哈尔滨垃圾焚烧发电厂是利用中日绿色援助计划,在我国兴建的一座垃圾焚烧余热发电国家级示范工程。该工程采用日本先进的循环流化床焚烧技术,整个电厂实行电脑网络平台监控、自动添料和自动调温调压,准确高效。采用此种技术垃圾不必分拣,也不必破碎,比较适合目前我国垃圾不分类存放的实际情况。焚烧设备是日本荏原公司生产的双回旋型循环流化床生活垃圾焚烧炉,汽机和电气设备由中方配制。该焚烧炉采用干式喷消石灰+活性炭+布袋除尘器的烟气净化工艺,垃圾焚烧炉的排气经过烟气净化设备后,烟气中各种有害气体的排放浓度符合GB2848522001国家规定的排放标准。同时,垃圾池内设有药液喷洒装置, 可根据需要向垃圾池喷药消毒杀菌,减少垃圾臭气,垃圾池内的污水喷入炉内进行高温氧化处理,避免了垃圾焚烧电厂对周围环境造成的污染。该工程于2000年 8月破土动工, 2002年3月26日焚烧炉正式启动点火, 2002年10月22日全面竣工投产运行,到2003年底已累计焚烧垃圾11万t,发电2700万kWh时,实现了连续安全稳定运行[ 1 ] 。
1 HCl和SO2 的生成机理及来源
常温下HCl为无色气体,有刺激性气味,极易溶于水而形成盐酸。HCl对人体的危害很严重,并会导致植物叶子褪绿,进而出现变黄、棕、红至黑色的坏死现象。 HCl对垃圾焚烧设备的危害也很大,会造成过热器受热面的高温腐蚀和尾部受热面的低温腐蚀,例如深圳市垃圾焚烧炉过热器曾经只运行100 d就被HCl高温腐蚀损毁。
一般认为垃圾焚烧炉烟气中HCl的来源有2个:
(1)垃圾中的有机氯,如PVC塑料、橡胶和皮革等燃烧时生成HCl;
( 2 ) 垃圾中的无机氯化物如NaCl(来自厨房垃圾) ,与其他物质反应生成HCl,化学反应为[ 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烧氧化时产生的,同时流化床垃圾焚烧炉需要燃煤以稳定燃烧,也生成部分SO2 , SO2 对大气污染危害较大。垃圾焚烧尾气中的这些有害气体通常采用碱性介质吸收法,最常用的吸收剂为消石灰,该循环流化床垃圾焚烧炉就是采用喷消石灰来去除烟气中的HCl和SO2 的。2 消石灰和活性炭喷入系统为了脱除排气中的HCl和SO2 ,在布袋除尘器之前喷入消石灰,其反应如下:
Ca (OH) 2 + 2HCl ----------CaCl2 + 2H2O (5)
Ca (OH) 2 + SO2 -----------CaSO3 + 2H2O (6)
经反应后氯化氢气体则变成无害的盐类CaCl2 , SO2 气体也变为无害钙盐CaSO3。为了降低烟尘中二恶英和重金属的含量,又设置了活性炭喷入系统。消石灰和活性炭喷入系统的结构、位置基本相同,喷口都是布置在烟气冷却塔出口烟道的烟气紊流片后,由注入风机输送的消石灰、活性炭粉末与经过紊流片后的烟气均匀混合,使它们和烟气中有害物质充分反应,并与烟气中的粉尘一起被布袋除尘器吸附在滤布上,当烟气通过滤布时将进一步除去烟气中的HCl、SO2、二恶英和重金属等有害物质,并将最终产生的无害盐类(CaCl2、CaSO3 )及失去活性的活性炭粉末与粉尘一起排出炉外,消石灰喷入系统如图1所示。
图1 消石灰喷入系统示意图Fig. 1 Schematic diagram of lime injection system
正常运行时消石灰的喷入量是根据HCl排放浓度通过烟道上设置HCl检测分析仪自动调整,通过计算转数与HCl设定值比较结果来增减向烟道喷射消石灰的量,无须人为操作。干式吸收法脱酸要求Ca (OH) 2 粉末粒径< 200 目,喷头性能要求高,否则达不到除酸效果,干法除酸可缓解烟道、布袋除尘器、引风机等设备的腐蚀。
该焚烧炉在布袋除尘器出口配有先进的在线“氯化氢烟气分析仪(Model HL236 Hydrogen Chlo2ride GasAnalyzer) ”和“NOx、SO2、CO在线测定仪”,在试验过程中,先将消石灰喷射泵暂停,待布袋除尘器上吸附的消石灰通过压缩空气吹扫脱除后,记录HCl、SO2 浓度作为消石灰喷射量为零时的HCl、SO2浓度,之后增加消石灰喷射量,消石灰脱除HCl、SO2的试验结果如表1、表2所示[ 3 ] 。
