城市生活垃圾焚烧处理工艺

城市生活垃圾焚烧处理工艺的探讨 行 宇1，张增强2，张 斌1，郝建国1 （1. 陕西中辉环保有限公司，陕西 西安 710010；2. 西北农林科技大学 理学院，陕西 杨凌 712100） 摘 要：参考目前国内外城市生活垃圾焚烧处理的不同工艺，结合国内生活垃圾处理现状，提出适合我国国情的垃 圾焚烧处理工艺。 关键词：城市生活垃圾；焚烧处理；工艺 中图分类号：X799. 3 文献标识码：A 文章编号：1005－8206（2010） 01－0055－03 Incineration Treatment Technology of Municipal Domestic Waste Xing Yu1, Zhang Zengqiang2, Zhang Bin1, Hao Jianguo1 （1. Shaanxi Zhonghui Environmental Conservation Co., Ltd, Xi’an Shaanxi 710010； 2. College of Sciences, Northwest A&F University, Yangling Shaanxi 712100） Abstract：Referring to different technologies of incineration treatment of municipal domestic waste at home and abroad, waste incineration treatment technology that was suitable for conditions of our country was put forward, combining with present situation of domestic waste treatment in China. Key words：municipal domestic waste；incineration treatment；technology 收稿日期：2009-08-14 城市生活垃圾焚烧处理在国外已有 100 多 a 的历史［1］。欧美国家经济发达、生活水平高、垃 圾产生量大、热值高，对于垃圾焚烧处理极为有 利。德国是最早进行垃圾焚烧技术研究的国家， 日本是目前世界上拥有垃圾焚烧厂最多的国家， 美国也将城市生活垃圾处理的主要方式从填埋转 向焚烧［2］。 目前，焚烧处理生活垃圾在我国已经受到重 视，特别是经济比较发达的城市正在积极筹建垃 圾焚烧厂，垃圾焚烧处理及焚烧发电技术在我国 进入了应用阶段。国内垃圾焚烧处理市场广阔， 焚烧处理技术在消化、吸收、引进的过程中逐步 实现技术和设备的国产化是垃圾处理的必由之路。 1 焚烧处理工艺的设计 焚烧处理以其显著的减量化、无害化、资源化 优势，被公认为是垃圾处理最好方式。焚烧处理具 有占地小、场地选择容易、处理时间短、减量化 显著、无害化彻底、余热可回收利用等优点［3］。 焚烧处理工艺主要是对生活垃圾进行高温焚 烧处理，在 800~1 200 ℃的炉膛内通过燃烧，快 速将垃圾中的化学活性成分充分氧化，留下的无 机成分成为熔渣排出［4］；烟气处理工艺主要是对 酸性气体 （HCl、HF、SOx）、氮氧化物 （NOx）、 颗粒物、有机物（包括二 ） 及重金属等进行 控制［5］。 1. 1 颗粒物的去除 焚烧烟气中的主要成分为惰性无机物质，如 灰分、无机盐类、可凝结的气体污染物质及重金 属氧化物。颗粒物的去除主要利用除尘器。除尘 设备的种类主要包括重力沉降室、旋风除尘器、 喷淋塔、文氏洗涤器、静电除尘器及布袋除尘器 等［4］。除尘器不仅收捕一般颗粒物，而且收集除 挥发性重金属及其氯化物、硫酸盐或氯化物凝结 的直径不大于 0. 5 μm的气溶胶，还能收集吸附 在灰分或活性炭颗粒上的二 等有机类污染物。 1. 2 酸性气体污染物的去除 去除垃圾焚烧尾气中的 HCl、HF、SOx等酸 性气体的机理是酸碱中和反应，利用碱性吸收剂， 如 NaOH、CaO、Ca（OH）2等与酸性气体发生化学 反应，达到去除酸性气体的目的。 1） 湿式洗涤法。 湿式洗涤法利用碱液作为吸收剂，对焚烧烟 气进行洗涤，通过酸碱中和反应将 HCl、HF、SOx 去除。常采用 NaOH作为吸收剂，Ca（OH）2应用较 少。