垃圾焚燒用活性炭是怎么使用的?
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根據(jù)目前一些垃圾焚燒廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)外設(shè)計(jì)測(cè)算，焚燒1t垃圾的活性炭噴射量一般為0.3kg~0.6kg，垃圾熱值在較低時(shí)取低值，垃圾熱值較高時(shí)取高值，此范圍可作為設(shè)計(jì)需要量的判斷參考。活性炭的基本參數(shù)要求為：細(xì)度>200目，比表面,900>m2 /g,四氯化碳>60%，水分和灰分<10%,煙化溫度>450℃，燃燒溫度>700℃。(CJJ/T 137-2010)
眾所周知，物質(zhì)由分子構(gòu)成;不同物質(zhì)的分子大小不盡相同，例如水分子直徑約0.28nm，碘分子直徑約0.56nm，四氯化碳分子直徑約0.59，亞甲基藍(lán)分子直徑約1.09nm。活性炭是種具有高度發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積的炭材料。由不同材料制備而成的活性炭具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)，例如椰殼活性炭微孔居多，孔隙<2nm,煤質(zhì)活性炭中單居多，孔隙介于2~50nm間。木質(zhì)一般大孔居多，孔隙>50nm。活性炭的吸附主要以物理吸附為主，具有一定的選擇性，就如同篩網(wǎng)原理，只有符合篩孔大小的材料才可以保留下來。活性炭吸附物質(zhì)的時(shí)候，其孔徑主要分布在吸附質(zhì)孔徑的1.7-3倍(吸附理論)的時(shí)候吸附效果最佳。這樣才能最大限度的發(fā)揮活性炭功用。二惡英物質(zhì)分子大小 (以2,3,7,8-TCDD為例)：長軸 1.3688NM , 短軸0.7348NM, 厚度 0.35NM，屬于中孔范圍。經(jīng)過研究對(duì)于吸附二噁英吸附質(zhì)需要有大量孔隙直徑為2.0-5.0nm的孔隙。河南竹之韻研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年對(duì)活性炭的研究分析，采用特殊的物理或化學(xué)法方法，已成功制備出孔徑主要分布與2-5nm的專用煤質(zhì)和木質(zhì)活性炭，即垃圾焚燒專用炭。其基本指標(biāo)如下：碘值>1000mg/g, 目數(shù)>200，比表面積>900m2 /g, 灰分<10%，水分<5%，PH：5-10;煙化溫度>450℃。燃燒溫度>700℃，填充密度380-500g/ml。
其次是活性炭的使用方式。在垃圾電廠中，活性炭通常采用固定、斜格等不同形式的床層進(jìn)行填充。這些床層的設(shè)計(jì)是為了充分利用活性炭的吸附能力，將廢氣中的有害物質(zhì)盡可能地去除。此外，活性炭還常常與其它材料一起使用，如硫酸鐵、硫酸銅等，將其作為高效催化劑來使用，以達(dá)到更好的凈化效果。
最后是活性炭的更新周期。在垃圾電廠的生產(chǎn)中，活性炭是不可避免地受到磨損和污染。為了保證活性炭的吸附性能，不斷的更換新的活性炭是必要的。因此，活性炭的更新周期通常較短，在使用1-2個(gè)月后就需要更換一次。這也給垃圾電廠帶來了一定的成本壓力。不過，與其它環(huán)保設(shè)備相比，活性炭的更新成本并不算高。
在生活垃圾進(jìn)入電廠焚燒之前，需要將生活垃圾進(jìn)行分類。垃圾分類已在全國各地展開，許多城市已經(jīng)將垃圾分類列入了工作重點(diǎn)并已形成了良好的生產(chǎn)鏈，各地市民也積極配合垃圾分類管理，這對(duì)于控制垃圾焚燒廢棄排放提供重要幫助。
