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1、垃圾焚烧烟气净化系统简介及性能计算垃圾焚烧烟气净化系统简介及性能计算第一节第一节 烟气净化系统简介烟气净化系统简介一一 锅炉出口烟气成分及有关参数锅炉出口烟气成分及有关参数 可燃的生活垃圾基本上是有机物，由大量的碳、氢、氧元素组成。有些还含有氮、硫、磷和卤素等元素。这些元素在燃烧过程中与空气中的氧起反应，生成各种氧化物或部分元素的氢化物。 有机碳的焚烧产物是二氧化碳气体。 有机物中的投的焚烧产物是水。若有氟或氯存在，也可能有它们的氢化物生成。 后垃圾中的有机硫和有机磷，在焚烧过程中掭二氧化硫或三氧化硫以及五氧化二磷。 有机氮化物的焚烧产物主要是气态的氮，也有少量的氮氧化物生成。由于高温时空气中
2、氧和氮也可结合生成一氧化氮，相对空气中氮来说，生活垃圾中的氮元素含量很少，一般可忽略不计。 有机氟人物的焚烧的焚烧产物是氟化氢，若体系中氢的量不足以所有的氟结合生成氟化氢，可能出现四氟化碳或二氟氧碳（COF2） ，除非有其它元素存在，例如金属元素，它可与氟结合形成金属氟化物。添加辅助燃料（CH4、油品）增加氢元素，可以防止四面八方氟化碳或二氟氧碳的生成。 有机氯化物的焚烧产物是氯化氢。由于氧和氯的电负怕相近，存在着下列可逆反应： 4HCL+O2 2CL2+2H2O 当体系中氢量不足时，有游离的氯气的生。添加辅助燃料（天然所或石油）或较高温度的水蒸气（约莫 1100）可以使上述反应向左进行，减少
3、废气的含量。 烟囱部位的烟气成分的值与垃圾组成、燃烧方式、烟气处理设备有关，垃圾焚烧产生的烟气与其他燃料燃烧产生的烟气在组成上相差较大。同其他烟气相比，垃圾焚烧烟气的特点 J HCL 和 O 浓度特别高，粉尘中的盐分（氯物和硫酸盐）特别高，下表为城市生活垃圾与其他燃料燃烧产生的烟气组成对比。垃圾与其他燃料燃烧产生的烟气组成对比 成分燃料 颗粒物/（mg/Nm3）NOX（mg/L）SOx/(mg/L)HCL/(mg/L)H2O/(mg/L)温度/LNG、PPG105010000510250400低硫磺重油原油501001001003000510270400高硫磺重油100500100500500
4、15000510270400碳10025000100100500300030510250300除尘器前20005000城市垃圾除尘器后21009015020802008001530200250 焚烧过程中一些物质会产生有害气体，有害气体也会和粉尘反应，成为粉尘的一部分。垃圾中也挥发性氯元素转化为 HCL 的转化率为 100%，燃烧性硫转化为 SOX的转化率为 100%，氯元素转化为 NOx的转化率为 10%。 800以上，NO 和 SO2是稳定的化学形态；300以下时，NO2、SO3或 H2SO4是稳定的化学状态。但是，300以下的烟气实测数据显示，NOx和 SOX的 95%以上为 NO 和S
5、O2。在高温条件下，通过平衡计算的结果与实测值比较接近；而低温条件下，由于停留时间短，计算结果与实测值差异较大。300以下，HgCl2是稳定的化学状态。大型焚烧炉的烟气温度在 300以下，气体中的汞几乎都 HgCl2形式存在，90%是水溶性的。烟气中 HCL 来源于含氯的塑料，SOX来源于纸张和厨房垃圾。烟气中的 HCL 与粉尘中的碱性成分易发生反应。SOX易与粉尘中的碱性成分和氯化物发生反应。烟气中汞（Hg）的化学形态在炉内基本上是汞蒸气，以燃烧室、静电除尘器后基本转变为氯化汞（HgCl2） 。重金属、盐分在高温炉内部分气化，但在烟气冷却过程中凝聚，成为粉尘。下表为烟气中污染物的来源、产生原