该法的最大优点是去除效率高，缺点是洗涤 塔产生的废水需要经过专门的处理，烟气需要再 加热，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 复杂，设备投资和运行费用高。 2） 干法净化。 干法净化一般将干式吸收剂 （CaO、CaCO3） 粉末喷入炉内或烟道，使之与酸性气态污染物反 应，然后进行气-固分离。一般的工艺组合形式为 “吸收剂管道喷射+反应器”，并辅以后续的高效除 环境卫生工程 Environmental Sanitation Engineering Vol．18 No.1 February 2010 第 18卷第 1期 2010年 2月 ·55· 环境卫生工程 第 18卷 尘器。该法的优点是反应物为固态，可直接进行 最终处理；缺点是污染物的去除率低。 3） 半干法净化。 半干法净化是使烟气中的污染物与碱液进行 反应，形成固态物质而被去除，是介于湿法和干 法之间的一种工艺方法。优点是净化效率高且无 需对反应物进行二次处理；缺点是系统复杂，对 操作水平要求较高，需要长时间的实践积累才能 达到良好的净化效果。 1. 3 NOx的去除 焚烧烟气中的 NOx以 NO为主，其含量高达 95%或更高，去除工艺应用最多的是选择性非催化 还原法（SNCR），以 NH4OH（氨水） 或（NH2）2CO （尿素） 作为还原剂喷入炉膛内，NOx在高温下被 还原成 N2和 H2O。 国外目前主要采取在烟气处理系统中增加脱 硝装置。炉内脱硝技术的研究与应用前景十分广 阔，这一技术主要是利用碳氢类物质与 NOx进行 直接的氧化还原反应，生成无害的氮气。 1. 4 二 类物质及重金属的去除 垃圾焚烧是二 排放的主要污染源之一， 二 的产生在垃圾焚烧处理工艺的各个阶段： 焚烧炉内、低温烟气段、除尘净化过程等。重金 属以固态、液态和气态的形式进入除尘器，当烟 气冷却时，气态部分转变成可捕集的固态或液态 颗粒。工程实践表明：低温控制和高效的颗粒物 捕获有利于二 污染物和重金属的净化。 1. 5 飞灰处理 飞灰是指空气污染控制设备中所收集的细微 颗粒，一般是经旋风除尘器、静电除尘器或袋式 除尘器所收集的中和反应物及未完全反应的碱剂。 关于垃圾焚烧飞灰的化学成分研究，钱玲等［6-7］普 遍认为生活垃圾焚烧飞灰主要由 SiO2、Al2O3 和 Fe2O3组成，其中 SiO2和 Al2O3占的比例较大。 目前对飞灰处置的污染控制主要有 2个方面： 一是重金属的含量（即总量控制），主要采用重金 属分离技术，有酸提取、水提取、碱提取、高温 提取、生物浸出提取和其他药剂提取。二是评价 它的浸出毒性，主要依靠固化/稳定化方法，有水 泥固化法、沥青固化法、塑料固化法、熔融固化 法、自胶结固化法和化学稳定化等方法。 1. 6 炉渣处理 炉渣指从焚烧炉尾端排出的底灰残余物以及 从炉床间隙落下的细渣部分。在我国炉渣属于一 般废物，可以直接填埋或作为水泥混凝土和沥青 混凝土的骨料或填埋场覆盖材料等。 2 焚烧处理工艺的描述 城市生活垃圾焚烧处理工艺为：炉内脱氮+旋 风除尘器+换热器+半干法脱酸+活性炭吸附+袋式 除尘器，工艺流程如图 1所示。 2. 1 炉内脱氮 将尿素配制成 5%的稀溶液，经雾化喷嘴直 接喷入炉膛，使之与烟气中的 NOx发生反应，降 低烟气中 NOx浓度，可将烟气中的 NOx浓度控制 在 200 mg/m3，达到烟气脱氮的目的。为减少烟气 中 NOx生成，可以采取控制焚烧温度、降低炉内 O2浓度和缩短垃圾在高温区的停留时间等措施。 2. 2 旋风除尘器 烟气流从旋风除尘器外筒上部沿切向引入， 烟气流速约 20 m/s，由于惯性力的作用，颗粒物 被抛向旋风除尘器的筒壁并沿着筒壁下落至收集 口。由于焚烧烟气中的颗粒物粒度很小 （d＜10 μm的颗粒物含量较高）［4］，旋风除尘器对于小颗 粒物的去除率较小，对于 15 μm以上的颗粒物的 去除率较高［8］，因此将旋风除尘器设置为前级处 理设备，去除大颗粒物，减轻后续除尘设备的工 作负荷。 2. 3 换热器 垃圾焚烧产生的高温需要经过换热器进行热 图 1 垃圾焚烧工艺流程 反吹装置 袋式除尘器 引风机 烟囱 垃圾称量 垃圾贮存 抓斗 臭味 气体 加料机 鼓风机 焚烧炉 旋风除尘器 声波吹灰器 换热器 石灰浆制备 半干法脱酸 活性炭贮备 活性炭吸附 浆液泵 定量输送 出渣设备 制建材 飞灰收集 余热利用 飞灰收集 飞灰收集 飞灰收集 飞灰固化/稳定化 ·56· 第 1期 交换，将 800 ℃以上的高温烟气在 2 s以内骤降 至 250 ℃以下，尽可能地抑制二 类物质的生 成，同时满足后续除尘设备的工作温度要求。