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垃圾焚燒發電中的排放氣體控制技術

 

摘要:生活垃圾在焚燒發電過程當中,通常對其所產生的尾氣會進行處理,將尾氣排放量減少。但是尾氣當中不但存在相應的固體顆粒物以及灰塵,還有相應的酸性氣體,比如,NO2、SO2、HCl等,所存在的這些酸性氣體對于人們的生活生產有著很大的影響,因此,生活垃圾焚燒發電廠就需要采用科學合理的措施,加強對酸性氣體排放情況做好合理的控制。

關鍵詞:垃圾焚燒發電;排放氣體;控制技術

1.生活垃圾焚燒技術

生活垃圾焚燒發電技術主要包含三個環節,垃圾收集環節、焚燒發電環節、尾氣處理環節。其中,垃圾收集環節主要是從各個地區收集和轉運市政垃圾;焚燒發電環節是對生活垃圾卸料并存儲,之后經過合理發酵技術除去滲濾液,保留可燃垃圾作為焚燒發電材料。同時在焚燒過程中會采取有效措施處理尾氣。焚燒期間,鍋爐尾氣管道是尾氣排放的主要途徑,先將尾氣排放到凈化系統中,在尾氣凈化處理之后再排放到空氣環境中,以減少尾氣污染。所排放的尾氣中不僅包含灰塵以及固體顆粒,還有多種酸性氣體,如NO2、SO2、HCl等。

我國在2023 年基本實現原生生活垃圾“零填埋”等政策約束下,焚燒方式將長期占主導地位,是破解垃圾圍城的絕對主要手段,中國積極推進垃圾分類與焚燒相結合的主基調會持續幾十年,不會有大調整,垃圾焚燒發電將成為未來主要的垃圾無害化處理方式。另一方面,最新公布的國家補貼退坡、垃圾分類等政策,將對垃圾焚燒發電行業產生重要而深遠的影響。新政策將倒逼市場在技術和管理等方面做出優化改革,通過技術進步、完善垃圾處理收費政策、提高企業運維水平等方式,提升垃圾發電企業盈利能力。

2.生活垃圾焚燒發電廠酸性氣體形成原因

生化垃圾中包含大量有機垃圾,比如茶渣、瓜果皮核、蛋殼、固體食物等以及水產市場、果蔬市場所產生廢棄水果、菜葉、魚蝦等,這些物質中含有蛋白質,所以會有氨基酸,即包含N元素,同時一些蛋白質中還含有S元素,在焚燒過程中,尾氣中會包含NOx、SO2。另外,生活垃圾中的廢塑料等焚燒過程中會產生HCl等氣體。為有效控制酸性氣體,需要首先了解酸性氣體產生原因。

1)SO2產生原因。高溫是產生SO2的重要條件,因為生活垃圾中含有硫元素,其和氧氣會發生化學反應,進而生成SO2。SO2會嚴重影響生態環境,其排放在環境中會使周邊區域雨水呈現出酸性,也就是出現酸雨,嚴重損害周邊植物生長以及房屋建筑等。與此同時,在特定條件下硫化氫會進行一系列氧化反應,進而生成SO2,如式(1)。

2H2S+3O2=2SO2+2H2O

S+O2+=SO2

CL2+H2O+SO2=SO2+2HCl

CXHYOZ+O2→CO2+H2O+SO2 (1)

2)HCl產生的原因。生活垃圾焚燒中,垃圾中所包含的有機物會含有氯元素,經過焚燒會形成HCl。其反應式是:CXHYClZ+O2→CO2+H2O+HCl+不完全燃燒物。另外,生活垃圾當中含有無機物,其內部氯元素會受到外部高溫影響產生一系列化學反應,進而生成HCL,其反應式如式(2)。

2NaCL+4SiO2+Al2O3+H2O=2HCl+Na2(SiO2)4 Al2O3

2NaCL+nSiO2++H2O=2HCl+Na2(SiO2)n

n=2或4)

2NaCL+SiO2+0.05•O2+H2O=Na2SO4+2HCl(2)

HCl會嚴重影響周邊環境,因為該氣體能夠溶于水,造成水體酸化,同時還會刺激人體呼吸道,威脅人體健康。

3)NOx產生的原因。因為生活垃圾當中包含大量有機物,有機物內部有含有氮元素,在垃圾焚燒期間,氮元素會和氧元素發生化學反應,生成大量NOx。這些NOx不僅會形成酸雨,還會引起人體不適,威脅人體健康。NOx生成反應是式(3)。

CxHyNz+O2=CO2+H2O+NOx (3)

