哈爾濱垃圾焚燒發(fā)電廠是利用中日綠色援助計劃,在我國興建的一座垃圾焚燒余熱發(fā)電國家級示范工程。該工程采用日本先進的循環(huán)流化床焚燒技術,整個電廠實行電腦網絡平臺監(jiān)控、自動添料和自動調溫調壓,準確高效。采用此種技術垃圾不必分揀,也不必破碎,比較適合目前我國垃圾不分類存放的實際情況。焚燒設備是日本荏原公司生產的雙回旋型循環(huán)流化床生活垃圾焚燒爐,汽機和電氣設備由中方配制。該焚燒爐采用干式噴消石灰+活性炭+布袋除塵器的煙氣凈化工藝,垃圾焚燒爐的排氣經過煙氣凈化設備后,煙氣中各種有害氣體的排放濃度符合GB2848522001國家規(guī)定的排放標準。同時,垃圾池內設有藥液噴灑裝置, 可根據需要向垃圾池噴藥消毒殺菌,減少垃圾臭氣,垃圾池內的污水噴入爐內進行高溫氧化處理,避免了垃圾焚燒電廠對周圍環(huán)境造成的污染。該工程于2000年 8月破土動工, 2002年3月26日焚燒爐正式啟動點火, 2002年10月22日全面竣工投產運行,到2003年底已累計焚燒垃圾11萬t,發(fā)電2700萬kWh時,實現了連續(xù)安全穩(wěn)定運行[ 1 ] 。
1 HCl和SO2 的生成機理及來源
常溫下HCl為無色氣體,有刺激性氣味,極易溶于水而形成鹽酸。HCl對人體的危害很嚴重,并會導致植物葉子褪綠,進而出現變黃、棕、紅至黑色的壞死現象。 HCl對垃圾焚燒設備的危害也很大,會造成過熱器受熱面的高溫腐蝕和尾部受熱面的低溫腐蝕,例如深圳市垃圾焚燒爐過熱器曾經只運行100 d就被HCl高溫腐蝕損毀。
一般認為垃圾焚燒爐煙氣中HCl的來源有2個:
(1)垃圾中的有機氯,如PVC塑料、橡膠和皮革等燃燒時生成HCl;
( 2 ) 垃圾中的無機氯化物如NaCl(來自廚房垃圾) ,與其他物質反應生成HCl,化學反應為[ 2 ] :
H2O + 2NaCl + SO2 + 0. 5O2 -------Na2 SO4 + 2HCl↑
(1)
H2O + 2KCl + SO2 + 0. 5O2 -------K2 SO4 + 2HCl↑
(2)
2NaCl +m SiO2 +H2O---- 2HCl +Na2O·m SiO2
(3)
H2O +MgCl2 + SO2 + 0. 5O2------ MgSO4 + 2HCl↑
(4)
SO2 通常是由垃圾中含硫化物焚燒氧化時產生的,同時流化床垃圾焚燒爐需要燃煤以穩(wěn)定燃燒,也生成部分SO2 , SO2 對大氣污染危害較大。垃圾焚燒尾氣中的這些有害氣體通常采用堿性介質吸收法,最常用的吸收劑為消石灰,該循環(huán)流化床垃圾焚燒爐就是采用噴消石灰來去除煙氣中的HCl和SO2 的。2 消石灰和活性炭噴入系統為了脫除排氣中的HCl和SO2 ,在布袋除塵器之前噴入消石灰,其反應如下:
Ca (OH) 2 + 2HCl ----------CaCl2 + 2H2O (5)
Ca (OH) 2 + SO2 -----------CaSO3 + 2H2O (6)
經反應后氯化氫氣體則變成無害的鹽類CaCl2 , SO2 氣體也變?yōu)闊o害鈣鹽CaSO3。為了降低煙塵中二惡英和重金屬的含量,又設置了活性炭噴入系統。消石灰和活性炭噴入系統的結構、位置基本相同,噴口都是布置在煙氣冷卻塔出口煙道的煙氣紊流片后,由注入風機輸送的消石灰、活性炭粉末與經過紊流片后的煙氣均勻混合,使它們和煙氣中有害物質充分反應,并與煙氣中的粉塵一起被布袋除塵器吸附在濾布上,當煙氣通過濾布時將進一步除去煙氣中的HCl、SO2、二惡英和重金屬等有害物質,并將最終產生的無害鹽類(CaCl2、CaSO3 )及失去活性的活性炭粉末與粉塵一起排出爐外,消石灰噴入系統如圖1所示。
圖1 消石灰噴入系統示意圖Fig. 1 Schematic diagram of lime injection system
正常運行時消石灰的噴入量是根據HCl排放濃度通過煙道上設置HCl檢測分析儀自動調整,通過計算轉數與HCl設定值比較結果來增減向煙道噴射消石灰的量,無須人為操作。干式吸收法脫酸要求Ca (OH) 2 粉末粒徑< 200 目,噴頭性能要求高,否則達不到除酸效果,干法除酸可緩解煙道、布袋除塵器、引風機等設備的腐蝕。
