摘要：介紹垃圾發(fā)電的特點，詳細分析了機械爐排爐和循環(huán)流化床的垃圾焚燒機理及其優(yōu)缺點，對污染物排放提出了相應的控制策略，尤其對二噁英的生成途徑、爐內(nèi)控制、煙氣和灰渣的排放處理進行了詳細分析。

關(guān)鍵詞：機械爐排爐,循環(huán)流化床,二噁英,控制,酸性氣體

0 引言

隨著我國城市居民生活水平的提高和人們環(huán)保意識的增強，垃圾焚燒發(fā)電的前景充滿希望。垃圾焚燒發(fā)電作為新型能源，得到國家政策的大力支持。

由于垃圾焚燒過程比較復雜，垃圾熱值不穩(wěn)定，采用合適的焚燒鍋爐尤為重要。在實現(xiàn)生活垃圾無害化、減容化和資源化的同時，焚燒產(chǎn)物中的粉塵、酸性氣體以及殘渣中的重金屬，特別是劇毒有機物二噁英含量比較大。如果排放的有毒有害物質(zhì)不能得到嚴格處理，達不到規(guī)定的排放標準．將對環(huán)境帶來嚴重的二次污染。

本文簡要介紹了垃圾發(fā)電的特點，分析了目前比較流行的2種垃圾焚燒爐的原理和優(yōu)缺點，提出了一些污染物的控制策略。以期能使排放物符合國家標準，減少環(huán)境的二次污染。

1垃圾發(fā)電的特點

1．1傳統(tǒng)垃圾處理方法

我國常用的垃圾處理方法有：衛(wèi)生填埋法、堆肥法和直接焚燒法。3種方法的基本特征如下：

(1)衛(wèi)生填埋法的無害化低，占地面積大，垃圾分解速度緩慢，一般需10～20年。填埋區(qū)易產(chǎn)生沼氣、含毒污水，對空氣、土壤和地下、地表水產(chǎn)生污染。且易造成城市垃圾無處堆放。

(2)堆肥法通過微生物的生化作用，將垃圾中的有機質(zhì)分解腐爛，轉(zhuǎn)換成肥料。該法對垃圾成分有較高要求，產(chǎn)品肥效低、制造期長，不適應城市生活垃圾的迅速增長。初投資和運行費用較衛(wèi)生填埋法高。

(3)直接焚燒法可實現(xiàn)城市生活垃圾的無害化、減容化和資源化。

1．2直接焚燒的特點

目前國內(nèi)垃圾直接焚燒主要采用機械爐排焚燒爐和循環(huán)流化床焚燒爐技術(shù)。直接焚燒法具有以下特點：

(1)垃圾可直接焚燒，處理簡單、速度快、處理量大。

(2)垃圾焚燒后減容效果顯著，垃圾中可燃成分被燃燒，水分被蒸發(fā)排人大氣。作為殘渣部分的不燃成分和灰分只有原體積的10％～20％。

(3)在垃圾燃燒過程中，焚燒爐爐溫高，垃圾所攜帶的大量病菌和各種有害物質(zhì)、臭氣均會發(fā)生高溫熱分解，從而達到對垃圾無臭、無害化處理，有效改善城市衛(wèi)生條件，保護環(huán)境。

(4)垃圾燃燒產(chǎn)生的高溫煙氣可用于蒸汽發(fā)電、城市供熱制冷和其他需要蒸汽的地方，實現(xiàn)了廢熱利用和回收能源。

但是。直接焚燒最大的也是致命的缺陷就是其焚燒產(chǎn)物中的SOX、NO。、HCl、粉塵和殘渣中的重金屬。特別是氧化反應產(chǎn)生的劇毒有機物二嗯英含量較大。如果對所排放的這些有毒有害物質(zhì)不能進行嚴格處理，達不到規(guī)定的排放標準，將對周圍環(huán)境帶來嚴重的二次污染。因此，我國和世界上其他國家一樣。對垃圾直接焚燒處理后產(chǎn)生的有毒有害廢棄物越來越重視，規(guī)定了嚴格的排放標準加以控制。

