焚燒爐二惡英排放特性及關(guān)鍵控制技術(shù)研究.pdf

1、近年來中國越來越多的生活垃圾、危險(xiǎn)廢物以及醫(yī)療垃圾焚燒爐在不斷投入運(yùn)行。然而，在運(yùn)行過程中的劇毒性物質(zhì)二惡英的超標(biāo)排放是所有焚燒爐所不能忽略的問題，而且引起了一系列的社會問題。本文針對現(xiàn)今焚燒爐運(yùn)行過程中的問題進(jìn)行研究，對生活垃圾、危險(xiǎn)廢物以及醫(yī)療垃圾焚燒爐的二惡英排放特性進(jìn)行了調(diào)查研究，并針對性地通過相關(guān)控制方法探討了降低二惡英排放的主要因素。另外，開發(fā)了針對飛灰和煙氣中二惡英減排的新型設(shè)備和技術(shù)，通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)論證了設(shè)備的可行性和控

2、制效果。研究的主要結(jié)果如下：
　　(1)本文通過對典型的流化床生活垃圾焚燒爐二惡英排放特性進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)流化床在檢測條件下當(dāng)無活性炭噴射時(shí)其PCDD/Fs毒性濃度排放在0.073-14.8 ngI-TFEQ/Nm3之間，當(dāng)有活性炭噴射時(shí)在0.064-4.70 ng I-TEQ/Nm3之間，飛灰的PCDD/Fs濃度在254-8200 ng I-TEQ/kg之間，新安裝的布袋除塵器對PCDD/Fs的去除能力比舊布袋明顯要高；煙氣在

3、鍋爐中就存在異相催化生成的de novo反應(yīng)，提高爐膛的燃燒溫度對PCDD/Fs的生成有重要的作用，但不是影響PCDD/Fs排放的主要原因，煙氣經(jīng)凈化設(shè)備的冷卻過程是PCDD/Fs超標(biāo)排放的主要原因；活性炭噴射能顯著提高布袋除塵器的PCDD/Fs去除效率，而且新布袋條件下的去除效率要明顯高于舊布袋條件，但是運(yùn)行較久的布袋由于“記憶效應(yīng)”的影響，即使活性炭噴射條件下也不能保證PCDD/Fs的達(dá)標(biāo)排放；垃圾焚燒低負(fù)荷條件下的PCDD/Fs生

4、成能力要強(qiáng)于高負(fù)荷條件，不同焚燒負(fù)荷也引起重金屬的改變，其在飛灰中的重金屬濃度除Cu外隨焚燒負(fù)荷的增加而增加；
　　(2)本文研究的3個(gè)醫(yī)療廢物焚燒爐煙氣中PCDD/Fs排放差距較大，爐渣中的PCDD/Fs毒性濃度要比飛灰中小1-2個(gè)數(shù)量級，3個(gè)醫(yī)療廢物焚燒爐的PCDD/Fs排放因子表明醫(yī)療廢物焚燒爐的排放因子普遍要高于生活垃圾焚燒爐；危險(xiǎn)廢物焚燒爐處于活性炭長期噴射條件時(shí)，短暫停止噴射并不會造成出口尾氣的PCDD/Fs濃度增加，

5、但是對于長期無活性炭噴射的焚燒爐而言，活性炭的噴射對PCDD/Fs的去除效果比較明顯，而且活性炭噴射量越大其去除效果也越加明顯；危險(xiǎn)廢物焚燒爐在起爐過程中PCDD/Fs排放是總煙氣排放的重要組成部分，本研究表明，焚燒爐起爐階段PCDD/Fs在單位時(shí)間內(nèi)的排放能力要比正常運(yùn)行條件高56倍，Start-up階段的PCDD/Fs排放量為年總排量的55.5％，I-TEQ排放量為50.5％；氯苯在起爐和正常運(yùn)行條件下的排放特性跟PCDD/Fs類似

6、，但是在濃度上要高PCDD/Fs兩到三個(gè)數(shù)量級。對氯苯跟PCDD/Fs可能的關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)，高氯代的氯苯如HxCBz同PCDD/Fs濃度的關(guān)聯(lián)性較好；然而，同1-TEQ關(guān)聯(lián)最好的是1，2，4，5-TeCBz，是實(shí)際危險(xiǎn)廢物焚燒爐的出口煙氣排放中PCDD/Fs的最佳候選指示物。
　　(3)本文利用模擬飛灰研究SO2抑制二惡英生成的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)溫度為300℃時(shí)PCDD/Fs的生成能力最強(qiáng)；SO2對反應(yīng)中飛灰生成PCDD/Fs能力的抑

