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生活垃圾被焚烧,在减容的同时释放出大量废热——焚烧余热,焚烧炉燃室产生的烟气温度可高达850-1100℃,若不对此余热加以回收利用是不合理的。对垃圾焚烧余热通过能量再转换等形式加以回收利用,不仅能满足垃圾焚烧厂自身设备运转的须要、降低运行成本,而且还能向外界供应热能和动力,以获得比较可观的经济效益。
向外界供应热能和电力是大型垃圾焚烧发电厂回收投资的主要手段之一。
焚烧能源的回收利用
现代化的焚烧系统通常设有焚烧尾气冷却/废热回收系统,其功能如下。
①调整焚烧尾气温度,使之冷却至220-300℃之间,以便进入尾气净化系统,一般尾气净化处理设备仅适于在300℃内的温度操作,故如焚烧炉所排入的高温气体尾气调整或操作不当,会降低尾气处理设备的效率及寿命,造成焚烧炉处理量的削减,甚至还会导致焚烧炉被迫停炉;
②回收废热,通过各种方式利用废热,降低焚烧处理费用,目前国外全部大中型垃圾焚烧厂几乎均设置了汽电共生系统。
锅炉炉水循环方式一般接受自然循环式。原理为管内炉水受热后变为汽水混合物,使得流体密度减小,形成上升管,而饱和水因密度较大,在管内由上往下流淌,形成降流管,在降流管与上升管两者之间因密度差而自然产生循环流淌。锅炉的压力愈低,其饱和水与饱和蒸汽间的密度差愈大,炉水循环效果愈佳,因此自然循环式广泛被应用于中低压的锅炉系统中。强制循环式锅炉的炉水循环系统靠锅炉循环带动,主要应用于高压锅炉系统中。
废热回收锅炉也称为余热锅炉。在余热锅炉中,转换能量的中间介质为水。垃圾焚烧产生的热量被介质吸取,未饱和水吸取烟气热量成为具确定压力和温度的过热蒸汽。同时也降低及调整废气离开辐射区的温度。
发电系统:
由锅炉产生的中温中压蒸汽被导入发电机后,蒸汽轮机将饱含能源的中温中压蒸汽转换成机械扭力动能,推动发电机的涡轮叶片。而发电机的主要功能是将蒸汽轮机端所产生的机械回转扭力,透过电磁线圈,旋转磁场,相位,电压,频率等的交互转化为指定规格的电能,产生电力。
未凝合的蒸汽导入冷却水塔,冷却后贮存在凝合水贮槽,经由饲水泵再打入锅炉炉管中,进行下一循环的发电工作。在发电机中的蒸汽亦可中途抽出一小部分作为次级用途,例如助燃空气预热等工作。饲水处理厂送来的补充水可注入饲水泵前的除氧器中,除氧器以特殊的机械构造将溶于水中的氧去除,防止路管腐蚀。
废物焚烧产生的燃烧气体中含有很多污染物质,这些污染物质对环境都有不同成度的危害,必需加以适当的处理,将污染物的含量降至平安标准以下,始可排放,以免造成二次污染。20世纪90年头以来,国外发达国家越来越重视焚烧烟气的污染限制,排放标准也越来越严格,用于烟气净化的一次性工程投资和运行费用也越来越高。高效的焚烧烟气净化系统以及它的运行管理是防止垃圾焚烧厂二次污染的关键。
7固体废物热处理技术
焚烧烟气中污染的种类
焚烧尾气所含污染物质的产生和含量与废物的成分、燃烧速率、焚烧炉型式、燃烧条件,废物进料方式有亲密的关系,主要的污染物质有下列几种。
(1)不完全燃烧产物
碳氢化合物燃烧后主要产物为无害的水蒸气及二氧化碳,可以干脆排入大气之中。不完全燃烧物(简称PIC)是燃烧不良而产生的副产品,包括一氧化碳、炭黑、烃、烯、酮、醇、有机酸及聚合物等。
(2)粉尘废物中的惰性金属盐类、金属氧化物或不完全燃烧物质等。
(3)酸性气体包括氯化氢、卤化氢(氟以外的卤素、氟、溴、碘等)、硫氧化物(二氧化硫及三氧化硫)、氮氧化物(NOx)以有磷酸(H3PO4)。
(4)重金属污染物包括铅、汞、铬、镉、砷等的元素态、氧化态及氯化物等。
(5)有机污染物PCDDs/PCDFs。
焚烧废气污染物形成机制
1、粒状污染物
在焚烧过程中所产生的粒状污染物大致可分为以下三类:
①废物中的不行燃物在焚烧过程中(较大残留物)成为底灰排出,而部分粒状物则随废气排出炉外成为飞灰。飞灰所占的比例随焚烧炉操作条件(送风量、炉温等)、粒状物粒径分布、形态与其密度而定。所产生的粒状物粒径一般大于10m。
②部分无机盐类在高温下氧化而排出,在炉外遇冷而凝合成粒状物,或二氧化硫在低温下水滴而形成硫酸盐雾状微粒等。
③未燃烧完全而产生的碳颗粒与煤烟,-10之间。由于颗粒微细,难以去除,最好的限制方法是在高温下使其氧化分解。
2、一氧化碳
由于一氧化碳燃烧所需的活化能很高,它是燃烧不完全过程中的主要代表性产物。氧气含量愈高时,愈有利于CO氧化成CO2。事实上焚烧过程中,只要燃烧反应仍能接着进行,CO就可能产生,故焚烧炉二燃室较为志向的设计是炉温在1000℃,废气停留时间为1s。此外,若焚烧有机性氯化物时,由于有机性氯化物的化学性质大多数很稳定,在燃烧反应进行时,常夹杂CO与中间性燃烧产物,而中间性燃烧产物(包括二噁英等)的废气分析较为困难,因此常以CO的含量来推断燃烧反应完全与否。
3、酸性气体
焚烧产生的酸性气体,主要包括SO2、HCI与HF等,这些污染物都是干脆由废物中的S、CI、F等元素经过焚烧反应而形成的。如含CI的PVC塑料会形成HCI,含F的塑料会形成HF,而含S的煤焦油会产生SO2。据探讨,%,其中约30%-60%转化为SO2,其余则残留于底灰或被飞灰所吸取。
4、氮氧化物焚烧产生的氮氧化物主要来源有二:
一是高温下N2与O2反应形成热氮氧化物;另一个来源为废物中的氮组分转化成的Nox,称为燃料氮转化氮氧化物。
5、重金属
废物中所含重金属物质,高温焚烧后除部分残留于灰渣中之外,部分在高温下气化挥发进入烟气。金属物在炉中参与反应生成的氧化物或氯化物,比原金属元素更易气化挥发,这些氧化物及氯化物因挥发、热解、还原及氧化等作用,可能进一步发生困难的化学反应,最终产物包括元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物等。元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物在烟气中将以特定的平衡状态存在,且因其浓度各不相同,各自的饱和温度亦不相同,遂构成了困难的连锁关系。元素态重金属挥发与残留的比例与各种重金属物质的饱和温度有关,饱和温度愈高则愈凝合,残留在灰渣内的比例亦随之增高。其中,汞、砷等蒸气压均大于7mmHg(约933Pa),多以蒸气状态存在。