6、因及存在形态。污染物来源产生原因存在形态HCLPVC、其它氯代碳氢化合物气态酸性气体HF氟化碳氢化合物气态SO2橡胶及其它含硫组分气态HBR火焰延缓剂气态NOX丙烯腈、胺热 NOx气态CO不完全燃烧气态未燃烧的碳氢化合物溶剂不完全燃烧气、固态CO 与碳氢化合物二噁英、呋喃多种来源化合物的离解及重新合成气、固态颗粒物粉末、沙挥发性物质的凝结固态重金属Hg温度计、电子元件、电池气态Cd涂料、电池、稳定剂/软化剂气、固态Pb多种来源气、固态Zn镀锌原料固态Cr不锈钢固态Ni不锈钢 NI-Cd电池固态其它气、固态 下面介绍一下深圳南山垃圾电厂污染物排放的具体情况，根据深圳市南山垃圾焚烧发电厂环境影响报
7、告书（深圳市环境科学研究所，200111） ，本工程主要废气污染物排放情况如下表所示。主要废气污染物排放表垃圾焚烧量(t/d)单位SO2HClNOX烟尘CO处理前排放量t/d1.50181.65930.458312-160.327处理后排放量t/d0.375450.165930.45830.060.080.327800处理前排放浓度(Mg/Nm3)4595071403666-4888100处理后排放浓度(Mg/Nm3)1155114018-24100GWKB32002607540080150工程保证值2605040030100设计保证值(Mg/Nm3)220403201040 二二 烟气净化系
8、统的功能及净化目标烟气净化系统的功能及净化目标 生活垃圾焚烧烟气中的污染物可分为颗粒物、 （粉尘） 、酸性气体（HCL、HF、SOX、NOX） 重金属（HG、PB、CR 等）和有机剧毒性污染物（二噁英、呋喃等）四大类为了防止垃圾焚烧过程中对环境产生二次污染，必须采取严格的措施，利用烟气净化系统控制垃圾焚烧烟气的排放。国外经济发达国家的研究和实践表明， “低温控制和高效颗粒物捕集”是烟气净化系统成功运行的关键因素。所以在焚烧烟气净化过程中必须将温度控制得尽可能低（露点以上） ，同时就采用高效除尘器。烟气净化工艺形式较多，按其系统中是否有废水排出，可分为湿法、半干法、干法三种。每种工艺都有多种组合
9、形式也各有优缺点。 湿法净化工艺的污染物净化效率最高，可以满足严格的排放标准。故在国外经济发达国家应用较多，其工艺组合形式也多种多样，涞法净化工艺的特点是流程复杂，配套设备较多，一次性投资和运行费用较高并用后续的废水处理问题。湿法洗涤净化集除尘和去除其它污染物于一体，在允许的条件下可以不用其它高效除尘设备（静电除尘器和袋式除尘器） 。湿法净化所用吸收剂可以是 Ca(OH)2或NaOH。因 CaCO3难溶于水，为避免设备内结垢，衣采用NaOH 为好。湿法净化后烟气的温度大大降低，常需加热后排入大气。 半干法净化工艺不但可以达到较高的污染物净化效率，而且具有投资和运行费用低、流程简单、不产生废水等
10、优点，是一种极有前途的工艺，目前在生活垃圾焚烧厂烟气净化系统中的应用越来越多。该工艺被美国国家环保局定为生活垃圾焚烧烟气净化最佳工艺。其缺点是对操作水平（如烟气在喷雾干燥吸收塔中的停留时间，吸收浆液中吸收剂的粒度及浓度等）及喷嘴的要求高。 干法净化工艺的污染物净化效率相对于湿法和半干法而言较人低，但其工艺简单，投资和运行费用明显低于湿法，操作水平要求较低，且不存在后续的废水处理问题。近几年来，国外发达国家在干法净化设备开发方面不断改进，提高了污染物的净化效率，因而该工艺仍有一定的实用性。 上述三种工艺主要对颗粒物、易支除酸性气体具有很高的净化效率，同时对于重金属、二噁英（PCDDS） 、呋喃（
11、PCDFS）等也有较高的去除效率，但对于 No 净化或活性炭喷射吸附并不能单独构成完整的烟气净化系统，这二种净化措施是对烟气净化主体工艺（湿法、半干法或干法）的完善和补充。烟气净化系统的目标是要保证烟氢气中污染物的排放值在国家标准的限值范围以内，下表为烟气排放的国家标准及深圳南山垃圾焚烧发电厂的设计保证值。 大气污染排放限值和南山垃圾焚烧发电厂设计保证值污染因子单位欧共体标准（1989）国家标准（2000）南山电厂保证值南山电厂设计值烟尘mg/mn330803010烟气黑度林格曼黑度级111一氧化碳mg/mn310015010040氮氧化物mg/mn3400400400320二氧化硫mg/mn
