是活动炉排焚烧炉的核心部分，其性能直接影响垃圾的焚烧处理效果。机械炉排焚烧炉是最典型的活动炉排焚烧炉，这种焚烧炉可实现焚烧操作的连续化、自动化，是目前城市垃圾处理中使用最为广泛的焚烧炉型式。按炉排构造不同，机械炉排常分为链条式、阶梯往复式、多段滚动式等。我国目前制造的中小型焚烧炉大都为链条式或阶梯往复式的。n n图7-8链条式机械炉排焚烧炉 n n图7-9 机械炉排炉燃烧的概念图 n n机械炉排炉可大致分为三段：干燥段、燃烧段、燃烬段。各段的供应空气量和运行速度可以调节。n n（1）干燥段n n利用炉壁和火焰的辐射热，垃圾从表面开始干燥，部分产生表面燃烧。干燥垃圾的着火温度一般为200左右。如果提供200以上的燃烧空气，干燥的垃圾便会着火，燃烧便从这部分开始。垃圾在干燥段上的停留时间约为30min。n n（2）燃烧段n n这是燃烧的中心部分。在干燥段垃圾干燥、热分解产生还原性气体，在此段产生旺盛的燃烧火焰，在后燃烧段进行静态燃烧（表面燃烧）。燃烧段和后燃烧段界线称为“燃烧完了点”。即使垃圾特性变化，但也应通过调节炉排速度而使燃烧完了点位置尽量不变。n n垃圾在燃烧段的停留时间为30min。总体燃烧空气的60%80%在此段供应。n n（3）燃烬段n n将燃烧段送过来的固定碳素及燃烧炉渣中未燃烬部分完全燃烧。垃圾在燃烬段上停留约1h。保证燃烬段上充分的停留时间，可将炉渣的热灼减率降至1%2%。n n7.5.2.5流化床焚烧炉n n 流化床以前用来焚烧轻质木屑等，但近年来开始用于焚烧污泥、煤和城市生活垃圾。n n其特点是适用于焚烧高水分的物质等。流化床焚烧炉的流态化原理对选择流化床的结构和形式至关重要，根据风速和垃圾颗粒的运动而处不同流区的流态化可分为：固定床、沸腾流化床（鼓泡流化床）、湍动流化床和循环流化床（快床）（见图4-10）。n n图7-10 流化床的原理 n n固定床：气体流速u较低，则垃圾颗粒保持静态，而气体从垃圾颗粒间通过（如炉排炉）。n n沸腾流化床：气体流速u超过临界流化速度umf，颗粒中产生气泡，颗粒被气泡搅拌形成鼓气泡或沸腾状态。n n循环流化床：气体流速u超过极限速度（颗粒终端速度）ut，气体和颗粒激烈碰撞混合，颗粒被气体带着飞散（如燃煤发电锅炉）。n n流化床垃圾焚烧炉主要处于沸腾（鼓泡）流化状态。图7-11所示为流化床的结构，一般将垃圾粉碎到20mm以下再投入到炉内，垃圾和炉内的高温流动砂（650800）接触混合，瞬时间汽化到燃烧。未燃烬成分和轻质垃圾一起飞到上部燃烧室继续燃烧。一般认为上部燃烧室的燃烧占40%左右，但容积却为流化床层的45倍，同时上部的温度也比下部流化床层高100200，通常也称其为二燃室。n n图7-11 流化床焚烧炉的结构 n n流化床优点：n n炉体较小，焚烧炉渣的热灼减率低（约1%），炉内可动部分设备少。n n但与机械炉排炉相比，有以下缺点：n n比机械炉排炉多设置流化砂循环系统，且流动砂造成的磨损较大；n n燃烧速度快，燃烧空气的平衡较难，较易产生CO，为使燃各种不同垃圾时都保持较合适的温度，必须调节空气量和空气温度；n n炉内温度控制较难。n n7.5.2.6回转窑炉n n回转窑可处理的垃圾范围广，特别是在焚烧工业垃圾的领域内应用广泛。在城市生活垃圾焚烧的应用主要是为了达到提高炉渣的燃烬率，将垃圾完全燃烬以达到炉渣再利用时的质量要求。这种情况时，回转窑炉一般安装在机械炉排炉后。n n图7-12所示为将回转窑作为干燥和燃烧炉使用时的示意图。在此流程中，机械炉排作为燃烬段安装于其后，作用是将炉渣中未燃烬物完全燃烧。除了这种设计外，也有不带燃烬段的回转窑炉。n n图7-12 作为干燥和燃烧炉使用的回转窑 n n7.5.3焚烧炉的比较n n在固体废物焚烧技术发展早期，固定炉排炉在生活垃圾焚领域得到一定的应用，但由于其焚烧效果的局限性，很快被机械炉排炉取代了。