城市生活垃圾焚烧发电技术应用分析

城市生活垃圾焚烧发电技术应用分析 生活垃圾焚烧及其二次污染控制技术分析 武汉都市环保工程技术股份有限公司 李先旺 高级工程师 [内容提要] 根据生活垃圾“无害化、减量化和资源化”的处理要求，大型生活垃圾焚烧 发电工程的建设，是目前和未来大型城市、尤其是特大城市生活垃圾处理的主 要方式。先进适用的大型机械焚烧处理技术，在保障垃圾治理“无害、减量” 的同时，可以有效“回收资源、利用能源”。本文针对我国特大型或大型城市生 活垃圾的物料特性，结合建设中的上海、广州和武汉等城市生活垃圾焚烧发电 工程技术交流经验，分析了垃圾焚烧工艺的主要技术特点，并就垃圾焚烧产生 的二次污染问题，详细论述了主要污染源特性、控制标准和控制技术。 1(概述 目前～关于城市生活垃圾的处理～欧洲、美洲和日本、台湾等一些发达国家和地区政府～已经或正在制定严格限制填埋原始垃圾的法令。焚烧处理减容率高～无害化效果良好～是特大型或大型城市治理垃圾污染和利用资源的有效方法。瑞士、日本、丹麦、法国、德国、荷兰、瑞典等国家～焚烧垃圾并配套发电、供热～是城市垃圾处理的主要手段。瑞士城市垃圾80%采用焚烧～日本、丹麦的垃圾焚烧率也达70%以上～新加坡、澳门的垃圾焚烧处理达100%。 根据城市生活垃圾的物料特性～应用高温焚烧发电技术～采取规范型工厂模式、规模处理城市生活垃圾～达到“无害化、减量化和资源化” 垃圾综合处理要求～是目前我国大型、特大型城市生活垃圾消纳的主要发展方向之一。 国内～部分大中城市和科研院校、锅炉制造厂和环保公司～亦在迅速引进、消化国外先进技术～合作开发、研制～适于中国垃圾特点的多种焚烧及烟气处理技术和成套设备。 大型垃圾焚烧处理工程建设～以安全、可靠的焚烧处理生活垃圾为主要目的～同时高效率、低成本的回收热能发电。工程建设的基本原则是: 1). “无害化、减量化和资源化”综合处理城市生活垃圾～遵守国家环境保护和能源利用政策, 132 2). 依据准确的垃圾特性资料～保证垃圾焚烧工程的资源条件可靠, 3). 采用先进、成熟的垃圾焚烧技术～选用适用、可靠的焚烧设备, 4). 采用先进、成熟的烟气、污水净化技术～严格控制二次污染, 5). 合理优化垃圾焚烧处理工程设计～控制工程造价～节约投资和用地, 6). 主要设备配臵和系统参数拟定～充分考虑技术、经济性的协调, 7). 功能完整协调～技术先进适用～保障全厂安全、可靠和高效运行。 其中～垃圾源特性分析、垃圾焚烧处理及其二次污染控制技术～是垃圾焚烧处理工程的关键技术～本文拟结合目前建设中上海、广州和武汉等垃圾焚烧处理工程技术交流资料～就大型垃圾焚烧处理工程中有关应用技术概要分析。 2(垃圾物料特性 城市生活垃圾物料特性～是建设垃圾焚烧处理工程的基础。 目前的统计、分析数据显示～我国特大型、大型城市生活垃圾的物料特性～基本适宜混合焚烧。 2.1 垃圾来源及组成 城市生活垃圾来源～主要包括9类: 1). 商业机构:商业网点、旅游服务、供销批发、仓储、农贸市场等产生的商业垃圾和菜场垃圾, 2). 行政事业单位:党政机关、社会团体、金融保险、学校、科研设计单位等产生的办公及生活垃圾, 3). 医疗卫生单位:医院、卫生保健机构等产生的医院垃圾, 4). 建筑业:城市建、构筑物装潢、维修等产生的固体废弃物, 5). 工业:主要是企业职工在单位产生、并由环卫部门清收的生活垃圾～包括少量小型企业工业生产过程中产生的一些固体废弃物, 6). 交通运输业:汽车、火车、飞机和轮船等交通运输场所产生的固体废弃物, 7). 露天广场:道路、广场和公园等清收的垃圾～包括果皮纸屑～树枝草叶～灰渣等, 8). 居民家庭:城市居民生活中产生的固体废弃物～如厨渣、废旧物品、用具等, 9). 其他方面:如江河湖泊中清收的漂流(浮)物等。 根据武汉、上海和广州等城市统计资料～城市生活垃圾的不同产生源中～以居民家庭垃圾为主～其次是工商业垃圾来源较多～但这些来源呈下降趋势,建筑装潢、医疗、包装运输等垃圾量在增加。 133 城市生活垃圾～来源复杂～组成也很复杂～按有机物和无机物分类: 有机物质主要包括:厨渣、纸张、果皮、塑料、毛骨、橡胶、皮革、纺纤、木杂碎等～这些物质～含有一定的可燃成分～适用焚烧处理, 无机物质主要由煤灰渣、玻璃、金属、陶瓷、砖瓦等组成～这些成分物性稳定～减容性差～不宜采用焚烧处理。 近年来～随着各大城市市政、公用设施建设的迅速发展～城市电力供应和燃气化率大幅度增加～居民生活和消费水平提高～垃圾中的有机物含量在增加～无机物含量在逐渐降低。 