淺談垃圾焚燒電廠的爐型與煙氣凈化技術(shù)選擇
一 概述
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城市生活垃圾問題顯得日益突出，如不進(jìn)行治理或處理不善，城市生活垃圾必將會(huì)造成嚴(yán)重的大氣、地下水及土壤污染，土地被垃圾大量占用、自然景觀遭到破壞等問題日趨嚴(yán)重，勢(shì)必阻礙可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
目前城市生活垃圾常用的處理方法有填埋、堆肥、焚燒、制燃?xì)獾。垃圾焚燒法是通過燃燒垃圾中的可燃物，釋放熱能，并利用這些熱量產(chǎn)生蒸汽來實(shí)現(xiàn)發(fā)電。同時(shí)在焚燒過程中控制二次污染物的形成，在燃燒后通過對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理可進(jìn)一步降低污染物的危害。垃圾焚燒處理是目前實(shí)現(xiàn)垃圾處理無害化、減量化和資源化的最有效和最好方法之一。
由于垃圾焚燒技術(shù)所具有的這些優(yōu)點(diǎn)，因此，近幾年垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)在全國(guó)的一些大中城市得到了迅速的應(yīng)用和發(fā)展，城市生活垃圾焚燒技術(shù)將逐漸成為國(guó)內(nèi)大中城市和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)生活垃圾處理的主流技術(shù)。
本文通過對(duì)目前主要應(yīng)用的垃圾焚燒鍋爐爐型、半干法煙氣凈化技術(shù)以及我國(guó)城市生活垃圾特點(diǎn)的介紹與分析，以有助于在實(shí)際工程中更好地選擇垃圾爐型和煙氣凈化技術(shù)。
二 我國(guó)城市生活垃圾的特點(diǎn)
與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)城市生活垃圾的具有如下特點(diǎn)：
— 水分高 一般約在50%～60%，發(fā)達(dá)國(guó)家約為25～45%；
— 熱值低 收到基垃圾平均低位發(fā)熱值為3000～4200 kJ/kg,發(fā)達(dá)國(guó)家為8300～12500kJ/kg；
— 成分復(fù)雜 由于未實(shí)行分類收集和分檢，同時(shí)不同地域、不同季節(jié)、不同生活水平也使垃圾的成分相去甚遠(yuǎn)，但垃圾中的有機(jī)物和可燃物比例總的呈現(xiàn)大城市高于中等城市、南方高于北方、沿海高于內(nèi)地的特征。
三 爐型選擇
目前，在垃圾焚燒領(lǐng)域中比較成熟的連續(xù)運(yùn)行的主要焚燒爐型有機(jī)械爐排焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、循環(huán)流化術(shù)焚燒爐、熱解焚燒爐等，而在國(guó)內(nèi)圾焚燒領(lǐng)域上比較成熟的連續(xù)運(yùn)行的焚燒設(shè)備主要有以下幾種類型：
— 爐排爐 靠爐排的運(yùn)動(dòng)，使垃圾移動(dòng)、翻轉(zhuǎn)，與高溫氣體充分接觸后燃燒燃燼。根據(jù)爐排運(yùn)動(dòng)型式不同，爐排爐又分為往復(fù)式、轉(zhuǎn)動(dòng)式、順推式、逆推式和階梯式等，是目前國(guó)內(nèi)外焚燒鍋爐的主流爐型。
— 回轉(zhuǎn)窯爐 垃圾在轉(zhuǎn)窯中翻轉(zhuǎn)、前進(jìn)燃燒，直至燃燼。
— 流化床焚燒鍋爐 由預(yù)熱后熱空氣吹動(dòng)垃圾，使其呈流態(tài)化燃燒，未燃燼顆粒經(jīng)爐內(nèi)高溫分離后，返回爐膛內(nèi)循環(huán)燃燒燃燼。是目前國(guó)內(nèi)發(fā)展應(yīng)用最快的爐型。
三種爐型的特性比較見表1。
表1
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從上表可以看出，爐排爐由于技術(shù)最成熟，應(yīng)用時(shí)間最早，在發(fā)達(dá)國(guó)家及國(guó)內(nèi)沿海發(fā)達(dá)城市得到了廣泛使用，但其造價(jià)高、操作及維護(hù)費(fèi)用高、低負(fù)荷下需投油運(yùn)行等缺點(diǎn)，使其在內(nèi)地及中、小城市應(yīng)用受到限制，而循環(huán)流化床垃圾焚燒鍋爐，由于其具有投資省、熱能利用率高、垃圾減量化好、公害低、對(duì)垃圾及負(fù)荷適應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，在近幾年得到了日益廣泛的應(yīng)用。
四 煙氣凈化技術(shù)選擇
生活垃圾焚燒過程產(chǎn)生的煙氣中，含有大量的污染物(如煙塵、酸性氣體、金屬等)對(duì)環(huán)境有著不同程度的危害。為了保證煙氣中的粉塵、HCl、SO2和其它污染物如二惡英、重金屬等的排放濃度達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)煙氣進(jìn)行凈化。