n n流化床炉技术在70年前已被开发，之后在20世纪60年代应用于焚烧工业污泥，在70年代初用来焚烧生活垃圾，80年代在日本得到相当的普及，市场占有率达10%以上，但在90年代后期，由于烟气排放标准的提高，流化床炉在生活垃圾的焚烧炉市场几乎消失。现在日本各厂家转而将流化床炉用于垃圾气化熔融技术的开发。n n回转窑炉主要用来处理工业垃圾。各种技术比较 见下表n n4.6 焚烧尾气控制技术n n4.6.1 焚烧尾气中污染物的组成n n焚烧是一个非常复杂的过程，焚烧产生的尾气中含大量的污染物质，尾气需经净化处理后方可排放。尾气中主污染物质可分成如下几种：n n（1）不完全燃烧产物:不完全燃烧产物（简称PIC）是指燃烧不良时产生的副产物，包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、醛、酮、醇、有机酸和聚合物等。n n（2）粉尘 指废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等。n n（3）酸性气体:包括HCl、卤化氢（氯化外的卤素，氟、溴、碘等）、SO2或SO3、NOx，P2O5）和（H3PO4）等。n n（4）重金属污染物:包括铅、汞、铬、镉、砷等的元素态、氧化物及氯化物等。n n（5）二噁英PCDDs/PCDFs。n n垃圾焚烧尾气中，各污染物含量的典型值为（标准状态下）：n n粉尘20005000mg/m3;HCl 200800mg/m3;n nNOx 90150mg/m3;SOx 2080 mg/m3;n n尾气温度150300;含水率15%30%。n n其特点是粉尘浓度较高，酸性气体中HCl浓度很高。n n一个设计良好而且操作正常的焚烧炉内，不完全燃烧物质的产生量极低，通常并不至于造成空气污染。设计尾气处理系统时，一般并不考虑不完全燃烧产物的控制问题。因此，焚烧尾气的控制对象主要是粉尘、酸性气体以及危害性大的重金属和二噁英。n n4.6.2 4.6.2 粉尘控制技术粉尘控制技术n n焚烧尾气中粉尘的主要成分为惰性无机物质，如灰分、无机盐类、可凝结的气体污染物和重金属氧化物等。视运转条件、废物种类和焚烧炉类型等的不同，其含量的变化范围很大（45022500mg/m3）。在垃圾焚烧厂中常用的有多管离心除尘器、布袋除尘器。n n注意：不能够采用静电除尘器。n n（1）多管离心式除尘器n n多管离心式除尘器由若干单体离心除尘器组合而成（图4-13），它的工作原理与单体离心除尘器的相同，都是利用离心原理去除粉尘的（图4-14）。多管离心式除尘器对粒径在510m以上的粉尘处理效果较好，除尘效率一般在70%98%，压损5001500Pa。n n图7-13 离心除尘原理 多管离心除尘器 n n（2）布袋除尘器n n当带有粉尘的尾气通过布袋除尘器的滤布时，空气通过滤布而粉尘则被截留下来，这就是布袋除尘器的工作原理。n n布袋除尘器的关键部件是滤布，滤布对除尘器的性能能有直接的影响。n n滤布有聚酯（Polyester）、聚酰胺（Polypropyre）等积布和掺入毛毡（felt）的耐热尼龙、玻璃纤维和聚四氟乙烯纤维（Teflon）等。n n滤布的耐热温度在250左右，所以，高温尾气在进入布袋除尘器前都需要进行冷却降温。n n布袋除尘器结构简单，除尘效果也很好。除尘效率可高达99%以上，烟尘浓度可降至低于10mg/m3。气流速度一般为1m/min左右，压力损失10002000Pa。n n图图7-14 7-14 脉冲清洗式布袋除尘器具脉冲清洗式布袋除尘器具 逆流清洗式布袋除法器逆流清洗式布袋除法器n n脉冲清洗式和逆流清洗式布袋除尘器都具有清洗功能。脉冲清洗式布袋除尘器除尘时，含尘烟气由滤布外穿入，粉尘被截留在滤布外表面；当清洗时，高压空气由滤布内吹出，使截留在滤布外表面的粉尘脱落。