以武汉市城市居民生活垃圾为例～典型参考年份主要组成及有关含量如下: 1999年，% 序成 分 1994年，% 1997年，% 号 燃煤城区 燃气城区 1 厨 渣 27.86 47.56 51.49 53.87 2 纸 杂 4.33 7.99 2.86 6.91 3 瓜皮、果杂 7.64 11.18 3.80 8.32 4 塑 料 3.91 8.68 6.32 8.00 5 毛 骨 3.66 4.84 2.19 3.22 6 橡胶、皮革 0.59 0.32 1.02 0.92 7 纺 纤 1.33 1.28 1.18 1.32 8 木杂、枝草 1.41 0.88 1.89 0.64 9 有机物合计 50.73 82.72 70.75 83.20 10 煤渣、煤灰 42.03 12.10 26.60 2.92 11 玻 璃 2.60 3.15 2.02 4.08 12 金 属 0.69 0.89 0.52 0.97 13 陶瓷、转瓦 3.95 1.15 0.11 8.83 14 无机物合计 49.27 17.28 29.25 16.80 3315 容 重 / / 409.5 kg/ m 353.1 kg/m 16 含 水 率 ~45.2 ~56 ~50 ~57 2.2 垃圾物料特性 根据我国大型、特大型城市目前的发展状况～城市生活垃圾～具有垃圾源相对集中于城区、垃圾量随季节性变化较大、组成复杂、热值较低、含水率较高等特点。 现有垃圾物性调查资料显示: 1). 城市生活垃圾的含水率约40%~60%～水量较高。 2). 城市生活垃圾的发热值～未经分选的混合物料～其低位发热值约为(1,000 ~1,600)x4.18kJ/kg～部分相对发达城市的中心城区垃圾低位发热值达1,600 ~1,800)x4.18kJ/kg,经过集中转运、分选的可燃固废低位发热值达2,000 ~2,200)x4.18kJ/kg。 根据预测～随着生活水平的逐步提高和居民环保意识的增强～垃圾分类投放 134 和收集将普及～供给焚烧处理工厂的垃圾中～有机物料比例亦会逐步增加～参照国内外其他大型城市的经验～5~10年后～我国特大城市的城区生活垃圾的发热值～将会达到(1,500 ~1,800)x4.18kJ/kg。 武汉、上海和广州等特大城市的生活垃圾焚烧发电工程～垃圾特性设计资料: 垃圾热值(LHV, x4.18kJ/kg) 垃圾含水率(%,重量百分比) 序号 城 市 设计值 设计范围 原始垃圾 入炉垃圾 1 上海 1,500 1,000-2,200 56-60 <45 2 广州 1,800 1,250-2,200 50-55 <45 3 武汉 1,600 1,000-2,200 45-60 <45 2.3 垃圾量 大型、特大型城市常住人口和流动人口相对稳定～生活垃圾的产生量约(0.8~1.2)kg/(人天)～夏季略高～平均约1 kg/(人天)。城市生活垃圾总量数量巨大～且持续产生～相对稳定。 4以武汉市、广州市为例～近几年来生活垃圾的年清运量～均超过了160x10吨～日平均(4,5005,200) t/d～夏季最大约6,000 t/d。 面对巨量的城市生活垃圾及其潜在的污染压力～应用先进成熟的高温焚烧技术～配套大型垃圾焚烧处理设备～建设城市生活垃圾焚烧发电工程～对于持续、稳定、安全、可靠地消纳大量的城市生活垃圾～改善城市人居环境～保障城市经济可持续发展～极其必要,同时～目前统计、分析数据显示～特大城市生活垃圾物料特性(关键是低位发热值)和物料供给保障～适于大型焚烧处理。 3(垃圾焚烧技术 3.1 垃圾焚烧机理 基于城市生活垃圾的复杂物料特性～其焚烧机理与常规动力燃料如燃煤、燃油和燃气等比较～有着显著区别: 3.1.1 焚烧炉膛维持中温燃烧 大型垃圾焚烧炉～主要采用混合垃圾入炉～物料热值较低～水分较高～且密度较小～可燃成份燃烧速率较高～焚烧炉膛主要采用中温燃烧～炉膛温度一般维持在(900~1200)ºC。与燃用常规动力煤、油或燃气锅炉比较～垃圾焚烧炉膛温度约低(400~600)ºC。 垃圾焚烧炉膛维持中温燃烧～既是焚烧原料能量所限制～也是焚烧产物控制所要求。 垃圾焚烧过程中释放的热能～除满足物料自身的干燥、着火和燃烬要求 (低位热值约需800x4.18kJ/kg)外～按城市生活垃圾具有的总热量 (低位热值约 135 (1,500~1800)x4.18kJ/kg) 炉膛温度只能维持在(900~1200)ºC。对于部分热值偏低的垃圾组份～必须采用绝热炉膛或投燃辅油～才能维持中温燃烧环境。 在保证垃圾燃烬的同时～控制垃圾焚烧产生的二次污染～也需要维持中温燃烧:垃圾中的细菌病毒等杀灭,焚烧残渣中有机碳含量<(3-5)%,焚烧烟气中可能形成的二恶英、呋喃等特殊毒害性气体～温度场必须保证温度>850ºC、时间持续>2s的环境等。 为了维持中温燃烧～垃圾焚烧强调垃圾特性适宜～如热值、含水率、均匀、足量等～且燃烧空气需要稳定加热(一般一次空气需预热到200ºC)～燃烧控制需要采用连续监视、调节等。 3.1.2 焚烧产生的烟气具有强烈的腐蚀性、毒害性 生活垃圾中塑料、橡胶等物料富含Cl、F等成份～焚烧产生的烟气中HCl、HF等酸性气体浓度较高～对焚烧炉膛及其配套的热能回收锅炉冷却构件具有强烈的高温腐蚀特性。