李秀莉

(湖南永清環(huán)保研究設(shè)計(jì)院,長(zhǎng)沙410005)

垃圾焚燒可實(shí)現(xiàn)城市垃圾減量化,是目前最有效、經(jīng)濟(jì)的垃圾處理技術(shù)之一,不過(guò)如果焚燒工藝不當(dāng)煙氣的排放會(huì)含大量極毒的二噁英,目前從生活垃圾焚燒廠排放出來(lái)的二噁英已經(jīng)占某些國(guó)家二噁英排放總量的相當(dāng)大的比例,嚴(yán)格控制垃圾焚燒中二噁英產(chǎn)生是十分重要的。

生活垃圾在焚燒過(guò)程中的二噁英的生成機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜。首先生活垃圾中本身就含有微量的二噁英,由于二噁英具有熱穩(wěn)定性,盡管大部分在高溫燃燒時(shí)得以分解,但仍會(huì)有一部分在燃燒以后排放出來(lái)。其次,在燃燒過(guò)程中由前體物生成二噁英,包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等含氯前體物,在燃燒中前體物分子通過(guò)重排、自由基縮合、脫氯或其他分子反應(yīng)等過(guò)程會(huì)生成二噁英,雖然這部分二噁英在高溫燃燒條件下大部分會(huì)被分解,但還是有一小部分會(huì)隨煙氣排出。另外,當(dāng)燃燒不充分煙氣中含過(guò)多的未燃燼物質(zhì)時(shí),已經(jīng)分解的二噁英殘余物在鍋爐尾部300～500℃的溫度環(huán)境遇到某些觸媒物質(zhì)(主要為重金屬,特別是銅等)將會(huì)重新生成二噁英,因此為了減少二噁英的排放,除了控制燃燒過(guò)程使其完全分解外,還要避免二噁英在低溫區(qū)的再次合成。

目前垃圾焚燒項(xiàng)目的主流技術(shù)都采用爐排爐作為焚燒主體,焚燒后爐排爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐第一通道(二燃室)放熱,為了保證二噁英的充分分解鍋爐的設(shè)計(jì)要求控制合適的煙氣流速及溫度,保證煙氣在第一通道內(nèi)850℃以上的高溫段停留2 s以上,充分分解二噁英。按通常的換熱方式設(shè)計(jì)的換熱余熱鍋爐,煙氣經(jīng)過(guò)的第二、三通道采用水冷結(jié)構(gòu)(內(nèi)壁不敷設(shè)耐火材料),第四通道至對(duì)流蒸發(fā)屏末端的側(cè)墻采用水冷壁結(jié)構(gòu),煙氣在經(jīng)過(guò)省煤器區(qū)域排出鍋爐,煙氣溫度200℃左右;由于煙氣從500℃降到300℃的過(guò)程中沒(méi)有采取使之急冷的有效措施,導(dǎo)致二噁英再次生成,盡管在后續(xù)的煙氣處理過(guò)程中噴入活性碳可以保證煙氣中二噁英能夠達(dá)標(biāo)排放,但是飛灰中二噁英的濃度將很高,給飛灰處理帶來(lái)困難。況且,二噁英的檢測(cè)周期較長(zhǎng)(通常三個(gè)月采樣一次,每次檢測(cè)則需要1～2星期),也不可能隨時(shí)監(jiān)控及時(shí)控制二噁英的排放。

為了避免二噁英的再次生成,可以考慮讓余熱鍋爐出口煙氣以一種直接換熱的方式進(jìn)行急冷。改進(jìn)方案將余熱鍋爐排煙提高至500℃,從鍋爐中排出后立即被送入速冷塔,在速冷塔中直接噴入霧化水與煙氣進(jìn)行快速熱量交換,冷至300℃出塔。出塔煙氣可用作一、二次風(fēng)空氣預(yù)熱器(將空氣預(yù)器設(shè)為煙氣—空氣預(yù)熱器)的熱源。

以某城市垃圾為例,其低位發(fā)熱量4 800～7 500 kJ/kg,元素分析如表1。經(jīng)計(jì)算,燃燒每1 kg垃圾需要空氣量2.65 m3,產(chǎn)生煙氣量3.41 m3。某城市垃圾的元素分析結(jié)果見(jiàn)表1,進(jìn)入急冷塔的煙氣成分見(jiàn)表2。

表1 某城市垃圾的元素分析 %

表2 煙氣成分 %

計(jì)算結(jié)果表明,每1 kg垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣從500℃降至300℃,需噴水0.35 kg水,冷卻水汽化后混入到煙氣中,降溫后出急冷塔的混合煙氣體積變?yōu)?.85 m3,煙氣主要成分如表3。

表3 煙氣成分 %

出急冷塔煙氣進(jìn)入空氣預(yù)熱器,可將燃燒所需空氣從22℃升溫至230℃左右,同時(shí)煙氣的溫度被降至160℃左右,此部分煙氣再進(jìn)入后續(xù)脫酸及除塵系統(tǒng)進(jìn)行煙氣凈化處理,與原來(lái)的200～250℃相比,由于溫度較低,后期的脫硫效率也可以有很大提高。

采用原來(lái)的工藝500℃的熱煙氣在余熱鍋爐中降至200℃,每 1 kg垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣量為3.41 m3,500℃煙氣焓值742 kJ/m3,200℃煙氣焓值284.5 kJ/m3,每1 kg垃圾燃燒產(chǎn)生的煙氣從500℃至200℃放熱1 559 kJ。煙氣在空氣預(yù)熱器中放出熱即為出入空氣預(yù)熱器煙氣熱焓差 ,如果忽略散熱損失時(shí),那么出入急冷塔熱量守衡,進(jìn)入空氣預(yù)熱器熱焓即為入急冷塔煙氣和水的熱焓總和。由于噴水前 500℃煙氣焓值為 742 kJ/m3,煙氣量3.41 m3;噴水0.35 kg,水的平均熱焓80.9 kJ/kg;噴水降溫后160℃煙氣焓值為229 kJ/m3,出急冷塔的混合煙氣體積為3.85 m3,通過(guò)計(jì)算可以得到,每燃燒1 kg垃圾進(jìn)入空氣預(yù)熱器的熱焓為1 675 kJ,大于原來(lái)方法的1 559 kJ,煙氣的余熱在噴水降溫的方案中還是可以得到有效利用。

垃圾焚燒處理技術(shù),可從工藝上進(jìn)行改進(jìn),縮短煙氣在500～300℃的急冷時(shí)間,抑制二噁英的二次生成,再結(jié)合后續(xù)的煙氣處理,使排入大氣的煙氣二噁英濃度達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)且盡可能降得更低,既進(jìn)行了垃圾的減量化無(wú)害化處理,又不對(duì)人們健康造成損害。