n n逆流清洗式布袋除尘器除尘时，烟气从滤布内穿出，粉尘被截留在滤布内表面；当清洗时，干净的清洗气体从表面穿入滤布内，滤布产生变形而使粉尘脱落。n n4.6.3 酸性气体控制技术n n用于控制焚烧厂尾气中酸性气体的方法主要有湿式洗气法、干式洗气法和半干式洗气法三种。n n（1）湿式洗气法n n在焚烧尾气处理系统中，最常用的湿式洗气塔是对流操作的填料吸收塔（图4-15）。通过除尘器除尘后的尾气，先经冷却部的液体冷却，降到一定温度后，由填料塔下部进入塔内。在通过塔内填料向上流动过程中，与由顶部喷入（喷淋）、向下流动的碱性溶液在填料空隙和表面接触并发生反应，从而去除酸性气体。其反应为：n nNaOHHClNaClH2On nNaOHSO2NaSO3H2On n图7-15湿式洗气塔的构造n n湿式洗气塔建造和运行时需要考虑的问题有:n n填料的材质和尺寸、洗气塔的构造材料、碱性药剂的选择和添加量的确定、洗涤溶液的循环和排出废水的处理等。n n填料对吸收效率影响很大，对填料的基本要求是：n n经久耐用、防腐性好、比表面积大、对空气流动的阻力小、质量轻和价格便宜等。最常使用的填料是由高密度聚乙烯、聚丙烯或其它热塑胶材料制成的不同形状的填料，如螺旋环等。n n除了洗气塔和填料外，洗涤药剂对酸性气体的去除起着至关重要的作用。常用的碱性药剂有NaOH溶液（15%20%，质量分数）或Ca（OH）2溶液（10%30%，质量分数）。石灰在水中的溶解度不高，含有许多悬浮氧化钙粒子，容易导致液体分配、填料及管线的堵塞及结垢,故采用NaOH溶液的较多.n n洗气塔的碱性洗涤溶液采用循环使用方式。当pH值或盐度超过一定标准时，排出部分并补充一些新的NaOH溶液后，洗涤溶液继续循环使用。排泄液中通常含有很多溶解性重金属盐类（如HgCl2、PbCl2等），氯盐浓度亦可高达3%，因此必须予以处理，以避免对环境的二次污染。n n湿式洗气塔的主要优点:是对酸性气体的去除效率很高，HCl去除率可达98%，SOx去除率也可达90%以上，并附带有去除高挥发性重金属（如汞）的潜力；n n缺点是:造价高，耗电、耗水量大；产生含重金属和高浓度氯盐的废水，若处理不好，会产生二次污染；尾气排放时产生白烟现象等。n n目前，改良型湿式洗涤塔多分为两个阶段，第一阶段针对SO2，第二阶段针对HCl，主要原因是二者在最佳去除效率时的pH值不同。n n干式洗气法是用压缩空气将碱性固体粉末（消石灰或碳酸氢纳）直接喷入烟管或反应器内，使之与酸性废气充分接触和发生反应，从而达到中和酸性气体并加以去除的目的。其反应过程如下：n n2xHCly SO2（xy）CaOxCaClyCaSO3xH2On nyCaSO3y/2 O2yCaSO4n n或 xHClySO2（x2y）NaHCO3xNaClyNa2SO3（x2y）CO3（xy）H2On n为了加强反应速率，实际碱性固体的用量约为反应需求量的34倍，固体停留时间至少需1s以上。n n近年来，为提高干式洗气法对难以去除的一些污染物质去除效率，有用硫化钠（Na2S）及活性炭粉末混合石灰粉末一起喷入，可以有效地吸收气态汞及二噁英。n n干法洗气塔也常与除尘器组合在一起使用，可同时去除粉尘和酸性气体。图4-16所示就是一种干式洗气塔与布袋除尘器组合处理工艺系统。焚烧烟气经气体冷却塔降温后进入干式洗气塔，在塔中与干石灰粉接触和发生反应，酸性气体得到去除。之后，烟气进入布袋除尘器去除粉尘。n n图7-16Flank干法组合洗气系统n n干法洗气塔的优点是:设备简单，维修容易，造价便宜，消石灰输送管线不易堵塞。n n缺点:由于固相与气相的接触时间有限，且传质效果不佳，故常需超量加药，药剂的消耗量大，整体的去除效率也较其它两种方法为低，产生的反应物和未反应物量较多，从而增加后续灰渣处置的难度。n n（3）半干式洗气法n n半干式洗气塔实际上是一个喷雾干燥系统。