消石灰喷入量与HCl排放浓度的关系如图2所示,可见当消石灰喷入量为0时,烟气中未经处理的HCl量较高,达到315 mg/m3 ,随着消石灰量的增加, HCl排放浓度迅速下降,直至稳定在63 mg/m3时消石灰量为325 kg/h左右。HCl去除率与Ca /Cl摩尔比如图3所示,可见当Ca /Cl摩尔比为9时,相应消石灰耗量为325 kg/h, HCl去除率达到80%。SO2 排放浓度与喷消石灰量的关系如图4 所示, 可见, 当不喷消石灰时, SO2 浓度为29014 mg/m3 ,随着消石灰量的增加, SO2 浓度下降非常缓慢,说明喷消石脱除SO2 效果不佳。如图5所示,在Ca /Cl摩尔比为9时,对应消石灰消耗量为325 kg/h, SO2 去除率仅为20%。
由此可见,干法脱除酸性气体消石灰利用率不高,宜采用半干法加以改进,以提高吸收剂的利用率。因为半干法在Ca /Cl摩尔比为2 左右时, HCl和SO2 去除率分别可达到90%和60%以上。
图2 HCl浓度与消石灰喷射量变化关系Fig. 2 Change of HCl emission with lime consump tion
图3 HCl去除率与Ca /Cl摩尔比的关系Fig. 3 Change of HCl removal efficiency with Ca /Clmole ratio
图4 喷消石灰量与SO2 浓度的关系Fig. 4 Change of SO2 emission with lime consump tion
图5 SO2 去除率与Ca /Cl摩尔比的关系Fig. 5 Change of SO2 removal rate with Ca /Clmole ratio
3 消石灰喷射系统的运行
由于垃圾焚烧后HCl和SO2 浓度随垃圾成分的变化而变化,所以实验时以消石灰喷射量为零时HCl、SO2 浓度为基准计算HCl、SO2 去除率会带来一定的误差。实际运行时24 h内消石灰吹入量与排气中酸性气体HCl和SO2排放浓度随时间的变化关系如图6所示,可见,当排气中HCl浓度增加时,消石灰的量也随着增加,这是因为当排气中HCl浓度增加时,通过烟道上设置氯化氢烟气检测仪的输出信号,自动控制消石灰给料机的转数来增加消石灰的喷射量,反之减少消石灰的喷射量。由图6可见,垃圾焚烧炉排气中HCl浓度基本上在75 mg/m3左右, SO2 浓度大约在210～250 mg/m3 ,满足国家排放标准。
图6 酸性气体HCl、SO2 排放浓度及消石灰消耗量与时间的关系Fig. 6 Changes of HCl and SO2 emissionsand lime consump tion with time
4 结 论
采用烟气降温以及喷消石灰干粉去除垃圾焚烧过程中产生的HCl、SO2 ,试验结果表明, HCl和SO2的去除率在Ca /Cl摩尔比等于9时分别为80%和20% ,说明干法消石灰利用率不高,宜改为半干法去除HCl、SO2 ,可以提高去除率,降低吸收剂用量,进而提高运行的经济性。
参考文献
[ 1 ] 陶丽娟. 循环流化床垃圾焚烧技术及NOx 排放特性研究[硕士学位论文]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2004
[ 2 ] 李诗媛, 别如山. 城市生活垃圾焚烧过程中二次污染物的生成与控制. 环境污染治理技术与设备, 2003, 4(3) : 65～66
[ 3 ] 王国庆. 循环流化床垃圾焚烧炉中污染物的排放与控制研究[硕士学位论文]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学,