2機械爐排爐和循環(huán)流化床的爐型對比

垃圾焚燒鍋爐是垃圾熱電站的主要設備．也是發(fā)展垃圾熱電站的關(guān)鍵所在。由于焚燒燃料是具有一定腐蝕性、水分含量大、熱值不穩(wěn)定的垃圾．因而垃圾焚燒鍋爐及其燃燒設備在設計上有一定的特殊性。由于垃圾焚燒發(fā)電熱值比較低。而水分含量比較高，因此，性能優(yōu)良的燃燒設備是垃圾焚燒鍋爐的關(guān)鍵。目前垃圾焚燒鍋爐燃燒方式主要是機械爐排爐和循環(huán)流化床。

2．1機械爐排爐

機械爐排爐是以機械式的爐排塊構(gòu)成的爐床，爐膛具有干燥區(qū)、點火區(qū)、燃燒區(qū)、燃盡區(qū)、冷卻區(qū)等分區(qū)特點。生活垃圾直接在爐排上靠爐排間的相對運動不斷被翻動、攪拌并推向前進。正常運行時，爐溫維持在800℃以上，垃圾進入爐內(nèi)與熱空氣接觸并升溫、干燥、著火、燃盡。燃燒發(fā)出的熱量可以維持爐溫，但在垃圾熱值偏低的情況下需要加入燃料油作為輔助燃料。

2．1．1爐排爐的優(yōu)點

(1)單臺爐的處理量大，技術(shù)成熟。

(2)垃圾在爐內(nèi)分布均勻、料層穩(wěn)定、燃燒完全。運行時可視爐內(nèi)垃圾焚燒狀況調(diào)節(jié)爐排轉(zhuǎn)速，控制垃圾爐內(nèi)的停留時間，使其燃盡。

(3)鼓風機所需功率小，動力消耗小。

(4)因為垃圾在爐排上燃燒，而且不摻燒燃煤，所以煙氣中粉塵含量低，減輕了除塵器的負擔，降低了運行成本。

2．1．2爐排爐的缺點

(1)活動爐排和固定爐排等關(guān)鍵部件由耐熱合金鋼制造。設備造價較高。

(2)爐膛的體積較大，爐體的熱損失增加。

(3)垃圾中的灰土容易堵塞爐排的進風通道，并且垃圾容易燃燒結(jié)渣，影響設備的正常運行和垃圾焚燒效果。

(4)在垃圾熱值偏低的情況下，為了維持燃燒，保證蒸汽參數(shù)，必須向爐內(nèi)加入燃油或者燃氣，從而使運行成本升高。

2．2循環(huán)流化床

在國內(nèi)，目前比較成熟的大容量、連續(xù)運行的生活垃圾焚燒均為循環(huán)流化床鍋爐。

循環(huán)流化床焚燒原理是借著砂介質(zhì)的均勻傳熱與蓄熱效果以達到燃燒的目的。在爐內(nèi)放人一定粒度的砂子，通過底部布風板進入一定壓力的空氣，將砂子吹起，呈沸騰狀。燃料在流化狀態(tài)下燃燒。循環(huán)流化床鍋爐爐膛運行溫度通�？刂圃�850～900℃。由于循環(huán)流化床獨有的內(nèi)循環(huán)。爐內(nèi)呈現(xiàn)2個旋轉(zhuǎn)方向相反的強烈湍流區(qū)，可使垃圾焚燒在溫度均勻、燃燒條件相同、湍流強度較大的情況下運行，對燃料的干燥、熱解、著火和燃盡極為有利。

2．2．1循環(huán)流化床的優(yōu)點

(1)處理垃圾適應性強。循環(huán)流化床燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)溫度場均勻。由于流化床強烈湍流，擁有大量高溫循環(huán)物料，床層熱容量大，可以焚燒大部分的垃圾。