与常规燃煤锅炉存在的煤粉对水冷构件形成的磨损特性比较～垃圾焚烧炉主要考虑防止酸性烟气腐蚀～对流受热面的入口烟气温度要求控制在<(630-650)ºC。 同时～垃圾焚烧过程中～由于存在大量的C、H、O和Cl元素～可能产生大量的二恶英、呋喃等特殊毒害性气体～其结构稳定～毒性极强～对人体和生物具有严重危害。 二恶英、呋喃等气体～在低温 (250~350)? 条件下大分子碳 (残碳) 与飞灰基质中的有机或无机氯可以合成,在(750~800)?、且氧过剩环境中时极易生成的不完全燃烧物及飞灰表面的不均匀催化反应形成的多种有机气相前驱物～亦可以合成。残碳氧化时～有(65~75)%转变为一氧化碳～1%转为氯苯转变为PCDD～飞灰中碳的气化率越高～PCDD的生成量也越大。 为了控制二恶英、呋喃等特殊毒害性气体的产生～垃圾焚烧炉膛必须保持较高的温度场～烟气可能存在多种有机气相前驱物～通过控制其在>850?的温度环境中经过持续2s以上的燃烧～可以控制、防止其形成。 3.1.3 垃圾微正压焚烧～烟气微负压排放 生活垃圾焚烧过程中～为了保证垃圾燃烬～炉排不仅具有推送物料的基本功能～而且设计有特殊的结构型式和运动轨迹～强化翻搅物料～同时～助燃空气(60~70)%经过预热形成一次风～通过炉排鼓入焚烧炉膛～提供燃烧所必要的氧气、冷却炉排、扰动燃烧料层。焚烧炉膛处于微正压状态。 垃圾中废弃塑料、橡胶等高分子物料燃烧和大量的水份汽化～使焚烧炉产生的烟气量较大。由于烟气温度较低～为了保证热能回收效率～垃圾焚烧炉配套的热能回收锅炉需要配臵比同等蒸发量的常规燃料锅炉更多受热面(主要是对流受热 136 面)。锅炉烟道和后续的烟气净化系统～由引风机抽吸烟气建立微负压环境。 为了减少烟气中携带的灰份对锅炉对流受热面的污染、同时改善后续烟气净化处理系统中布袋除尘器的运行条件～保证燃烬的同时～需要平衡微正压垃圾燃烧系统和微负压烟气排放系统的零压力点～协调控制烟气的飞灰浓度和排烟温度。 3.2 垃圾焚烧设备 目前世界上应用于焚烧固体废弃物的各种型号 规格 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 的焚烧炉已达上百种～按燃烧方式可分为高温机械焚烧炉、热解焚烧炉及流化床焚烧炉。 3.2.1 高温机械焚烧炉 高温机械焚烧炉～在煤的燃烧设备中得到广泛应用～在垃圾的焚烧发展历史中也最长～国内外层状燃烧设备结构形式多种多样～主要差别在于传动式炉排机构的不同～而这也是高温机械焚烧设备性能好坏的关键。 根据炉排形式～机械焚烧炉可分为:固定式炉排炉、往复式炉排炉、移动式炉排炉、多阶辊筒炉排炉等。根据炉排的推动方向不同～炉排具有顺推式和逆推式两种方式。 机械焚烧炉炉膛～具有干燥区、点火区、燃烧区和燃烬区等分区特点。 高温机械焚烧炉工艺中～生活垃圾直接在炉排上的900C~1,200C高温环境中～经干燥、着火、富氧燃烧、燃烬。燃烧产生的高温烟气～进入与焚烧炉一体式结构的余热锅炉～生产蒸汽。垃圾焚烧的减容量约85%~90%。 机械焚烧炉的关键设备是焚烧炉排。根据我国大型城市的垃圾特点～著名的德国DBA、瑞士ABB、法国ALSTOM和日本三菱公司、荏原(Ebara)公司等公司～均开发、制造出适应高水份、低热值和大型化的生活垃圾焚烧设备～如:上海浦东生活垃圾焚烧电厂(ALSTOM提供的倾斜逆推式炉排焚烧炉)、广州李坑生活垃圾焚烧发电厂(DBA提供的阶梯辊式炉排焚烧炉)、北京朝阳区MSW(城市固体废弃物)焚烧电厂(ABB提供的水平双动式炉排焚烧炉)、宁波生活垃圾焚烧发电厂(德国诺尔公司提供的阶梯蓖式焚烧炉)均将未经分拣的城市垃圾～直接采用机械焚烧炉、高温焚烧工艺处理。 主要的几种机械焚烧炉的工艺特点叙述如下: (1) 多阶滚筒炉排 多阶滚筒炉排炉的典范是德国巴高克(DEUTSCHE BABCOCK)的平行流倾斜滚动炉排焚烧炉～该炉采用炉辊模块化设计～炉辊直径Φ1.5米～数量为5~7个炉辊～根据容量选定。倾斜角度20?～炉辊间有密封装臵～辊上垃圾堆高约500mm,一次风从炉辊下进入炉膛～炉膛燃烧温度1200?～垃圾得到充分的搅动～炉排得到很好的冷却～由于炉辊上炉排片可拆换～所以使用寿命长～维修更换方便～燃烧温度高～烟气在高温区停留时间长～锅炉出口有毒污染物浓度低。 137 (2) 倾斜逆推式炉排 ABB ALSTOM POWER的SITY 2000技术～也是具有代表性的垃圾焚烧技术～焚烧炉采用的倾斜式倒转活动炉排～炉排倾角24?～通过活动炉排每5分钟一次的上下运动～使垃圾翻转～充分燃烬～炉排由一次风冷却～炉排的使用寿命可达10~20年。 高温燃烧法处理生活垃圾～主要有下列特点: ?技术成熟～垃圾预处理要求较低～适宜焚烧城市生活垃圾。 ?高温焚烧～垃圾快速燃烬～燃烧效率较高～垃圾减容效果较好。 ?余热锅炉和焚烧炉结构紧凑～热能回收参数稳定,且根据需要～可以配套高参数的汽水循环系统～能源回收和利用率高。 ?垃圾产生的高浓度污水～可以利用高温焚烧处理。 ?设备单机处理能力100~700 t/d～适宜大规模垃圾处理。 ?高温焚烧垃圾时～高温烟气腐蚀、磨损较严重。橡塑垃圾在高温炉膛(排)直接焚烧～烟气中HCl和灰尘浓度较高～高温环境中具有较强的腐蚀性～有关设备需要采用高标准的优质材料～成本较高～且必须配套完善的烟气净化装臵和除尘设备。 ?高温焚烧炉的炉排制造和炉排运动控制技术要求较高。目前国外专业开发商具有丰富的制造经验和良好业绩～国内开发、研制的小型垃圾焚烧装臵～炉排均需引进～以保证运行可靠～维持较高的使用寿命。 ?城市生活垃圾采用高温焚烧处理～工艺复杂～技术先进～二次污染控制系统完整～基建投资相对较高～但运行成本相对较低～工厂自用电率约18%~25%～是大型垃圾处理工厂首选的工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 。 3.2.2 热解焚烧炉 垃圾热解焚烧～是根据控制燃烧理论～将生活垃圾在中温(~600C)状态下～控制给氧量～促使垃圾分解成可燃性气体～然后在高温室(>1,000C)～可燃气体充分燃烧～并通过余热锅炉回收利用热能。 生活垃圾采用热解焚烧处理～余热锅炉排出的烟气中～灰尘和HCl浓度较低～无须复杂的收尘和净化装臵～亦可满足烟气排放标准。只有在固体废弃物或生活垃圾中含Cl塑料或橡胶较多时～才配套必要的烟气净化装臵。 热解焚烧法处理生活垃圾～主要有下列特点: ?适于处理发热值较低的城市生活垃圾～可以稳定焚烧低位发热值800x4.18 kJ/kg、未经分选的生活垃圾。 ?采用控制燃烧技术～垃圾中的有害物质～通过中温分解和高温燃烧～烟气中有害成分浓度低～二次污染小。 138 ?垃圾燃烧彻底～热能回收效率高,不可燃物如钢铁、有色金属和玻璃等～没有烧损～可以卫生、经济地回收利用。 ?垃圾焚烧可以和热能回收系统配合运行～也可以独立运行～垃圾处理可靠性高。 ?热解焚烧装臵～结构简单～且炉排在中温条件下使用～寿命较长～维护量小～安全可靠。而且～由于要求配套的烟气净化系统简单或仅供备选～可以相对降低工程造价～减少工厂占地面积。 ?热解焚烧装臵～垃圾处理能力较小。现使用中的热解焚烧炉～单台处理生活垃圾量为50~100 t/d～宜在中小型垃圾处理工程中应用。 ?城市生活垃圾采用热解焚烧处理～工艺相对简单～二次污染控制系统多供选配～基建投资低～运行成本也较低～工厂自用电率约20%~30%～是中小型垃圾处理工厂首选的工艺流程。 3.2.3 流化床焚烧炉 垃圾流化焚烧～是利用劣质煤洁净燃烧技术～采用异重流化床或内循环流化床焚烧处理生活垃圾的新技术。 异重流化床焚烧炉～气-固混合强烈～传热传质速率高～具有较好的着火条件。垃圾入炉后～和炽热的石英砂迅速混合～垃圾受到充分加热、干燥～有利于完全燃烧。流化床采用石英砂作为热载体～蓄热量大～燃烧稳定性较好～炉温均匀～较少局部过热。 垃圾流化床焚烧～炉膛温度800C~900C～过剩空气系数小～能有效在炉内控制NOx、SOx及Dioxins等二次污染物的产生。垃圾在炉内循环燃烧～可燃物和有害成分燃烧充分～燃烬率高。 新型内循环流化床焚烧炉(ICFB～日本EBARA研制)～还可以适应多品种燃料的混合焚烧～煤、MSW和普通生活垃圾～燃料的热值虽然有变化～但流动层的温度控制在800~850C～流化层的温度维持稳定～燃烧及循环效果良好。 流化焚烧法处理生活垃圾～主要有下列特点: ? 垃圾种类适应性强～燃烧稳定性较好。 ? 垃圾燃烬充分～减量化程度高。 ? 污染物排放量较少～且可利用炉内气-固混合强烈的特点～加入少量的石灰石等添加剂～可除去大部分SOx、HCl等气体～减少尾气净化负担。 ? 流化床垃圾焚烧～掺有大量的石英砂循环～可以强化传热～有利于稳定燃烧～但同时对炉体受热面具有较严重的磨损。 ?城市生活垃圾采用流化焚烧处理～工厂自用电率约20%~30%～运行成本较高。流化焚烧工艺适宜于中型垃圾处理工厂。 139 4(二次污染控制 生活垃圾焚烧处理的目的是治理城市生活垃圾污染。垃圾焚烧处理过程中二次污染控制～是垃圾焚烧发电厂的关键技术。 4.1 主要二次污染源 生活垃圾高温焚烧处理～潜在的二次污染源包括: 1) 焚烧过程产生的烟气形成的气体污染源, 2) 焚烧残渣及烟气净化系统收集的灰尘和反应生成物形成的固体污染源, 3) 垃圾存储期间产生的渗滤液形成的液体污染源, 4) 垃圾散发的特有恶臭气体污染源, 5) 垃圾焚烧厂噪音污染源。 4.2 烟气污染及其控制 垃圾焚烧过程中产生的大量烟气～是垃圾焚烧发电厂的主要二次污染源～烟气净化处理工艺和烟气排放标准～也是垃圾焚烧发电厂的关键控制技术。 4.2.1 烟气污染物及其特性 垃圾燃烧后产生的烟气成分与垃圾组分有关～典型的垃圾焚烧烟气中主要污染物有以下几类: (1) 酸性气体: 主要是垃圾中的氯、氟与燃烧的碳氢化合物反应形成的HCl与HF～垃圾中的硫、氮氧化形成的SOx与NOx。