該焚燒爐在布袋除塵器出口配有先進的在線“氯化氫煙氣分析儀(Model HL236 Hydrogen Chlo2ride GasAnalyzer) ”和“NOx、SO2、CO在線測定儀”,在試驗過程中,先將消石灰噴射泵暫停,待布袋除塵器上吸附的消石灰通過壓縮空氣吹掃脫除后,記錄HCl、SO2 濃度作為消石灰噴射量為零時的HCl、SO2濃度,之后增加消石灰噴射量,消石灰脫除HCl、SO2的試驗結果如表1、表2所示[ 3 ] 。
消石灰噴入量與HCl排放濃度的關系如圖2所示,可見當消石灰噴入量為0時,煙氣中未經處理的HCl量較高,達到315 mg/m3 ,隨著消石灰量的增加, HCl排放濃度迅速下降,直至穩(wěn)定在63 mg/m3時消石灰量為325 kg/h左右。HCl去除率與Ca /Cl摩爾比如圖3所示,可見當Ca /Cl摩爾比為9時,相應消石灰耗量為325 kg/h, HCl去除率達到80%。SO2 排放濃度與噴消石灰量的關系如圖4 所示, 可見, 當不噴消石灰時, SO2 濃度為29014 mg/m3 ,隨著消石灰量的增加, SO2 濃度下降非常緩慢,說明噴消石脫除SO2 效果不佳。如圖5所示,在Ca /Cl摩爾比為9時,對應消石灰消耗量為325 kg/h, SO2 去除率僅為20%。
由此可見,干法脫除酸性氣體消石灰利用率不高,宜采用半干法加以改進,以提高吸收劑的利用率。因為半干法在Ca /Cl摩爾比為2 左右時, HCl和SO2 去除率分別可達到90%和60%以上。
圖2 HCl濃度與消石灰噴射量變化關系Fig. 2 Change of HCl emission with lime consump tion
圖3 HCl去除率與Ca /Cl摩爾比的關系Fig. 3 Change of HCl removal efficiency with Ca /Clmole ratio
圖4 噴消石灰量與SO2 濃度的關系Fig. 4 Change of SO2 emission with lime consump tion
圖5 SO2 去除率與Ca /Cl摩爾比的關系Fig. 5 Change of SO2 removal rate with Ca /Clmole ratio
3 消石灰噴射系統的運行
由于垃圾焚燒后HCl和SO2 濃度隨垃圾成分的變化而變化,所以實驗時以消石灰噴射量為零時HCl、SO2 濃度為基準計算HCl、SO2 去除率會帶來一定的誤差。實際運行時24 h內消石灰吹入量與排氣中酸性氣體HCl和SO2排放濃度隨時間的變化關系如圖6所示,可見,當排氣中HCl濃度增加時,消石灰的量也隨著增加,這是因為當排氣中HCl濃度增加時,通過煙道上設置氯化氫煙氣檢測儀的輸出信號,自動控制消石灰給料機的轉數來增加消石灰的噴射量,反之減少消石灰的噴射量。由圖6可見,垃圾焚燒爐排氣中HCl濃度基本上在75 mg/m3左右, SO2 濃度大約在210～250 mg/m3 ,滿足國家排放標準。
圖6 酸性氣體HCl、SO2 排放濃度及消石灰消耗量與時間的關系Fig. 6 Changes of HCl and SO2 emissionsand lime consump tion with time
4 結 論
采用煙氣降溫以及噴消石灰干粉去除垃圾焚燒過程中產生的HCl、SO2 ,試驗結果表明, HCl和SO2的去除率在Ca /Cl摩爾比等于9時分別為80%和20% ,說明干法消石灰利用率不高,宜改為半干法去除HCl、SO2 ,可以提高去除率,降低吸收劑用量,進而提高運行的經濟性。
參考文獻
[ 1 ] 陶麗娟. 循環(huán)流化床垃圾焚燒技術及NOx 排放特性研究[碩士學位論文]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學, 2004
[ 2 ] 李詩媛, 別如山. 城市生活垃圾焚燒過程中二次污染物的生成與控制. 環(huán)境污染治理技術與設備, 2003, 4(3) : 65～66
[ 3 ] 王國慶. 循環(huán)流化床垃圾焚燒爐中污染物的排放與控制研究[碩士學位論文]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學,
