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循环流化床技术在垃圾焚烧二噁英控制方面的优势
   

工程研发中心 栗明 辛博   发布日期2010-12-28

循环流化床焚烧炉的主要特征是炉膛内始终存有大量的粒度适宜的惰性床料,垃圾和惰性床料在炉膛内流化风的作用下呈充分流化状态,垃圾送入炉膛后在处于流化状态的床料裹挟下,迅速分散、快速升温,很快地完成燃烧前的升温阶段,实现持续的稳定燃烧,大量的物料被烟气带到炉膛上部燃烧,经过不同的途径再循环返回炉膛下部。这包括布置在炉膛出口的气固分离器,将被烟气带出炉膛的物料中的绝大部分从烟气中分离出来,并经过返料系统将物料回送至床内;更有很大量的物料通过中间上升和边壁下降的内部通道实现循环。这样的物料循环,一方面实现了炉膛内温度的均匀化,另一方面保证了垃圾的充分燃烧。循环流化床具有很大的热容量和良好的物料混合速率,所以对燃料的适应性强,床内强烈的湍流和物料循环,增加了垃圾的燃烧速率,均匀的炉内温度既保证了燃烧烟气在高温区的停留时间,又可以防止局部高温的问题。因此,气体燃烧充分、毒性物质分解彻底,垃圾燃尽率高。

垃圾焚烧作为一种固体废物污染的处理技术,不可避免的涉及到二次污染的问题。而二恶英类物质的排放,是其中最重要也是最受关注的。目前我国对垃圾焚烧二恶英类物质排放的要求仅限于烟气,从更广义的二恶英排放范围考量,垃圾焚烧二恶英的排放应该还包括飞灰、锅炉灰、炉渣和废水。

当前控制垃圾焚烧过程二恶英类物质排放有3种最主要的技术手段。一是源头控制,即破坏原生垃圾中存在的二恶英,并且减少二恶英类物质的原始生成量;二是末端吸附,即将已经产生的二恶英类物质通过吸附等手段捕捉到飞灰中,防止其排放到大气;三是末端消减,在一定的条件下,通过催化反应器,使烟气中的二恶英类物质反应生成相对无害的低分子化合物。末端吸附的局限性在于,仅仅是将烟气中的二恶英类物质通过活性炭等吸附后转移到飞灰中,虽然可以实现烟气的达标排放,但是却增加了飞灰中的二恶英含量。因此末端吸附只是二恶英的转移,并非减量。末端消减虽然达到了烟气中二恶英类物质的减量,但是对于飞灰中含有的更大量的二恶英却没有作用。而且催化反应器对温度、烟尘、催化剂等条件的苛刻要求使得其应用范围和效果大打折扣。

综上所述,只有采取源头控制才是最根本的减少二恶英类物质产生和排放的手段,也是唯一符合广义范围的二恶英减排的技术手段。

使垃圾在焚烧炉内得以充分燃烧是源头控制的最根本内容,“3T+E”控制法是国际上普遍采用的措施,即保证焚烧炉出口烟气的足够温度(Temperature)、烟气在燃烧室内停留足够的时间(Time)、燃烧过程中适当的湍流(Turbulence)、过量的空气(Excess Air)。而循环流化床垃圾焚烧技术是这一控制法的最佳体现,可以说将“3T+E” 控制法发挥到了极致。循环流化床垃圾焚烧工艺一般控制烟气在进入余热锅炉前温度不低于850℃,烟气在炉膛的停留时间为3-4秒,O2浓度不少于6%,并合理控制助燃空气的风量、温度和注入位置,炉膛内部温度场非常均匀,不产生燃烧死区,保证垃圾充分燃烧。由于循环流化床垃圾焚烧工艺符合“3T+E”的燃烧特性,被公认为可以有效遏制二噁英类物质产生的垃圾焚烧工艺,国内已建的循环流化床垃圾焚烧项目的焚烧尾气中二噁英类物质的排放浓度均远远低于国家《生活垃圾焚烧处理污染物排放限值》(GB18485—2001)中的相关规定。

循环流化床垃圾焚烧工艺除了广为称道的“3T+E”控制法,其控制二噁英类物质生成还有以下措施:

1、采用了技术成熟可靠的炉膛和布风结构,使垃圾在焚烧炉中得以充分燃烧。工艺中通过调整空气流量、速度和注入位置,减少了烟气中携带的不完全燃烧产物,如CO、残炭、二噁英及其前体类物质。由于进入尾部烟道的不完全燃烧产物的减少,相应的也大大降低了焚烧烟气在尾部降温过程中再次合成二恶英类物质的可能。

2、由于循环流化床内部大量高温惰性循环物料的存在,垃圾燃料进入焚烧炉膛后瞬间被干燥、引燃,与循环物料发生剧烈掺混,垃圾焚烧处理过程中迅速通过容易产生二噁英类物质及其前驱物的500~800℃温度区间,减少了炉膛内二噁英的产生量。

3、循环流化床采用炉内加碳酸钙对垃圾焚烧过程中产生的SO2等酸性气体进行脱除,有研究表明CaO、Ca(OH)2及其盐型产物CaCl2,CaSO4及Ca(NO3)2对二噁英前生体PCP及HCB生成PCDD/Fs具有阻滞效果,结果表明,碱性的CaO,Ca(OH)2对该两类前生体生成PCDD/Fs具有显著的阻滞效果,可以遏制垃圾焚烧过程中二噁英类物质的生成。

4、大量研究表明,硫的存在对于燃烧过程产生二恶英类物质具有很明显的抑制作用,主要通过以下三个途径:硫的存在减少Cl2(二恶英类生成的主要氯源)的形成;使二恶英合成反应的最主要催化剂Cu/CuO中毒,降低其催化活性;磺化酚类前驱物,抑制氯化反应以及Ullmann反应;由于循环流化床焚烧处理垃圾时,添加了一定比例的辅助燃煤,燃煤中含有的S元素燃烧生成SO2,根据以上作用原理,对二噁英类物质的生成产生遏制作用。

由于循环流化床垃圾焚烧工艺对二噁英类物质生成的遏制特性,垃圾焚烧过程产生的烟气、飞灰以及炉渣中二噁英类物质的浓度较之其他垃圾焚烧工艺低很多,因此循环流化床技术在垃圾焚烧二噁英控制方面具有明显优势。