它利用高效雾化器将消石灰泥浆喷入干燥吸收塔中，使之与酸性气体充分接触并发生反应，以去除酸性气体。尾气与喷入泥浆的接触方式有多种，可同向流动、也可逆向流动（图4-17）。其化学方程式为：n nCaOH2OCa（OH）2n nCa（OH）2SO2Ca SO2H2On nCa（OH）22 HClCaCl22H2On nSO2CaO1/2 H2OCa SO21/2 H2On n该系统最主要的设备是雾化器，雾化器用于消石灰泥浆的雾化。n n图7-17半干法洗气塔n n半干法洗气塔也常与除尘器组合在一起使用，以同时去除粉尘和酸性气体。n n图7-18所示为Flank半干法组合洗气系统，它包含一个冷却气体及中和酸气的喷淋干燥室和一个除尘用布袋除尘器。高温气体由喷淋塔顶端呈螺旋或漩涡状进入塔内，石灰浆经转轮高速旋转作用由切线方向同时喷入。气、液在塔内充分接触反应，使酸性气体得到去除，同时还可降低气体的温度和使水分蒸发，有利于减少废水的排放量。中和后产生的固全残渣由灰斗排出，气体则进入布袋除尘器进一步除尘。n n图7-18 Flank半干法组合洗气系统n n半干式洗气法结合了干式与湿式法两者的优点。优点表现为：构造简单、投资少；压差小、能耗低、运行费用低；耗水量远低于湿式法、产生的废水量少；雾化效果好、气液接触面大，去除效率高于干式法；操作温度高于气体饱和温度，尾气不产生白烟。n n缺点为:但是喷嘴易堵塞；塔内壁易为固体化学物质附着及堆积；设计和操作时，对加水量控制要求比较严格。7.6.4 重金属控制技术重金属控制技术n n去除尾气中重金属的方法主要有：n n（1）除尘器去除：当重金属降温达到饱和温度时，就会凝结成粒状物。因此，通过降低尾气温度，利用除尘设备就可去除之。需要注意的是，单独使用静电除尘器对重金属物去除效果较差，而布袋除尘器与干式或半干式洗气塔并用时，对重金属（汞金属除外）的去除效果非常好。且进入除尘器的尾气温度愈低，去除效果愈好。但为维持布袋除尘器的正常操作，废气温度不得降至露点以下，以免引起酸雾凝结，造成滤袋腐蚀，或因水汽凝结而使整个滤袋阻塞。由于汞金属的饮饱和蒸气压较高，不易凝结，故此法对其处理效果不理想。n n（2）活性炭吸附法 在干法处理流程中，可在布袋除尘器前喷入活性炭，或于流程尾端使用活性炭滤床来吸附重金属。对以气态存在的重金属物质，活性炭吸附效果也较好。吸附了重金属的活性炭随后被除尘设备一并收集去除。n n（3）化学药剂法 在布袋除尘器羊喷入能与汞金属反应生成不溶物的化学药剂，可去除汞金属。例如，喷入Na2S药剂，使其与汞反应生成HgS颗粒，然后再通过除尘系统去除掉HgS颗粒。研究表明，通过喷入抗高温液体螯合剂，可去除50%70%的汞。在湿式洗气塔的洗涤液内加催加剂（如CuCl2），促使更多水溶性的Hg Cl2生成，再螯合剂固定已吸收汞的循环液，也可获得良好的汞去除效果。n n（4）湿式洗气塔 n n部分重金属的化合物为水溶性物质，通过湿式洗气塔的作用，把它们先吸收到洗涤液中，然后再加以利用。该法可与化学药剂结合作用。n n除此以外，尾气中粉尘本身也有一定的去除重金属的作用。当尾气通过热能回收设备及其它冷却设备后，部分重金属会因凝结和吸附作用而附着在细尘表面，在细尘通过除尘设备时被一同去除掉。7.6.5 二噁英控制技术二噁英控制技术n n（1）二噁英的结构n n二噁英（Dioxin）是指含有二个或一个氧键连结二个苯环的有机氯化合物，它是多氯代二苯并对二噁英PCDDs和多氯代二苯并呋喃PCDFs的总称。n n它可以有2-8个氯原子在取代位置上，PCDDs共有73个不同的化合物，PCDFs共有136个不同的化合物。其中毒性最大的是2,3,7,8-四氯二苯二噁英，TCDD，它的毒性比氰化物大1000倍，比马钱子碱大500倍，属剧毒类物质，是目前毒性最强的物质。