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1、7 固体废物热处理技术,7.2 焚烧技术7.2.6 焚烧能源的回收利用,7.2.6 焚烧能源的回收利用,生活垃圾被焚烧，在减容的同时释放出大量废热 焚烧余热，焚烧炉燃室产生的烟气温度可高达850-1100，若不对此余热加以回收利用是不合理的。对垃圾焚烧余热通过能量再转换等形式加以回收利用，不仅能满足垃圾焚烧厂自身设备运转的需要、降低运行成本，而且还能向外界提供热能和动力，以获得比较可观的经济效益。向外界提供热能和电力是大型垃圾焚烧发电厂回收投资的主要手段之一。,焚烧能源的回收利用,现代化的焚烧系统通常设有焚烧尾气冷却/废热回收系统，其功能如下。调节焚烧尾气温度，使之冷却至220-300之间，以
2、便进入尾气净化系统，一般尾气净化处理设备仅适于在300内的温度操作，故如焚烧炉所排入的高温气体尾气调节或操作不当，会降低尾气处理设备的效率及寿命，造成焚烧炉处理量的减少，甚至还会导致焚烧炉被迫停炉；回收废热，通过各种方式利用废热，降低焚烧处理费用，目前国外所有大中型垃圾焚烧厂几乎均设置了汽电共生系统。,锅炉炉水循环方式一般采用自然循环式。原理为管内炉水受热后变为汽水混合物，使得流体密度减小，形成上升管，而饱和水因密度较大，在管内由上往下流动，形成降流管，在降流管与上升管两者之间因密度差而自然产生循环流动。锅炉的压力愈低，其饱和水与饱和蒸汽间的密度差愈大，炉水循环效果愈佳，因此自然循环式广泛被应
3、用于中低压的锅炉系统中。强制循环式锅炉的炉水循环系统靠锅炉循环带动，主要应用于高压锅炉系统中。,废热回收锅炉也称为余热锅炉。在余热锅炉中，转换能量的中间介质为水。垃圾焚烧产生的热量被介质吸收，未饱和水吸收烟气热量成为具一定压力和温度的过热蒸汽。同时也降低及调节废气离开辐射区的温度。,发电系统:由锅炉产生的中温中压蒸汽被导入发电机后，蒸汽轮机将饱含能源的中温中压蒸汽转换成机械扭力动能,推动发电机的涡轮叶片。而发电机的主要功能是将蒸汽轮机端所产生的机械回转扭力,透过电磁线圈,旋转磁场,相位,电压,频率等的交互转化为指定规格的电能,产生电力。,未凝结的蒸汽导入冷却水塔，冷却后贮存在凝结水贮槽，经由饲
4、水泵再打入锅炉炉管中，进行下一循环的发电工作。在发电机中的蒸汽亦可中途抽出一小部分作为次级用途，例如助燃空气预热等工作。饲水处理厂送来的补充水可注入饲水泵前的除氧器中，除氧器以特殊的机械构造将溶于水中的氧去除，防止路管腐蚀。,废物焚烧产生的燃烧气体中含有许多污染物质,这些污染物质对环境都有不同成度的危害,必需加以适当的处理,将污染物的含量降至安全标准以下,始可排放,以免造成二次污染。20世纪90年代以来,国外发达国家越来越重视焚烧烟气的污染控制,排放标准也越来越严格,用于烟气净化的一次性工程投资和运行费用也越来越高。高效的焚烧烟气净化系统以及它的运行管理是防止垃圾焚烧厂二次污染的关键。,7 固
5、体废物热处理技术,7.2 焚烧技术7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,7.2.7.1废气组成及其控制标准焚烧烟气中污染的种类,焚烧尾气所含污染物质的产生和含量与废物的成分、燃烧速率、焚烧炉型式、燃烧条件，废物进料方式有密切的关系，主要的污染物质有下列几种。（1）不完全燃烧产物碳氢化合物燃烧后主要产物为无害的水蒸气及二氧化碳，可以直接排入大气之中。不完全燃烧物（简称PIC）是燃烧不良而产生的副产品，包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、酮、醇、有机酸及聚合物等。（2）粉尘 废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等。（3）酸性气体包括氯化氢、卤化氢（氟以外的卤素、氟、溴、碘等）、硫氧化物（二
6、氧化硫及三氧化硫）、氮氧化物（NOx）以有磷酸（H3PO4）。（4）重金属污染物 包括铅、汞、铬、镉、砷等的元素态、氧化态及氯化物等。（5）有机污染物 PCDDs/PCDFs。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,焚烧废气污染物形成机制,1、粒状污染物在焚烧过程中所产生的粒状污染物大致可分为以下三类:废物中的不可燃物在焚烧过程中（较大残留物）成为底灰排出，而部分粒状物则随废气排出炉外成为飞灰。飞灰所占的比例随焚烧炉操作条件（送风量、炉温等）、粒状物粒径分布、形状与其密度而定。所产生的粒状物粒径一般大于10m。部分无机盐类在高温下氧化而排出，在炉外遇冷而凝结成粒状物，或二氧化硫在低温下水滴