在日常產(chǎn)生的生活垃圾中，有著各種各樣的物質(zhì)，如果不進(jìn)行分類就焚燒會(huì)對(duì)焚燒排放的廢氣產(chǎn)生比較大的影響，常見造成影響較大的生活垃圾包括電池、燈管燈泡、玻璃制品及陶瓷類產(chǎn)品等。另外還有一部分的垃圾來自于工業(yè)垃圾，包括油漆桶、廢建材等，這都會(huì)對(duì)焚燒產(chǎn)生不良影響。在同等的煙氣處理工藝技術(shù)下，經(jīng)過垃圾分類的垃圾遠(yuǎn)比沒有分類過得垃圾焚燒排放指標(biāo)低、穩(wěn)定。而當(dāng)垃圾在垃圾場(chǎng)中堆放時(shí)間較長，會(huì)受到雨水的侵蝕，垃圾中的水分會(huì)逐漸增大，其中的有機(jī)物含量也會(huì)隨之增高，這些有機(jī)物在焚燒過程中難以降解，會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣從而讓排放指標(biāo)不受控制。發(fā)電廠在使用垃圾焚燒發(fā)電時(shí)，通常以3∶7的比例搭配，研究表明，煤炭含量在30%時(shí)焚燒產(chǎn)生的廢氣最少。
控制垃圾焚燒中二噁英的形成
二噁英在高溫情況下大部分會(huì)分解，如當(dāng)煙氣出爐溫度>800℃，且煙氣在此溫度下停留大于2s，絕大部分的二噁英會(huì)自動(dòng)分解。但是在煙氣溫度降低到300~500℃時(shí)，垃圾焚燒過程中被高溫分解的二噁英含氯有機(jī)化合物會(huì)在煙氣粉塵的催化作用下與HCl重新組合生產(chǎn)二噁英。
因此要控制二噁英的形成，首先要保證在在爐內(nèi)燃燒時(shí)，煙氣溫度要大于900℃，且停留時(shí)間要大于2 s，保證所有有機(jī)物的充分燃燒，其次盡量減小鍋爐尾部煙道的截面積，調(diào)高煙氣流速，減少煙氣在低溫段的停留時(shí)間，以減少二噁英的再生成。同時(shí)也要抑制HCl、CuCl2的產(chǎn)生，盡量不焚燒含氯有機(jī)物。此外還可以在噴淋塔后的煙氣中，噴入活性炭，可以使得活性炭吸附大部分的二噁英以及汞等重金屬。
垃圾焚燒廢氣處理工藝
1 煙氣脫硫工藝
垃圾焚燒煙氣脫硫工藝旨在去除以SO2、HCl為主的酸性氣體，現(xiàn)階段我國煙氣脫酸工藝按照有無廢水排出分為干法，半干法和濕法三種方式。
干法工藝主要形式為爐內(nèi)噴鈣，通過向反應(yīng)器噴射石灰粉與焚燒產(chǎn)生的酸性氣體中和反應(yīng)，常見的有“石灰干粉+活性炭+布袋除塵器”煙氣處理工藝。該工藝運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，且沒有廢水排除，總體投資較少，后期的維護(hù)也相對(duì)簡(jiǎn)單。但是該工藝脫硫效率低，需要消耗大量的石灰粉，也會(huì)出現(xiàn)干石灰堵塞煙道的情況，最主要的是在當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求下，該工藝很難滿足當(dāng)前國標(biāo)的煙氣排放要求。
半干法工藝是通過旋轉(zhuǎn)噴霧器將制漿系統(tǒng)輸送過來的石灰漿進(jìn)行霧化后噴入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)與煙氣充分接觸，在一系列化學(xué)反應(yīng)后去除煙氣中的絕大部分酸性氣體，常見的“旋轉(zhuǎn)霧化器噴石灰漿+活性炭+布袋除塵器”煙氣處理工藝。該工藝脫硫效率較高，能達(dá)到90%左右，但是該工藝對(duì)于石灰品質(zhì)和粒徑的要求非常高，如果石灰顆粒過大可能會(huì)出現(xiàn)由于石灰漿沉積而導(dǎo)致堵塞的問題。此外，石灰漿液的制備系統(tǒng)所需設(shè)備較為復(fù)雜，操作也較為復(fù)雜，且此工藝前期投資比較大，在后期的維護(hù)運(yùn)行也相對(duì)投入的更多。
濕法工藝通常采用石灰漿或NaOH溶液，以噴淋的形式將漿液通過分布器噴入吸收塔內(nèi)，煙氣中的酸性氣體與漿液反應(yīng)。該具有最高的脫硫效率，可以達(dá)到98%以上，但該工藝投資大，設(shè)備運(yùn)行成本高，且該工藝會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水需要經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后才能向外排放，此外還容易出現(xiàn)結(jié)垢問題。