经 过热交换的余热蒸汽可供发电或其它用途。 为了清理和维修的方便，采用水平水管式换 热器。同时在换热器的受热面烟管处安装声波吹 灰装置，将压缩空气转换成大功率声波送入换热 器受热面的结焦部位，使结焦物质受到一定频率 交替变化的疏密波反复的拉、压作用，因而疏松 脱落，实现及时清理换热器受热面，保证换热器 工作效率的目的。 2. 4 半干法脱酸 采用新型半干法脱酸系统，烟气由喷淋塔顶 部沿螺旋进入，石灰浆经雾化器雾化后沿切向散 布，气体和液体在喷淋塔内充分接触，有效地降 低烟气温度、蒸发水分、去除酸性气体，脱酸效 率＞93%。中和反应后的固体残渣由塔底及后续除 尘设备收集。 脱酸系统配置动态气膜隔离保护的磁力雾化 器。高频磁场保证雾化器高速稳定转动（15 000~ 36 000 r/min），产生的碱雾与烟气在切向充分混 合，在极短的时间和距离内完成吸热、蒸发、中 和反应。动态气膜隔离技术使雾化器周围形成气 体隔离保护膜，降低烟气中的酸根离子、颗粒物、 高温等对于雾化器的腐蚀、冲击、磨削作用，延 长雾化器的使用寿命。脱酸后的烟气进入后续除 尘设备。 2. 5 活性炭吸附 活性炭吸附系统设置在脱酸系统和袋式除尘 器之间的烟道，活性炭由贮存罐经输送设备定量 输送到喷射装置，然后喷射到烟管中，活性炭粉 与烟气接触、混合，将烟气中的二 和重金属 物质吸附，从而达到去除的目的。经过活性炭吸 附后的烟气进入袋式除尘器。 2. 6 袋式除尘器 袋式除尘器的除尘效率＞99%，且对于＜0. 5 μm的颗粒物有很高的捕获效率［4］。采用袋式除尘 器作为烟气处理的后级设备，可将烟气中的颗粒 物、消石灰、凝结的重金属物质、活性炭粉等附 着在滤袋表面。烟气中未完全反应的酸性气体、 重金属和二 类物质在此可以得到进一步地吸 附去除。滤袋可采用耐酸碱性能高、抗结露点高 的材料，以提高袋式除尘器的使用寿命和工作效 率。过滤下来的飞灰经振打、反吹等措施从滤袋 表面去除进入收集箱，处理后的烟气经引风机至 烟囱高空排放。 3 结论 1） 以旋风除尘器作为烟气处理的前级设备， 减轻了后续设备的工作负荷。 2） 在换热器换热面处设置声波吹灰器，提高 了换热器的工作效率，延长了设备的工作周期。 3） 采用高效率的新型半干法脱酸系统，降低 了碱液的消耗量，提高了脱酸系统的脱酸效率和 碱液利用率。 4） 炉内脱氮+旋风除尘器+换热器+半干法脱 酸+活性炭吸附+袋式除尘器的工艺路线组合经济 合理，设备国产化率高，适合我国国情，值得推 广应用。 参考文献 ［1］宋志伟，吕一波，梁洋，等.国内外城市生活垃圾焚烧技术的发展现状 ［J］. 环境卫生工程，2007，15（1）：21-24. ［2］苏萍，王国华，刘聿拯，等. 城市生活垃圾焚烧技术发展现状［J］. 能源 研究与信息，2002，18（3）：143-149. ［3］曾祥耙. 城市生活垃圾焚烧发电前景乐观［J］. 环境卫生工程，2007，15 （4）：35-36. ［4］赵由才，宋玉. 生活垃圾处理与资源化技术手册［M］. 北京：冶金工业 出版社，2007. ［5］吴桐. 中国城市垃圾、污水处理技术实务［M］. 北京：世界知识出版社， 2001. ［6］钱玲，侯浩波.浅谈垃圾焚烧灰渣的资源化利用［J］.中国资源综合利用， 2004，10：9-12. ［7］严建华，彭雯，李晓东，等. 城市生活垃圾焚烧飞灰重金属的浸出特 性［J］. 燃烧化学学报，2004，32（1）：65-68. ［8］杨国清，刘康怀. 固体废物处理工程［M］. 北京：科学出版社，2000. 作者简介：行宇（1973—），毕业于陕西工学院（现改名为陕西理工学院） 机械制造工艺及设备专业。现任陕西中辉环保有限公司技术部经理。先后 主持和参与“焦作市 600 t/d垃圾处理项目”、“西安市 500 t/d城市生活垃 圾无害化综合处理项目”等多个项目的工艺设计、设备开发及设备选型； 开发设计了“城市生活垃圾破碎筛分一体化机”和“伸缩式布料机”等设 备，并取得数项实用新型专利。 E-mail：xingy1000@163. com。 行 宇，等 城市生活垃圾焚烧处理工艺的探讨 ·57·