(2)焚燒效率高。由于爐內(nèi)的氣固、固體相態(tài)強烈混合，相互之間不斷碰撞．提高了垃圾的燃燒程度。

(3)垃圾滲濾液可以直接在爐膛內(nèi)熱分解。

(4)煙氣排放性能好。

(5)焚燒爐啟動停用簡便，燃燒設備無機械運動機構(gòu)．維護容易，占地面積小。

2．2．2循環(huán)流化床的缺點

(1)循環(huán)流化床對燃料顆粒粒徑有一定要求。

(2)爐內(nèi)粉塵濃度大、飛灰量大，加速了水冷壁磨損。

(3)煙氣中高腐蝕性氣體含量大，爐內(nèi)水冷壁易腐蝕。

(4)爐膛出口煙氣溫度低，而氯化物腐蝕最活躍的溫度是400℃左右，過熱器壁溫應避開這個溫度區(qū)。因此焚燒爐一般均為中、低壓鍋爐。

(5)必須加人煤粉作為輔助燃料，運行成本偏高。一般摻煤比為1：5(煤粉：垃圾)。

與機械爐排爐相比，流化床燃燒方式較新。發(fā)展歷史大約只有40年，但因其廣泛的燃料適應性，能燃用低熱值、高灰分、高水分的低品位燃料；具有良好的排放性質(zhì)，能有效實現(xiàn)有害氣體的燃燒過程抑制：具有穩(wěn)定可靠的運行保證以及便于其它爐型改造等優(yōu)點而得到了快速的發(fā)展．在各種丁業(yè)和生活廢棄物的焚燒處理方面實現(xiàn)了大型化和環(huán)境友好化的應用。

3污染物的控制策略

3．1二噁英的控制策略

二噁英是一種含有氯的強毒性有機化學物質(zhì)，自然界中幾乎不存在，它是由氯化物進行不充分燃燒產(chǎn)生的。在焚燒過程和化學反應中二噁英是由苯環(huán)與氧、氯等組成的芳香族化合物。

城市生活垃圾的焚燒是二噁英的主要來源。在垃圾燃燒過程中由含氯前驅(qū)物生成二噁英，前驅(qū)物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等，也可以是燃料中的微量雜質(zhì)或在燃燒后溫度較高區(qū)域通過多級反應而生成的有機物。在燃燒中前驅(qū)物分子通過重排、自由基縮合、脫氯或其他分子反應等過程會生成二噁英，這部分二噁英在高溫燃燒條件下，大部分會被分解。

當因燃燒不充分而在煙氣中產(chǎn)生過多的未燃盡物質(zhì)，并遇適量的觸媒物質(zhì)(主要是重金屬，特別是銅)及合適的溫度區(qū)域，在高溫燃燒中已經(jīng)分解的二嚼英將會重新生成。

在垃圾焚燒丁藝中，控制二噁英的形成源、切斷二噁英的形成途徑以及煙氣和灰渣的控制排放是最為關(guān)鍵的幾個核心問題I引。

3．1．1垃圾入爐前的預處理

(1)采用垃圾分選技術(shù)對垃圾分類，分選出垃圾中鐵、銅、鎳等重金屬含量高的物質(zhì)：減少含氯有機物，從源頭減少二噁英生成的氯來源。

(2)采用高硫煤與城市生活垃圾混燒的辦法．控制燃燒條件，通過煤中的硫抑制二噁英的產(chǎn)生。

(3)采用垃圾粉碎的辦法，在垃圾進人焚燒爐前將其完全粉碎，擴大與氧氣的接觸面積使其燃燒充分。

3．1．2爐內(nèi)控制

(1)采用低CO燃燒技術(shù)，改善爐內(nèi)燃燒條件，調(diào)整好一、二次風的分配，使煙氣混合攪拌和二次燃燒完全．保證垃圾燃燒充分．減少二嗯英和不完全燃燒產(chǎn)物類前驅(qū)物的產(chǎn)生。CO的濃度越低燃燒就越充分，煙氣中比較理想的CO濃度指標是低于60 mg／m3。

(2)控制二噁英前驅(qū)物的多相催化合成。控制爐膛和二次燃燒室溫度不低于850℃、煙氣在爐膛和二次燃燒室的停留時間不少于2 s、氧氣濃度不低于6％。合理控制助燃空氣量以及注入位置，縮短煙氣處于300～500℃溫度區(qū)域的時間，控制余熱鍋爐的排煙溫度不超過250cC。

(3)在焚燒爐中加入煤或脫氯劑，利用煤中的硫來抑制二噁英生成，在垃圾焚燒過程中添加脫氯劑實現(xiàn)爐內(nèi)低溫脫氯，將大部分氣相中的氯轉(zhuǎn)移到固相殘渣中。從而減少二噁英的爐內(nèi)再生成和爐后再合成。

3．1．3煙氣凈化處理

(1)急冷洗滌法炯氣處理技術(shù)。采用急劇冷卻的方法降低煙氣溫度，既可以抑制二噁英的再合成，同時又能除去HCl、S0：、煙塵等污染物。

(2)用布袋除塵器去除吸附在亞細粒子灰塵上的二噫英。

(3)霧狀活性炭粉末吸附法�；钚蕴吭诔貢r對二噁英等平面構(gòu)造的芳香族碳氫化合物有吸附性。先向煙氣中噴人活性炭或高爐焦炭吸附二嗯英，再用布袋除塵器收集，收集下來的活性炭或高爐焦炭還可以循環(huán)使用。吸附飽和后的炭可以與燃料混合燃燒。