n n图7-19二噁英的结构图n n二噁英类毒性当量（）n n二噁英类毒性当量因子（）是 二噁英类毒性同类物与，四氯代二苯并对二噁英对受体的亲和性能之比。二噁英类毒性当量通过下式计算：n n（二噁英毒性同类物浓度）n n（2）二噁英的产生n n产生二噁英的主要原因有：n n垃圾本身含有的二噁英；n n与氯苯酚、氯苯、PCB等结构相近的物质（称为前驱体）在炉内进行反应生成的二噁英；n n在废气冷却过程中，前驱体等有机物变成二噁英。特别是在250400温度容易产生，称为denovo合成过程。传统的静电除尘器烟气温度正好在此温度域。n n图7-20垃圾焚烧产生二噁英的示意图 n n影响二噁英合成反应的因素：n n前驱物、HCl、O2的存在；n n在200-500的停留时间；n nFeCl3、CuCl2等催化剂的存在。n n（3）控制二噁英的方法n n控制来源n n通过废物分类收集，加强资源回收，避免含PCDDs/PCDFs物质及含氯成分高的物质（如PVC塑料等）进入垃圾中。n n减少炉内形成n n控制二噁英在炉内产生的最有效的方法控制：温度（Temperature）、时间（Time）和湍流（Turbulence）。n n保持炉内温度800以上（最好是900），可将二噁英完全分解；n n保证足够的烟气高温停留时间（一般在12s以上），以利于二噁英的充分分解；n n优化炉型和二次空气的喷入方法，充分混合搅拌烟气以达到燃烧的目的。确保废弃中有适当的氧含量（6%-12%）n n避免炉外低温再合成n nPCDDs/PCDFs炉外再合成现象，多发生在锅炉内（尤其在节热器的部位）或在除尘器设备前。主要原因是锅炉或除尘器的金属部件（铜或铁的化合物）在悬浮微粒的表面催化了二噁英的先驱物质，导致炉外二噁英的再合成。n n为了遏制二噁英的炉外再合成，通常采用控制烟气温度的办法。当具有一定温度（不低于500）的焚烧烟气从余热锅炉中排出后，采用急冷技术使烟气在0.2S内急速冷却到200以下，从而跃过二噁英易形成的温度区。n n活性炭吸附法n n近年来，工程上普遍采用半干式洗气塔与布袋除尘器搭配的方式，同时控制除尘器入口的废气温度在上述范围内。n n在干式处理流程中，最简单的方法是喷入活性炭或焦炭粉，通过吸附以去除废气中的PCDDs/PCDFs。n n7.6.6李坑生活垃圾焚烧发电厂烟气处理系统n n烟气处理系统各部分功能简介：烟气处理系统各部分功能简介：n n石灰浆制备系统：生产高质组活性石灰浆输送给喷雾器；石灰浆制备系统：生产高质组活性石灰浆输送给喷雾器；n n喷雾反应器与旋转喷雾头：中和烟气中的酸性气体（喷雾反应器与旋转喷雾头：中和烟气中的酸性气体（HCl,SOxHCl,SOx，HFHF）和吸收部份重金属和）和吸收部份重金属和PCDDs/PCDFs PCDDs/PCDFs；n n活性碳喷射系统：吸附剩余重金属；活性碳喷射系统：吸附剩余重金属；n n布袋除尘器提供中和作用和吸收作用：隔离烟气中的灰尘（飞灰）布袋除尘器提供中和作用和吸收作用：隔离烟气中的灰尘（飞灰）和反应物质；和反应物质；n n引风机：抽出净化了的烟气至烟囱及保持炉膛在负压状态；引风机：抽出净化了的烟气至烟囱及保持炉膛在负压状态；n n反应生成物储罐：储存飞灰和反应生成物。反应生成物储罐：储存飞灰和反应生成物。n n李坑生活垃圾焚烧发电厂采用的先进技术，可以有效控制焚烧排放的李坑生活垃圾焚烧发电厂采用的先进技术，可以有效控制焚烧排放的有毒污染物，烟气排放达到欧洲标准，其烟气排放指标可看表有毒污染物，烟气排放达到欧洲标准，其烟气排放指标可看表4-64-6。n n表7-6李坑生活垃圾焚烧发电厂烟气指标 n n思考题：n n1.燃料燃烧与固体废物焚烧的主要区别？n n2.为什么在高温下（1500-1600），增加氧的浓度或压力，并不能提高焚烧反应速率，当温度低于1200-1300，情况又如何？