生活垃圾焚燒的煙氣凈化技術(shù)種類繁多，一般由酸性氣體脫除系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和活性炭吸附系統(tǒng)三部分組成。酸性氣體脫除技術(shù)是煙氣凈化技術(shù)的核心。按脫酸過程是否有水加入和脫酸產(chǎn)物的干濕形態(tài)，酸性氣體脫除可分為濕法、半干法、干法三種凈化工藝。濕法凈化工藝的凈化效率最高，可以滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，但流程復(fù)雜，配套設(shè)備較多，一次性投資和運(yùn)行費(fèi)用高，并有后續(xù)的廢水處理問題。干法凈化工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，工程費(fèi)用最少，但凈化效率相對(duì)較低，一般SO2去除率僅30%、HCl僅50%。一般而言，干法脫硫較難滿足煙氣凈化的要求。半干法凈化工藝不僅可以達(dá)到較高的凈化效率，而且具有投資和運(yùn)行費(fèi)用低、流程簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生廢水等優(yōu)點(diǎn)，是設(shè)計(jì)中應(yīng)優(yōu)先選用凈化技術(shù)。
在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的半干法煙氣凈化工藝主要有以下三種技術(shù)：
— 噴霧干燥法煙氣凈化技術(shù)；
— 循環(huán)懸浮法煙氣凈化技術(shù)；
— 多組分有毒廢氣治理技術(shù)（MHGT）。
三種工藝的主要流程見圖一、圖二和圖三。
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三種煙氣凈化工藝的比較見表2。
表2
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噴霧干燥法技術(shù)主要由石灰漿制備系統(tǒng)和反應(yīng)塔組成，其關(guān)鍵設(shè)備為噴霧器。噴霧器有高速旋轉(zhuǎn)離心噴霧和固定噴嘴噴霧兩種型式。旋轉(zhuǎn)離心噴霧器主要依賴進(jìn)口，噴霧干燥法的脫SO2效率可達(dá)70%~90%，但存在噴漿而產(chǎn)生的種種弊端（如粘壁、結(jié)垢、噴嘴易損、維護(hù)檢修復(fù)雜等）。改良的噴霧干燥法對(duì)反應(yīng)塔增加了循環(huán)氣幕，減少了粘壁、結(jié)垢現(xiàn)象。
多組分有毒廢氣治理技術(shù)（MHGT）,系在引進(jìn)的增濕灰循環(huán)酸性氣體脫除技術(shù)（NID）基礎(chǔ)上開發(fā)的煙氣凈化技術(shù)。MHGT技術(shù)是將石灰粉與除塵器收集的循環(huán)灰在混合增濕器內(nèi)混合，并加濕活化后導(dǎo)入煙道反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生脫酸反應(yīng)。由于含水循環(huán)灰有較好的流動(dòng)性，省去了復(fù)雜的制漿系統(tǒng)，克服了噴霧過程的粘壁現(xiàn)象。但由于灰循環(huán)比較大（30~50），因此布袋除塵器處理能力要求比其它工藝技術(shù)高，磨損也相對(duì)較大。
循環(huán)懸浮半干法煙氣凈化技術(shù)是浙江大學(xué)獨(dú)立開發(fā)的專利技術(shù)，其工藝技術(shù)具有上述兩種技術(shù)的部分特點(diǎn)，既有反應(yīng)器內(nèi)霧化噴水，又有飛灰循環(huán)。因此，該技術(shù)既有上述技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，如取消了故障率較高的噴漿系統(tǒng)，增加了灰循環(huán)，提高脫酸劑的利用率和脫酸效率，但也存在這兩種技術(shù)的缺點(diǎn)，如噴嘴易損，粘壁等。另外，直接噴水霧化，若霧化效果不佳，則可能會(huì)造成煙氣帶水，布袋除塵器出現(xiàn)“糊袋”現(xiàn)象。
三種凈化技術(shù)，脫除強(qiáng)酸HCl、HF的效率均可達(dá)到95%以上，均能滿足環(huán)保的要求。
脫酸后的除塵設(shè)備，三種凈化技術(shù)均采用的是布袋除塵。垃圾焚燒爐可選用的除塵設(shè)備主要有布袋除塵器和靜電除塵器。靜電除塵器對(duì)煙溫要求不如袋式除塵器嚴(yán)格，操作比較簡(jiǎn)單，并且運(yùn)行中不像袋式除塵器需求更換濾袋，但在垃圾焚燒廠，采用袋式除塵器有著靜電除塵器無可比擬的優(yōu)勢(shì)，即袋式除塵器可利用附著在濾袋表面的未反應(yīng)完全的Ca(OH)2粉末及濾塵，能有效地提高煙塵中的重金屬、二惡英和酸性氣體的去除效率。
為了有效去除二惡英及重金屬，凈化系統(tǒng)中設(shè)置了活性炭噴入系統(tǒng)。利用二惡英及重金屬氣溶膠能被多孔物質(zhì)吸附的特點(diǎn)，噴入具有較大比表積、發(fā)達(dá)的空隙結(jié)構(gòu)的活性炭作為吸附劑，進(jìn)一步增強(qiáng)重金屬和二惡英的去除率。從活性炭有效利用的角度出發(fā)，活性炭布置在脫酸反應(yīng)器與布袋除塵器之間更合理。
三種煙氣凈化技術(shù)均較成熟，技術(shù)也都已國(guó)產(chǎn)化。已投產(chǎn)的焚燒鍋爐的運(yùn)行實(shí)踐表明，采用半干法凈化反應(yīng)器+活性炭+袋式除塵器的煙氣凈化系統(tǒng)完全能滿足環(huán)保的要求。
五 結(jié)語
垃圾焚燒發(fā)電是一個(gè)系統(tǒng)工程，要使垃圾發(fā)電成為一個(gè)環(huán)衛(wèi)工程、一個(gè)環(huán)保工程和一個(gè)節(jié)能工程，合理選擇垃圾焚燒鍋爐爐型和煙氣凈化技術(shù)是關(guān)鍵。選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮垃圾的特性，并根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、資源和供熱需求，結(jié)合工程的具體情況，做到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、可靠。
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