酸性气体对人体健康或生物生长有害～对金属设备具有腐蚀特性。 (2) 微量有机化合物:主要是垃圾中的氯、碳水化合物等在特殊温度场和特殊触媒作用下反应生成的微量有机化合物～如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、甲醛、二恶英(PCDD)及呋喃(PCDF)等。微量有机化合物结构比较稳定～对人或生物具有强烈的毒害作用。 (3) 金属化合物(重金属): 垃圾焚烧烟气中的金属化合物一般由垃圾中所含的金属氧化物和盐类组成。这些金属来源于垃圾中的油漆、电池、灯管、化学溶剂、废油、油墨等～其中含有汞、镉、铅等微量有害元素。烟气中的重金属元素～高温环境中呈游离气态～中、低温环境中附聚于烟尘或反应生成物中。重金属元素对人体健康或生物成长具有不良影响。 (4) 未完全燃烧产物: 主要是未完全燃烧产生的CO。 (5) 烟尘: 主要是烟气中夹带的不可燃物质及燃烧产物～其中35%是粒子直径小于15μm的灰尘～而且含有Pb、Ni、Cd、Hg、Cr等重金属粒子～对人体健康具有不良影响。 140 4.2.2 垃圾焚烧烟气污染物典型成份 以处理能力450t/d的大型垃圾焚烧炉为例～额定工况下正常运行～其配套的 3余热锅炉出口处烟气流量约(80,000~100,000) Nm/h～温度约190~240 ?～烟气中污染物典型成份及浓度如下(*在配设SNCR系统之后): 序号 污染物名称 单 位 变化范围 设 计 值 31 烟 尘 mg/Nm 5000~10000 5000~10000 32 HCl mg/Nm 800-1800 1500 33 HF mg/Nm 5--50 50 34 SOx mg/Nm 400-800 500 35 NOx mg/Nm 300-400 <240* 36 CO mg/Nm 100 37 Hg mg/Nm 0.5 ~5 1 38 Cd mg/Nm 0.5 ~5 4 39 Pb+Cr+As+Zn mg/Nm 100 此外～在燃烧过程中还会产生二恶英(PCDDs)及二苯呋喃(PCDFs)等一类有毒物质。 4.2.3 烟气排放标准 本工程执行的烟气排放标准: 中国国标实际控制指标 序号 污染物名称 单 位 欧盟标准 GWBK-2000 (广州资源电厂) 3 1 颗粒物 mg/Nm30 80 10 32 HCl mg/Nm 50 75 50 33 HF mg/Nm 2 - 2 34 NO mg/Nm - 400 240 X35 SO mg/Nm 300 260 100 X36 CO mg/Nm 100 150 100 37 TOC mg/Nm 20 - - 38 Hg及其化合物 mg/Nm 0.1 0.2 0.1 39 Cd及其化合物 mg/Nm 0.1 0.1 0.1 310 Pb及其化合物 mg/Nm - 1.6 0.5 311 其他重金属 mg/Nm 6 - - 12 烟气黑度 林格曼级 - 1 1 313 二恶英类 ngTEQ/Nm - 1.0 0.1 注:以干基、O含量10%计。 2 4.2.4 烟气净化处理技术 烟气净化处理～必须采用成熟的技术和性能安全、可靠的先进设备～确保垃圾焚烧过程中产生的和烟气处理过程中再次合成的有害物质完全得到净化～满足 141 国家和工程所在地及设备供货商所在国家地区环保排放标准要求(即“三标”要求)。同时～二次污染物治理～应与焚烧工艺密切配合～控制污染源～降低净化系统的运行费用和设备造价～适应总体布臵并节省占地。 早期的二次污染控制技术～主要是应用石灰干粉与热烟气直接接触反应的干法烟气净化工艺～因其石灰利用率低～污染物净化率(50~60)%～难以满足日益严格的烟气排放标准。目前常用的烟气净化系统～在控制燃烧、控制烟气携尘量和污染物生成量的同时～主要采用半干法和湿法烟气净化技术～达标排放烟气。 (1) 半干法工艺 基于流化原理的半干法工艺～是石灰浆与热烟气在喷雾反应塔内通过吸附、中和反应～水分基本蒸发～较大固态颗粒反应物沉降排出～飞灰再经袋滤除尘器收集去除。在喷雾反应塔和收尘器之间～通过混粉器向系统中加入活性碳粉～吸附烟气中的重金属。 采用该工艺需要设臵石灰浆配臵系统和活性碳喷混系统～工艺较为简单～可满足排放标准～实际应用较多。 (2) 湿法工艺 基于对不同污染物分步处理的湿法烟气净化工艺～先经过静电除尘器除尘～烟气再经过冷却后由湿式洗涤塔分离出气态HCl、SOx和重金属～以达到预期排放指标。 采用该工艺需要设臵石灰浆配臵系统和污水处理系统。 此外～烟气净化处理还有冷凝法、混合法等工艺～目前应用尚不普遍。 (3) 典型烟气净化系统 半干法和湿法工艺～均包括下列典型净化系统: 1). 喷氨脱硝系统(SNCR):在焚烧炉内控温、控氧燃烧(控制氮氧化物的形成)的同时～炉内喷氨进行非选择性催化还原反应～降低烟气中氮氧化物的含量。 