7、而形成硫酸盐雾状微粒等。未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟，粒径约在0.1-10之间。由于颗粒微细，难以去除，最好的控制方法是在高温下使其氧化分解。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,2、一氧化碳由于一氧化碳燃烧所需的活化能很高，它是燃烧不完全过程中的主要代表性产物。氧气含量愈高时，愈有利于CO氧化成CO2。事实上焚烧过程中,只要燃烧反应仍能继续进行，CO就可能产生，故焚烧炉二燃室较为理想的设计是炉温在1000，废气停留时间为1s。此外，若焚烧有机性氯化物时，由于有机性氯化物的化学性质大多数很稳定，在燃烧反应进行时，常夹杂CO与中间性燃烧产物，而中间性燃烧产物（包括二噁英等）的废气分析较为
8、困难，因此常以CO的含量来判断燃烧反应完全与否。3、酸性气体焚烧产生的酸性气体，主要包括SO2、HCI与HF等，这些污染物都是直接由废物中的S、CI、F等元素经过焚烧反应而形成的。如含CI的PVC塑料会形成HCI，含F的塑料会形成HF，而含S的煤焦油会产生SO2。据研究，一般城市垃圾中硫含量为0.12%，其中约30%-60%转化为SO2，其余则残留于底灰或被飞灰所吸收。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,4、氮氧化物焚烧产生的氮氧化物主要来源有二：一是高温下N2与O2反应形成热氮氧化物;另一个来源为废物中的氮组分转化成的Nox，称为燃料氮转化氮氧化物。5、重金属废物中所含重金属物质，高
9、温焚烧后除部分残留于灰渣中之外，部分在高温下气化挥发进入烟气。金属物在炉中参与反应生成的氧化物或氯化物，比原金属元素更易气化挥发，这些氧化物及氯化物因挥发、热解、还原及氧化等作用，可能进一步发生复杂的化学反应，最终产物包括元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物等。元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物在烟气中将以特定的平衡状态存在，且因其浓度各不相同，各自的饱和温度亦不相同，遂构成了复杂的连锁关系。元素态重金属挥发与残留的比例与各种重金属物质的饱和温度有关，饱和温度愈高则愈凝结，残留在灰渣内的比例亦随之增高。其中，汞、砷等蒸气压均大于7mmHg（约933Pa），多以蒸气状态存在。,7.2.
10、7 焚烧产生的大气污染物及其控制,高温挥发进入烟气中的重金属物质随烟气温度降低，部分饱和温度较高的元素态重金属（如汞等）会因达到饱和而凝结成均匀的小粒状物或凝结于烟气中的烟尘上。饱和温度较低的重金属元素无法充分凝结，但飞灰表面的催化作用会使其形成饱和温度较高且较易凝结的氧化物或氯化物，或因吸附作用易附在烟尘表面。仍以气态存在的重金属物质，也有部分会被吸附于烟尘上。重金属本身凝结而成的小粒状物粒径都在1 m以下，而重金属凝结成或吸附在烟尘表面也多发生在比表面积大的小粒状物上，因此小粒状物上的金属浓度比大颗粒要高，所以从焚烧烟气中收集下来的飞灰通常被视为危险废物。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物
11、及其控制,6、毒性有机氯化物废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要为二噁英类物质。二噁英(Polychlorinated Dibenzop-dioxin)是目前发现的无意识合成的副产品毒性最强的化合物，它的毒性LD50（半致死剂量）是氰化钾毒性的1000倍以上。人们通常所说的二噁英指的是多氯二笨并二噁英（PCDDs）、多氯二笨并呋喃（PCDFs）的统称，共有210种同族体。据日本的一项调查表明，环境中的二噁英80%-90%来自垃圾焚烧。20世纪70年代后期，荷兰科学家对本国城市垃圾焚烧厂的二噁英排放物进行研究，发现大量的二噁英普遍地存在于焚烧厂的烟气飞灰内，科学家们发表了关于“城市固体废物焚烧
12、和二噁英”的一系列研究论文。燃烧家庭混合垃圾特别是燃烧聚氯乙烯塑料时会产较多的二噁英，它会在空中漂浮被人体吸入，通过降雨使水域、土壤受到污染，还可在该环境中生活的动植物体内富积，人吃这些动植物时，二噁英也同时被摄入。法国北部原有三个焚烧炉，它燃烧的废气曾使附近奶牛场产牛奶含高浓度的二噁英而被迫关闭。我国也有报道说环境中的二噁英95%由废物燃烧所致，其余的是垃圾本身所含、在焚烧中没被破坏而随飞灰排放的。影响PCDD/PCDFs生成的因素众多，以反应表面、催化剂、反应物、水分、氯源、燃烧条件以及反应机理的研究有待进一步深化。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,7.2.7.2 烟气净化工艺,
13、7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,粒状污染物控制技术设备选择焚烧烟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质及有害的重金属氧化物，其含量在450-2250mg/m3之间，视运转条件、废物种类及焚烧炉型式而异。一般来说，固体废物中灰分含量高时所产生的粉尘量多，颗粒大小的分布亦广，由于送至焚烧炉的废物来自各种不同的产业，焚烧烟气所带走的粉尘及雾滴特性和一般工业尾气类似。选择除尘设备时，首先应考虑粉尘负荷、粒径大小、处理风量及容许排放浓度等因素，若有必要则进一步深入了解粉尘的特性（如粒径尺寸分布、平均与最大浓度、真密度、粘度、湿度、电阻系数、磨蚀性、磨损性、易碎