目前很多垃圾焚燒發(fā)電廠采用半干法+干法組合工藝，煙氣首先經(jīng)過脫酸反應(yīng)塔半干法工藝處理，噴入石灰漿與煙氣反應(yīng)，然后在進(jìn)入布袋除塵器之前的煙道中噴入石灰粉與煙氣反應(yīng)，這種方法除酸效率較高，運(yùn)行成本合理，初始投資也較低，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，后續(xù)也不會(huì)產(chǎn)生廢水。
垃圾焚燒煙氣脫硝工藝主要包括選擇性非催化還原工藝(SNCR)和選擇性催化還原工藝(SCR)。選擇性非催化還原(Selective Non-Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱為SNCR)技術(shù)，SNCR技術(shù)主要在850~1050℃下，用噴槍將含氮的還原劑噴入鍋爐中，與NOx發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?br /> SNCR短期示范期間能達(dá)到75%的脫硝率，長期現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用一般能達(dá)到30%~70%的NOx脫除率，主要與反應(yīng)溫度、煙氣停留時(shí)間等有關(guān)。該工藝是一項(xiàng)清潔的脫硝技術(shù)，沒有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成，且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、施工時(shí)間短，后期的運(yùn)行維護(hù)也比較簡(jiǎn)單，但其脫硝效率并不是很高。
選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱為SCR)技術(shù)，是利用還原劑(NH3，尿素)在金屬催化劑作用下，選擇性地與NOx反應(yīng)生成N2和H2O，而不是被O2氧化，故稱為“選擇性”，反應(yīng)溫度區(qū)間為300~420℃。反應(yīng)式為：
4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O
4NH3+2NO+O2=6N2+6H2O
SCR工藝脫硝效率較高，但對(duì)催化劑的選取要求高，而垃圾焚燒產(chǎn)生的二噁英和重金屬粉塵都會(huì)直接影響催化劑，降低其活性。目前許多垃圾焚燒電廠采用SNCR和SCR耦合工藝，選取適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)間采用噴槍噴入過量的還原劑，還原劑的用量考慮到SNCR系統(tǒng)和后續(xù)SCR系統(tǒng)。
由于生活垃圾焚燒煙氣中污染物不同于普通燃煤煙氣，其種類更加復(fù)雜，而且煙氣中污染物排放標(biāo)準(zhǔn)越來越高，電除塵器不僅無法滿足脫除有機(jī)物(二噁英等)、重金屬等的需要，同時(shí)它也無法滿足對(duì)粉塵排放的要求。電除塵裝置不適合作為垃圾焚燒的除塵處理工藝。
布袋除塵器是一種干式濾塵裝置，含塵氣體由風(fēng)機(jī)的引力下進(jìn)入脈沖除塵器，在擋風(fēng)板的作用下，氣流向上流動(dòng)，大顆粒粉塵在重力的作用下落入灰斗，含塵氣體進(jìn)入中箱體濾袋的過濾凈化，粉塵被阻留在濾袋的外表，凈化的空氣通過濾袋后由排風(fēng)口排除。《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》中指出生活垃圾焚燒煙氣處理宜采用布袋除塵器。
結(jié)論
垃圾焚燒在處理了大量生活垃圾的同時(shí)，創(chuàng)造了大量的電力資源，是當(dāng)下處理生活垃圾的一種主流形式。文章通過對(duì)垃圾焚燒煙氣組成及各成分處理方式、處理工藝的描述分析，為煙氣凈化處理提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)環(huán)境保護(hù)也起到了一定的宣傳作用。