2). 喷浆脱酸系统:在旋转喷雾反应塔内～喷混活性石灰浆液 (雾)进行中和反应～降低烟气中SOx、HCl和HF等酸性气体的含量。 3). 喷粉脱毒系统:在控温、控氧、控时燃烧的(控制二恶英及呋喃类物质的形成)同时～于经过脱酸的烟气中喷混活性碳粉～吸附二恶英、呋喃类毒性气体和铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)及镉(Cd)等有害重金属元素。 4). 袋滤收尘系统:在用布袋过滤收尘设备～过滤、收集烟气中的灰尘和烟气净化工艺产生的反应生成物。滤袋材料采用耐热、耐腐蚀的化学纤维织造～并涂覆憎水涂料特氟隆～不仅能清除大量的烟尘～而且对微细的颗粒物也有很好的去除率～尤其是对重金属、PCDDs/PCDFs等均能吸附在滤袋上与烟尘一起被收集下来,并具有二次去除酸性气体作用～上游的酸性气体去除设备中未及反应的碱性药剂和细灰均能吸附在滤袋上～在烟气通过时再次和酸性气体反应。同时～具 3有长效耐用寿命～且便于清灰～保持烟尘的排放浓度控制在10mg/Nm以下。 5). 单元制烟囱:每条焚烧线对应一个烟囱～在线连续检测、调节控制燃烧 142 和烟气净化系统的各种药剂投加量～确保主动控制污染物排放指标满足环保要求。烟囱高度根据环境影响评价结果确定～一般(60~90)m～以利于净化后的烟气抬升、稀释和扩散。 新兴大型垃圾焚烧工程配套的典型烟气净化系统～烟气中污染物常规项目主要采用在线连续检测～闭环调节、控制燃烧过程和烟气净化处理过程运行,特殊指标如二恶英/呋喃类物质、重金属类物质～主要实行长期监测、定期检测和评价。定期检测频度～在项目建成第一阶段应每月检测一次～连续三次,第二阶段以后可则每季度一次～连续三次,再以后宜每半年一次。 4.3 渣灰污染及其控制 生活垃圾高温焚烧后～固体废弃物包括焚烧残渣和烟气中收集的飞灰及反应生成物。根据炉渣和灰尘的物性～处臵不当～亦会造成二次污染～尤其是垃圾焚烧产生的烟气中～经过净化系统收集的飞灰和反应生成物～附聚毒害性物质～属高危废弃物料～需要安全、卫生处臵。 4.3.1 渣、灰特性 采用先进、成熟的大型垃圾焚烧设备和典型的烟气净化处理工艺～生活垃圾经过高温焚烧后～垃圾减量、减容显著～日处理900t/d的典型焚烧厂～渣灰总量约(50~100) t/d。 高温焚烧形成的残渣～残碳率<(3~5)%～金属经过分离回收～物性稳定～不再具有类似源生垃圾的污染特性。 垃圾焚烧产生的烟气携带的灰尘和烟气净化系统反应生成物～欧洲环保政策归类为危险固废～主要是吸附有二恶英、呋喃类有机毒性物质和铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)及镉(Cd)等有害重金属元素。 根据运行中的大型生活垃圾焚烧厂的实际分析、测试资料～渣、灰和反应生成物的主要成份～典型组份如下: 序号 主要成份 单位 炉渣 焚烧飞灰 反应生成物 1 SiO % 45 2~9 1~9 2 2 FeO % 5 0.5~4 0.4~3 23 3 AlO % 16 4~16 1~6 23 4 CaO % 10 30~60 40~80 5 Cl % - 2~10 4~15 6 硫酸盐 % - 1~4 1~4 7 Pb mg/kg - 2000~10000 4000~10000 8 Cd mg/kg - 100~200 100~350 9 Hg mg/kg - 1~8 1~14 10 Ne mg/kg - 20~90 30~100 11 Zn mg/kg - 3000~6000 4500~9500 12 Cu mg/kg - 500~1200 700~2000 13 Cr mg/kg - 10~60 30~90 4.3.2 焚烧残渣处理 生活垃圾采用高温焚烧处理～炉渣物性稳定～主要采用卫生填埋处理～不会 143 形成二次污染。 根据炉渣的物性特点～炉渣除填埋过程中用于填埋场的中间覆盖、建筑回填土、路基填方等简单利用外～生活垃圾焚烧残渣～亦可根据分析结果～配套综合利用设施～添加适宜掺合料用于制作城市简易路面砖或绿化场所铺地骨材。 4.3.3 灰尘及反应生成物处理 国内有关垃圾焚烧产生的飞灰及反应生产物安全处臵的研究～目前尚处于起步阶段,国外经过多年研究成果和工程经验～美国、欧共体国家和日本等政府均明确规定～垃圾焚烧产生的飞灰和烟气净化系统产生的反应生成物～必须卫生填埋。 飞灰和反应生成物填埋前～需采用必要预处臵措施～如带袋填埋、水泥固化等～以防止作业过程中的灰尘飞逸或长期的场地雨水侵蚀～造成重金属浸出。 水泥固化对于含有微量重金属的有害固废效果良好。在固化过程中～由于水泥具有较高的PH值～使得灰尘中的重金属离子在碱性条件下～可以生成难溶于水的氢氧化物或碳酸盐等。同时～部分重金属离子可以固定在水泥基体的晶格中～从而有效防治重金属的浸出。 水泥固化的固化剂采用硅酸盐水泥～主要成份为硅酸钙。 