3.酸性氣體控制措施

3.1濕法除酸技術

運用濕法除酸技術,一般是通過布袋除塵器將尾氣中顆粒物全面清除,之后再輸送到濕式洗煙塔中。首先,是在尾氣進入塔中之后,通過噴灑液體使尾氣溫度逐漸下降,當達到飽和溫度之后,再使其和下方填料空隙分布的堿性吸收液發生化學反應,使其吸收酸性氣體。

3.2干法除除酸技術

運用干法除酸技術,通常是在吸收塔當中噴灑生石灰粉末,使生石灰粉末可以和酸性氣體大面積接觸,從而吸收酸性氣體,獲得良好的除酸效果。不過此方法往往除酸效率偏低,應用中HCL去除率約為60%,并且SO2去除率只有約30%。為有效提升除酸效率,在應用中需要適度調高吸收劑使用量。

3.3半干法除酸技術

運用半干法除酸技術,主要是在高效霧化器應用下,在吸收塔當中噴入熟石灰漿,噴入方向可從塔頂向下噴,也可從塔底向上噴,以促使所噴入熟石灰漿可以和尾氣大面積接觸,并高效吸收尾氣當中的固體顆粒以及酸性氣體。半干法除酸技術在應用中具有良好的霧化效果,并且尾氣能夠和吸收液相對充分的接觸,不僅有助于使尾氣溫度降低,還可有效對其中的酸性氣體加以吸收,將其中分布的固體顆粒去除。而在熟石灰漿噴入之后,其中所包含水分會被蒸發,以減少廢水產生量。在半干法除酸技術應用中,涉及的裝置相對簡單,所產生的廢水量比較少,運行費用不高,可獲得良好的除酸效果。半干法除酸技術具有較高的酸性氣體去除率,在配合使用布袋情況下,氯化氫去除率可超過9 0 % 。

3.4低氮燃燒技術

目前,國外低氮燃燒技術比較成熟,尤其空氣分級燃燒技術效用較高,很多發達國家也相繼研發出低NOx燃燒器,我國在此方面比較看重應用投資小且加裝改造便捷的控制措施,近年來研發出多種低氮燃燒器等,如清華徑向濃氮低NOx燃燒器、哈工大徑向濃氮低NOx燃燒器等,應用中效果顯著。處于應用階段的低NOx燃燒器有低NOx預燃室燃燒器、混合促進型燃燒器、分隔火焰型燃燒器、自身再循環燃燒器等?諝夥旨壢紵夹g主要是分為一級乃至多級加入空氣,在燃燒區加入部分空氣,使過量空氣系數a<1,打造富燃料區,同步制造還原性氣氛,以此抑制生成NOx,同步對已產生NOx加以還原。之后在后段燃燒區添加足量空氣,使a>1,打造貧燃料區,以提升燃燒效率。

3.5煙氣脫硝技術

目前在垃圾焚燒發電過程中,因為應用低氮燃燒技術及“3T”技術,有效控制了焚燒處理中的二次污染物,同時應用SNCR技術可將氨水當作反應還原劑,在焚燒爐當中建立高效、全自動的爐內脫硝系統,可再次降低NOx的排放量,使最終排放情況符合有關標準。煙氣脫硝技術除了SNCR以外,常規的還有SCR等,同時各行業還研發出一些新型煙氣脫硝技術,如活性炭吸附法、液體吸收法、微生物法、電子束法等,雖然目前相關技術尚不成熟,但技術應用前景依舊良好。

3.6新型除酸工藝

除上述技術以外,還可應用NHD脫除工藝、低溫甲醇洗工藝等新型除酸工藝。其中NHD脫除工藝屬于一種低能耗、新型凈化工藝,所用主要成分是由聚乙二醇二甲醚混合制成的,具有較小的揮發性和較低的蒸氣壓,且溶劑不需要洗滌回收,本質是以物理方法對酸性氣體進行吸收;低溫甲醇洗工藝是一種物理吸收法,在操作壓力持續增加過程中不斷降低循環量,能夠去除HCl、SO2、NO等多種酸性氣體。生活垃圾焚燒廠的煙氣處理系統就是聯合使用多種技術。經實踐研究,發現聯合使用干法和半干法脫酸技術,SO2去除率超過90%,HCl去除率高達99%。

結語

為更充分的利用生活垃圾,垃圾焚燒發電廠需高度關注采取有效技術措施處理酸性氣體,減少相關氣體排放量,緩解城市面臨的巨大生活垃圾壓力,推進環保事業發展。

 

 

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