14、性、毒性、可溶性及爆炸限制等）及废气的特性（如压力损失、温度、湿度及其他成分等），以便作合适的选择。除尘设备的种类主要包括重力沉降室、旋风（离心）除尘器、喷淋塔、文氏洗涤器、静电除尘器及布袋除尘器等，重力沉降室、旋风除尘器和喷淋塔等无法有效去除5-10 m的粉尘，只能视为除尘的前处理设备。静电除尘器、文氏洗涤器及布袋除尘器等三类为固体废物焚烧系统中最主要的除尘设备。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,NOx净化工艺 在一般情况下 垃圾焚烧生成的NOx可分为高温燃烧条件下空气中N的氧化形成的热NOx和垃圾中的N元素焚烧形成的NOx两种。炉内燃烧温度较低时，由垃圾生成的NOx占70%80%
15、，由空气中N生成的NOx非常少。垃圾中的氮的含量约为0.5%-1%，将垃圾、污泥在低温条件下加热，一般从300左右开始分解，最初有氨生成，近450时，在生成氨的同时，氢氰酸也开始生成。500以上时，就有碳氢化合物、一氧化碳、二氧化碳等气体生成。氮在空气比较少的情况下进行热分解，就变成稳定的氨分子，只要尽量避免高温?，就可成功的抑制氮分子生成NOx进行反应，也能使其变成稳定的氮分子而去除。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,NOx的控制工艺,是最困难且费用最昂贵的技术.这是由于NO的惰性(不易发生化学反应)和难溶于水的性质决定的.垃圾焚烧烟气中的以NO为主,其含量高达95%或更高,利用常
16、规的化学吸附法很难达到有效去除.无催化剂脱氮法(SNCR)将尿素或氨水喷入焚烧炉内，通过上述物质的NOx反应生成氮气从而去除NOx。本法去除率约为30%-50%，但喷入药剂过多时，会生产氯化氨，烟囱的烟气会变成紫色。本方法简单易行，成本低廉，由于本方法在高温下进行还原反应，可在垃圾焚烧炉膛内完成。,7.2.7 焚烧产生的大气污染物及其控制,催化脱氮法(SCR)：在催化剂表面有氨气存在下，将NOx还原成氮气。,Chemische Reaktionen,die im Katalysator ablaufen:4NO+4 NH3+O2 4 N2+6 H2O 2NO2+4 NH3+O2 3 N2+6
17、H2O,Dioxine 二噁英脱除工艺技术,2,3,7,8 Tetrachlor-Dibenzo-p-Dioxin,TCDD,Dioxine Chemische Struktur,2,3,7,8 Tetrachlor-dibenzo-p-Furan,2,378 TCDF,二噁英类(Dioxins)是对由2个或1个氧原子联接2个有氯原子取代的苯环而构成的芳香族有机化合物的统称，包括多氯二苯并-对-二噁英(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins,简称PCDDs)和多氯二苯并呋喃(Polychlorinated dibenzofurans,简称PCDFs)。,2,3,7,
18、8 Tetrachlor-Dibenzo-p-Dioxin,TCDD,Dioxine Chemische Struktur,2,3,7,8 Tetrachlor-dibenzo-p-Furan,2,378 TCDF,二噁英类不仅可以引起免疫系统损害和生殖障碍，还被认为具有很强的致癌性。二噁英类有210种同类物/异构体，各异构体的毒性与所含氯原子的数量及氯原子在苯环上取代位置有很大关系。含13个氯原子的异构体被认为无明显毒性；含48个氯原子的化合物毒性显著，其中毒性最强的是2,3,7,8-四氯二苯并-对-二噁英(2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin,简称2,3,
19、7,8-TCDD或TCDD)。二噁英类是一类非常稳定的亲油性固体化合物，其熔点较高，分解温度大于700，极难溶于水，可溶于大部分有机溶剂，所以二噁英类容易在生物体内积累。自然界的微生物降解和水解作用对二噁英类的分子结构影响较小，故难以自然降解。由于环境二噁英类主要以混合物形式存在，在对二噁英类的毒性进行评价时，国际上常把不同组分折算成相当于2,3,7,8-TCDD的量来表示，称为毒性当量(Toxic Equivalents，简称TEQ)。样品中某PCDDs或PCDFs的浓度与其毒性当量因子TEF的乘积之和，即为样品中二噁英类的毒性当量TEQ。,使用催化脱氮法(SCR)该方法是在催化剂表面有氨气存在下，将NOx还原成氮气,可同时脱除二噁英。对二噁英的去除率高于活性碳法。,