水泥固化处理过程中～为了改善固化条件～提高固化体的质量～应适量掺混适宜的添加剂。常用的添加剂包括:吸附剂(活性氧化铝或蛭石)～缓凝剂(柠檬酸或硼酸盐)～促凝剂(水玻璃或碳酸钠)和减水剂(表面活性剂)等。 典型的灰尘固化处理过程: 1) 卸灰加湿、掺混固化剂和添加剂制块或造球～干燥～非密封要求的车辆运输至填埋场卫生填埋, 2) 卸灰加湿、掺混固化剂和添加剂～密封罐车运输(运输过程中搅拌、均匀)～填埋场内专用填埋区卸车、干结、埋覆。 4.4 渗滤液污染及其控制 垃圾焚烧处理工厂的垃圾渗滤液～主要是高水份垃圾在储存仓内混合、整理过程中自然沥出、组织收集的垃圾储坑污水。 垃圾渗滤液的总量较小～但成份复杂～处臵困难～处理不当亦是主要的二次污染源。 4.4.1 渗滤液特性 生活垃圾的含水率约(50~60)%～入炉含水率要求控制在(40~45)%～所以约有10%的水份需要在垃圾焚烧厂的垃圾储存仓内沥出。日处理能力900t/d的大型生 3活垃圾焚烧厂～渗滤液产生量约(3~4) m/h。 垃圾渗滤液为高浓度有机废水～典型分析资料显示～垃圾渗滤液中主要成分 144 及其含量为: CODcr 50,000~70,000 mg/l , SS 9,000~14,000 mg/l BOD 18,000~26,000 mg/l , T-N 2,500 ~ 3,200 mg/ 5 NH-N 220 ~ 280 mg/ , T-P 90 ~ 120 mg/l 3 PH 7.5 ~ 8.5 此外～渗滤液收集、预沉和储存期间～会有一定量的厌氧或好氧反应～产生沼气(CH)和CO～且由于垃圾中混有部分电池、灯管等特殊污染源～渗滤液中还42 含有微量的重金属元素。 垃圾焚烧发电厂的渗滤液～主要特性为:污水量小、有机污浓度高。 垃圾焚烧发电厂的污水排放要求～按GB8978-1996或工程所在地政府规定排放标准执行。以广州为例～需要依据《广州市污水排放标准》(DB44 37-90)中新扩改一级标准。主要控制指标如下: 序号 污染物 国家标准GB8978-1996 广州市标准DB44 37-90 1 pH 6,9 6,9 2 SS 70 mg/l 70 mg/l 3 BOD30 mg/l 30 mg/l 5 4 COD100 mg/l 80 mg/l cr 5 氨氮 15 mg/l 10 mg/l 6 石油类 10 mg/l 5 mg/l 7 动植物油 20 mg/l 10 mg/l 4.4.2 渗滤液处理 由于垃圾渗滤液产量较小～但其中COD、BOD浓度较高～采用常规物理、化学和生物处理技术～单位处理成本极高～但效果较差～难以达到GB8978-1996标准和垃圾焚烧发电厂所在地的污水排放标准要求～所以～目前垃圾焚烧处理厂的渗滤液～主要采用浓缩焚烧或排往附近的大型污水厂稀释后集中处理。 (1) 浓缩焚烧处理 垃圾渗滤液采用焚烧处理～包括收集、预沉淀、浓缩、喷浆、焚烧等过程～成份复杂的有机废水及其携带的微量重金属～在炉膛内高温环境中～所有有机物质被焚烧～热能可以回收～污染物随烟气进入净化系统～可以有效控制。实际上污水污染控制被转化为烟气污染控制。 渗滤液收集系统～既要有效冲洗导滤沟～又要控制附加水量。污水转化为烟气～不仅浓缩、焚烧需要消耗能量～而且烟气净化系统需要增加相应的化学药剂耗量。目前改良型渗滤液收集系统～主要采用控水接力冲洗方式:垃圾储存坑内的垃圾渗滤液～自沥进入渗滤液引导沟后～采用高压水接力冲洗、集中自然沉降分离后～部分水循环使用～只有污染物浓度较高的污水进入浓缩系统。 145 渗滤液浓缩系统～主要采用蒸汽加热污水～为了避免介质品质的污染～加热 3器均为非接触型面式加热型式。渗滤液的浓缩率为5:1～如(3~4) m/h的渗滤液～ 3经过浓缩处理后～大部分水份被蒸发回用～只会产生约(0.6~0.8) m/h浓液。 浓液经浆液泵加压喷入焚烧炉内高温焚烧。 (2) 稀释生化处理 渗滤液高温焚烧～可有效控制污水排放造成的污染～安全可靠。但由于污水喷入炉膛导致能量消耗、烟气量增加、烟气净化处理系统负荷加重～所以不是最经济的处理方式。 考虑到目前城市固废污染治理的同时～城市生活污水的治理亦在同步进行～ 结合市政污水处理系统的应用技术成熟、处理能力大、排放标准满足标准要求、安全可靠、成本低廉等技术、经济优势～新建大型垃圾焚烧工程～均优先考虑 将垃圾渗滤液集中纳入规模化、规范化的市政污水处理系统。 3典型的区域污水处理厂～生活污水处理能力均超过30,000m/d/(一般均达到 33(50,000~200,000) m/d)～对于垃圾焚烧厂不足100 m/d的垃圾渗滤液掺混其中～水量、水质均对市政污水处理系统影响甚微。但与垃圾焚烧厂独立配套渗滤液处理系统比较～集中处理～则可在保障安全可靠的同时～有效降低处理成本～提供垃圾焚烧系统的经济性。 所以～在条件具备的情况下～垃圾渗滤液宜优先选择供送到市政污水处理系统稀释生化处理。 