12、3300260260220氯化氢mg/mn350755040氟化氢mg/mn32-421汞+铬mg/mn310汞 0.2镉 0.10.20.1镍+砷mg/mn3101.00.2铅+铬+锰mg/mn350铅 15.01.0二噁英ngTEQ/mn310101.0996H-CDD7393995H-CDD8382996OCDD89NA998PCDFTCDF8598994P-CDF8488996H-CDF8286997H-CDF8392998OCDF85NA998注:低温指出 160,高温指示 220,NA 指没有引用。 在加拿大，曾曾利用“半干法+袋式除尘器”和“干法+袋式除尘器”工艺对污染物的去除效
13、率进行了系统的研究，取得了与表 4-1-9 相似的高去除率。结果表明，当袋式除尘器入口气体温度小于 140时，总的二噁英类去除效率达99。9%，尤其是毒性最强的 TCDD 的出口浓度达到最低，一般那情况下测不出。当除尘器出口温度为 110-209时，总的呋喃类污染物的去除效率为 99。3%。可见，袋式除尘器对有机类污染物的净化是非常有效的。 重金属的净化 与有机类污染物的净化相似， “高效的颗粒物捕集”和“低渐控制”是重金属净化的二个主要方面，而采用什么样的吸收剂对净化效率影响不大。重金属以固态或液态和气态的形式进入除尘器，当烟气冷却时，气态部分转化为可捕集的因态或液态微粒。但是对于挥发性强大
14、的重金属如 Hg而言，即使除尘器以最低的温度操作，该部分金属仍有部分存在于烟气中。总之，垃圾焚烧烟气净化系统的温度越低，则重金属的净化效果越好，反之越差。在瑞典一中试垃圾焚烧厂，利用“湿法净化+静电除尘+后续冷却”的工艺使烟气净化系统的温度降至今 60，结果总 Hg(因态+气态)的排放浓度降低为 0.01mg/Nm3.德国一家境采用“半尘法+静电除尘器”工艺的垃圾焚烧厂测试结果表明在150的操作条件下，气态形式的 Hg的排放浓度为0.05mg/Nm3以下。瑞典一家采用“半干法+袋式除尘器”净化工艺的垃圾焚烧三月测试数据表明，烟气排放颗粒物中的 Hg可以达到测不出来的水平，而气态 Hg的排放浓度
15、范围为 0.012-0.065mg/Nm3。 三三 烟气中粉尘的去除烟气中粉尘的去除 垃圾焚烧厂的颗粒物控制和其他行业相同，可以分为静电分离、过滤、离心沉降及湿法洗涤先等几种形式。常见的净化设备有静电除尘器、代式除尘器、和文丘里洗涤器。由于焚烧烟中的颗粒物粒度很小（d10um 的颗粒物含量相对而言较高） ，为了支除小粒度的颗粒物，必须采用高效除尘器才能有效控制颗粒物的排放。文丘里洗涤器虽然可以达到很高的除尘效率，但能耗较高且存在后续的废水处理问题，所以不再作为主要的颗粒物净化设备。静电除尘器和袋式除尘器广泛用于发达国家垃圾对烟气中颗粒物的净化。国外的工程实践表明，静电作尘器可以使颗粒物的浓度控
16、制在于 45mg/Nm3以下。而袋式除尘器可合颗粒物的浓度控制在更低的水平，同时具有净化其它污染物的能力（如重金属、PCDDS等） ，因此，袋式除尘器的净化效果优于静电除尘器。袋式除尘器的净化效果优于静电除尘器。袋式除尘器虽然易受气体温度和颗粒物粘性的影响，致使滤料（耐高温、耐冲击）的造价增加和清灰不利，但净化效率却不受颗粒物比电阻和原始浓度的影响，而太高太低的比电阻却使静电除尘器的净化效率低，故二者各有其优缺点。应说明的是，由于袋式除尘器在高效去除颗粒物的同时兼有净化其他污染物的作用，近年来国内外建设的大规模现代化垃圾焚烧厂大都采用袋式除尘器。四四 管道系统及有关计算管道系统及有关计算 ( (缺缺) )