7、制作用非常明顯，而且隨著溫度的升高，其抑制作用增加；反應(yīng)后通入SO2對PCDD/Fs抑制效果不是很明顯，因此本文研究認(rèn)為SO2對PCDD/Fs的抑制機(jī)理主要通過對催化劑如CuCl2的失活，而不是抑制氣相的生成或者與PCDD/Fs本身參與反應(yīng)；通過對反應(yīng)過程中無機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)歸的模擬，發(fā)現(xiàn)當(dāng)無SO2時(shí)，300℃前CuCl2能保持穩(wěn)定，但是當(dāng)溫度繼續(xù)增加后其分解，導(dǎo)致催化活性降低，模擬結(jié)果很好地印證了本實(shí)驗(yàn)中300℃時(shí)最大PCDD/Fs生成的現(xiàn)象

8、；當(dāng)有SO2時(shí)，模擬結(jié)果表明其抑制PCDD/Fs生成的機(jī)理是，一是將具有催化活性的CuCl2轉(zhuǎn)變?yōu)闊o催化活性的CuSO4，二是減少主要反應(yīng)元素Cl2的生成量，而且將最適生成溫度從低溫轉(zhuǎn)移到高溫。
　　(4)本文對危險(xiǎn)廢物焚燒飛灰(HFA)與生活垃圾焚燒飛灰(MFA)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)HFA的比表面要遠(yuǎn)大于MFA，HFA具有更小的顆粒直徑分布，而且在10μm以下的分布要遠(yuǎn)大于WFA；通過熱釋放化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析表明，飛灰在低溫時(shí)發(fā)生反應(yīng)的活

9、化能較低，高溫時(shí)的活化能較高，約為低溫條件下的兩個(gè)數(shù)量級，其可能發(fā)生殘?zhí)繗饣幕瘜W(xué)反應(yīng)。紅外譜圖分析表明，低溫時(shí)產(chǎn)物主要是H2O和CO2，應(yīng)該是物理的升溫反應(yīng)引起的氣體的揮發(fā)；高溫時(shí)殘?zhí)康臍饣蒆2O和CO2，在碳含量過高時(shí)，有部分的CO生成；飛灰在氮?dú)鈿夥仗幚頃r(shí)PCDD/Fs的去除能力在300℃時(shí)便能滿足大幅度降解的要求，溫度增加時(shí)去除能力更為顯著，PCDD/Fs去除的主要原因是脫氯和降解的反應(yīng)的結(jié)果；氣流速度提高能導(dǎo)致飛灰中PCD

10、D/Fs去除效率的增加，但是在脫附煙氣中，當(dāng)流速度增加到4cm/s時(shí)，氣相中PCDD/Fs濃度和I-TEQ濃度顯著增加；而且不同種類的飛灰，盡管原始飛灰中PCDD/Fs濃度不大一致，熱處理后的PCDD/Fs都較小，但是脫附至煙氣中PCDD/Fs的濃度卻明顯不同；飛灰在熱處理應(yīng)用平臺中的應(yīng)用表明，熱處理后PCDD/Fs濃度的總?cè)コ蕿?6.9％，I-TrEQ濃度的總?cè)コ蕿?4.3％，PCDD/Fs主要分布在飛灰上，說明熱處理技術(shù)在含

11、有高濃度PCDD/Fs飛灰處理中應(yīng)用的可行性。
　　(5)本文通過硫基抑制劑在實(shí)際危險(xiǎn)廢物焚燒爐中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)硫鐵礦和硫酸銨作為抑制劑跟危險(xiǎn)廢物的摻燒能較大幅度增加煙氣中的SO2濃度，能提高PCDD/Fs抑制劑的氛圍濃度。硫基抑制劑的摻燒對煙氣排放的PCDD/Fs減排能力相對較小，但是對整體的排放因子減量率為50％以上；基于飛灰熱處理及硫基循環(huán)抑制二惡英生成與排放的應(yīng)用平臺的應(yīng)用表明系統(tǒng)對SO2有一定程度的積累，而且外源硫基的添加

12、能明顯增加系統(tǒng)內(nèi)的SO2濃度，硫鐵礦作為外源硫基在系統(tǒng)內(nèi)SO2積累能力要明顯強(qiáng)于氣體SO2作為外源硫基；應(yīng)用平臺初始運(yùn)行下應(yīng)用平臺的運(yùn)行雖然能在一定程度上降低PCDD/Fs排放的濃度，但是其降低程度有限。飛灰熱處理的能力隨著SO2積累能力的增加而提高，同時(shí)整體的PCDD/Fs排放因子也隨著系統(tǒng)的運(yùn)行而減少；應(yīng)用平臺在長期運(yùn)行下布袋出口的PCDD/Fs排放會顯著增加，可能的原因是“記憶效應(yīng)”的影響，但是對于長期運(yùn)行條件下的PCDD/Fs排