4.5 恶臭气体污染及其控制 垃圾焚烧处理工程中～由于有大量的垃圾储存、焚烧～其车间内部及其厂区乃至周边环境中～恶臭气体亦是重要的二次污染控制项目。 4.5.1 恶臭气体来源及特性 垃圾焚烧厂恶臭污染源～主要是由于混合垃圾中的厨余、草木等有机物发酵产生的强烈异味～其主要成分为HS、NH等。同时～原始垃圾中含有很多细菌、23 病毒等有害微生物～这些微生物可能以气溶胶方式散发到空气中～而大部分气溶胶能被人体吸入呼吸道～对下呼吸道形成危害～特别是对一些易感人群造成免疫力下降～影响健康。 4.5.2 恶臭气体控制规范 恶臭污染物排放标准执行GB14554-93《恶臭污染物排放标准》。 4.5.3 恶臭气体污染控制措施 垃圾焚烧厂的恶臭气体污染区域～主要位于垃圾卸料厅、垃圾储存仓及焚烧炉车间内～影响区域包括垃圾接收、储存车间附近的气体扩散区域。 针对恶臭气体产生及扩散特性～有效的控制措施包括: (1) 制造微负压环境～组织恶臭气体疏散。 垃圾储存仓是恶臭气体主要污染源。垃圾储存仓内的污染气体～采用强制通风机抽吸～维持微负压环境～只有新鲜空气补充入室内～污染气体均被预热后鼓 146 入垃圾焚烧炉助燃～并在高温焚烧过程中将恶臭物质分解。 (2) 设臵全封闭车间～防止恶臭气体扩散。 垃圾接收及储存仓所在车间结构～均设臵为封闭厂房～垃圾仓卸料门配有液压封闭盖板～垃圾接收大厅大门配有风动封闭气幕～有效防止恶臭气体外逸。 (3) 配套必要措施～控制恶臭气体产生。 强化垃圾仓内物料的整理、混合～此工序不但可使垃圾热值较为均匀～而且通过翻动、搅拌～可减少垃圾厌氧发酵的几率～从而控制恶臭气体的产生。 对于部分散落、黏附的腐殖质～设臵必要的冲洗设施～封闭车间内还可设臵必要的喷雾清洗系统～吸收弥漫在空气中的游离气体或胶态物质。 (4) 改善区域环境～生物过滤恶臭气体。 在防止恶臭污染源扩散的同时～垃圾焚烧厂应配套有良好的绿化带～通过选择配种适宜的植物～形成电厂与周围环境之间的树木、花草等植物屏障～吸收过滤气溶胶状物质～保障环境卫生。 4.6 噪声污染及其控制 垃圾焚烧及烟气净化处理过程中～不可避免存在噪音污染。 不过尽管噪音源与常规火力发电厂略有区别～但噪音控制措施类似。 4.6.1 主要噪声源 噪声源主要由各种机电设备的运转产生的机械噪声和部分流体介质放散、紊流或扰动噪声。 机械噪声源主要包括:垃圾破碎机、汽轮发电机、柴油发电机、空气压缩机、喷雾反应塔、送风机、引风机和水泵等固定设备～垃圾吊车、汽机吊车、灰渣输送带以及垃圾运输车辆等移动设备。 流体噪声源主要包括:蒸汽放散口、空气进气口、射水抽气器、蒸汽或烟气节流件处等。 典型噪声源的频率及声级如下: 名 称 声级(dB(A)) 频 率 垃圾破碎机 90~95 低 频 汽轮发电机 105~110 中低频 柴油发电机 105~110 中低频 空气压缩机 80~85 中低频 送风机、引风机 85~90 低 频 喷雾反应塔 95~105 中高频 安全阀 95~110 高 频 排气管 95~100 中高频 冷凝器 85~95 中低频 垃圾吊车、汽机吊车 80~90 低 频 废渣输送带 80~90 低 频 垃圾运输车辆 75~85 中低频 搅拌机 80~90 低 频 147 4.6.2 噪声控制要求 (1) 厂内各类地点噪声标准 执行GBJ87-85《工业企业噪声控制设计规范》中的各类地点噪声标准～即厂房内声源1米处:?85dB(A)。 (2) 厂界噪声标准 执行GBJ12348-90《工业企业厂界噪声标准》中的二级标准～即等效声级:昼间:60dB(A) ,夜间:50dB(A)。 4.6.3 噪声控制措施 (1) 选择低噪设备～主动控制噪声。 在满足功能、保障安全、可靠的同等条件下～优先选择转速较低、运动速度较慢的机械设备～或配套有良好防噪外壳的设备～源头降低噪声。 (2) 配套必要的消声设备～强制控制噪声。 对噪声超过控制标准的设备～设臵必要的隔声罩、吸声层或消声器～包括设臵必要的减振基座、绕性连接等。 (3) 采用先进的建筑材料和隔声结构～创造局部低噪环境。 重要的控制室、操作室～装饰必要的吸声材料～设臵复合隔声门窗,现场联络电话等局部作业场所～设臵微型屏蔽小室。 (4) 合理布臵生产车间和管理机构～通过距离衰减、绿化减噪等～控制厂区和厂界噪声。 5(结论 大型城市生活垃圾焚烧处理工程～以治理垃圾污染～保护环境为主要目的～兼顾资源回收和能源利用要求～必须立足准确的垃圾源特性～采用先进适用的垃圾焚烧技术～严格控制二次污染。 (1) 针对特大城市的生活垃圾物料特性～建设大型生活垃圾焚烧处理工程～极其必要～而且条件具备。 (2) 大型垃圾焚烧处理技术先进～设备成熟～可以有效保障大型垃圾焚烧处理工程的安全性、可靠性。 (3) 垃圾焚烧处理过程中～具有烟气、渣灰、渗滤液、恶臭和噪声等二次污染～必须严格控制～达标排放。 148 149