(4)用催化劑分解二噁英。將含有二噁英的飛灰在低于250℃的環(huán)境里與半導體物催化劑拌勻，在紫外線照射下。二噁英被分解并不會重新生成。

(5)納米管清除二噁英。美國密執(zhí)安大學的一項研究表明，多壁碳納米管清除二噁英效率很高，它通過二噁英的苯環(huán)與納米管表面強烈反應，達到降低二噁英的目的。

(6)使用電子束讓廢氣中的空氣和水生成活性氧等易反應性物質(zhì)，進而破壞二噁英的化學結(jié)構(gòu)。日本原子能研究所的科學家們使用電子束照射廢氣的方法分解、清除其中的二噁英，效果良好。

(7)吸收法清除二噁英。采用噴淋吸收塔后加布袋除塵器，煙氣通過噴淋吸收塔時，與霧化的吸收劑相混合，使煙氣在噴淋吸收塔出口溫度為 130～150℃，而后煙氣中的二噁英包裹在吸收劑餅中被布袋除塵器除去。

3．1．4處理灰渣中的二噁英

(1)由于二噁英在飛灰上被吸附或生成，收集后飛灰中二噁英的濃度最高，所以必須作為有毒有害物質(zhì)送安全填埋場進行無害化處理。若有條件可對其進行低溫(300～400℃)加熱脫氯處理，或采用熔化爐在1 200～1 400℃下熔融固化后再送安全填埋場處置，以減少二嚼英的排放。

(2)底渣中仍殘留相當數(shù)量的二噁英，雖然濃度與飛灰相比很小。但仍可以與飛灰一起進行無害化處理。

3．2酸性氣體的處理

對垃圾焚燒尾氣中酸性氣體(主要包括SO。、 HF、NOx、HCl)的凈化主要是通過酸堿中和反應進行。其凈化方法主要有3種：

(1)干式洗氣法。用壓縮空氣將石灰粉末直接加入煙道中或者煙道中某段反應器內(nèi)，使堿性粉末與酸性廢氣充分接觸和反應，從而中和酸性氣體并加以去除。此法投資省，操作維護運行費用低，耗水、耗電少，但藥劑消耗量大，去除效率低。

(2)濕式洗氣法。在煙道中建一個填料吸收塔，煙氣在塔內(nèi)與堿性溶液對流混合，不斷在填料中的空隙及表面接觸及反應，使尾氣中的酸性氣體被吸收去除。其優(yōu)點是去除率高，但投資高，耗電、耗水量大，產(chǎn)生的廢水需要進行處理。

(3)半干式洗氣法。介于干式與濕式之間，通過半干法洗氣塔(實質(zhì)是噴霧干燥裝置)，利用霧化器將熟石灰漿從塔頂或底部或切向加人塔內(nèi)，煙氣與石灰漿同向或逆向在塔內(nèi)流動并充分接觸發(fā)生中和反應。由于液滴直徑小、表面積大，不僅與尾氣液滴充分接觸，同時水分在塔內(nèi)能完全蒸發(fā)，不產(chǎn)生廢水。此法綜合了干法與濕法的優(yōu)點。但是制漿系統(tǒng)較為復雜。

4 結(jié)語

(1)國外發(fā)達國家和地區(qū)因垃圾品質(zhì)較好并且較穩(wěn)定，熱值比較高，通常采用爐排焚燒爐。而國內(nèi)因為垃圾水分比較大、熱值相對比較低，各個地區(qū)垃圾情況也有較大差異．采用爐排爐還是循環(huán)流化床要根據(jù)具體情況而定。

(2)污染物排放必須達到國家排放標準，防止對環(huán)境造成二次污染。

(3)由于二噁英自然界本不存在，其生成途徑主要來自于垃圾焚燒。所以要加大控制力度，從垃圾源頭、爐內(nèi)燃燒控制、煙氣和灰渣排放等各個環(huán)節(jié)上減少二噁英的產(chǎn)生。

垃圾發(fā)電不但是一個電力工程。也是一個市政工程。因地制宜地建設垃圾電廠，可以加快我國大中城市垃圾處理和資源再生的步伐。

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