飞灰熔融二恶英零排放及垃圾气化熔融技术.ppt

垃圾飞灰高温熔融处理中试研究及垃圾气化熔融二恶英零排放技术 哈尔滨工业大学 别如山 内 容 摘 要•垃圾焚烧产生哪些污染物•二恶英结构及其危害•垃圾焚烧二恶英控制工艺•飞灰处理现状及解决方案•飞灰旋风炉高温熔融中试试验研究•存在问题及经济效益分析•垃圾气化、飞灰熔融一体化处理技术生活垃圾焚烧烟气中污染物的种类序序  号号类类   别别污染物名称污染物名称表示符号表示符号1尘尘颗粒物颗粒物    2   酸性气体酸性气体氯化氢氯化氢HCl硫氧化物硫氧化物SOx氮氧化物氮氧化物NO2氟化氢氟化氢HF   3   重金属类重金属类汞及其化合物汞及其化合物Hg和和Hg2+铅及其化合物铅及其化合物Pb和和Pb2+镉及其化合物镉及其化合物Cd和和Cd2+其它重金属化合物其它重金属化合物   4  有机物类有机物类二恶英二恶英PCDDs(Dioxin)呋喃呋喃PCDFs(Filran)PAHs其他有机物其他有机物 一、一、 垃圾焚烧产生的污染物垃圾焚烧产生的污染物二、 二恶英的结构、来源及其危害1、二恶英(dioxins)的结构2、二恶英的同分异构体3、TEQ=∑TEF×二恶英浓度TEQ：毒性当量；TEF：毒性等价系数4、垃圾焚烧炉中二恶英的来源5、二恶英的危害•二恶英在人体内积累，会引起皮肤痤疮、头疼、忧郁、失眠、失聪等症状。

会引起癌症、畸形•二恶英在人体内的半衰期为1-10年，2，3，7，8 TCDD为5.8年1g这类二恶英物质据说可以置10000人于死地2004年7月的尤先科2004年12月的尤先科POPs1、12种持久有机污染物：杀虫剂、PCB、二恶英、呋喃、DDT、狄氏剂，氯苯……..2、越战美国人喷洒落叶剂－橙色粉（含二恶英），导致美国越战老兵体内二恶英含量超过正常值1000多倍3、越南士兵的配偶所生的婴儿出现大量畸形（没有眼睛、畸形联体婴儿），令人触目惊心4、99年比利时鸡饲料中含有二恶英，发现鸡产蛋明显下降，蛋壳变硬，鸡体内二恶英含量超过正常值1000多倍5、99年比利时奶牛饲料含有二恶英，导致奶粉中二恶英严重超标 6、每公斤体重人体每天摄入二恶英的量•每公斤体重每天摄取二恶英类物质约3.5pg-TEQ/(kg.d)，其中98%来自饮食，60%来至鱼类如下图所示三、垃圾焚烧二恶英控制工艺•炉内控制：3T•尾气污染控制设备 ：1.活性炭（吸附二恶英）+ 布袋除尘器2.活性炭 + 布袋 + 催化分解去除技术（催化剂：V205—W03—Ti02）3.从450℃-500 ℃急冷至200 ℃以下日本荏原垃圾焚烧及污染控制系统 单位工况1工况2工况3工况4工况5工况6焚烧炉膛出口温度 [℃]879900895911902927余热炉出口温度 [℃]253256260257257257布袋除尘器出口温度 [℃]164164164159161163烟气中的氧浓度 [%]11.59.911.09.210.09.1排烟出口CO浓度 [mg/Nm3]503519412131余 热 炉 出 口 二 恶 英 浓 度 [ng-TEQ/Nm3]3.03.12.63.51.82.4布袋除尘器出口二恶英浓度 [ng-TEQ/Nm3]0.08*0.170.660.590.17*0.013*触媒脱硝装置出口二恶英浓度 [ng-TEQ/Nm3]  0.0350.0470.00060.0014表2 流化床焚烧炉尾气中二恶英浓度的实测结果 注：烟气中氧浓度为12％，*表示在布袋除尘器前喷活性炭 四、国内外飞灰处理现状4.1 国内垃圾国内垃圾焚烧飞灰处理现状焚烧飞灰处理现状 •目前我国城市生活垃圾焚烧厂已达140余家。

2010年我国城市生活垃圾焚烧总处理能力达到4.8万t/d，按垃圾焚烧量的5-10％计算，焚烧飞灰产量将达到2400 -4800t/d•全国医疗废物约68×104t/a，每年将产生焚烧飞灰约20000t•飞灰中含有大量的重金属（Pb、 Cd、 Hg等）和二恶英，我国《国家危险废物名录》已将垃圾焚烧飞灰定性为危险废物如果处理不善，将严重威胁人们的生存安全国内还没有见到飞灰无害化报道 4.2 垃圾焚烧飞灰中重金属和二恶英含量垃圾焚烧飞灰中重金属和二恶英含量 垃圾焚烧产生的飞灰中含有大量重金属和二噁英例如，日本的垃圾焚烧飞灰中重金属铅（Pb）的含量为738～7950mg/kg(炉排炉)；镉(Cd)的含量为4～573mg/kg(炉排炉) [1]；二噁英含量在1000～50000ng-TEQ/kg[2]我国上海御桥垃圾焚烧厂飞灰中铅（Pb）：972～2480mg/kg；Cd:50～66mg/kg；二噁英含量在980～1520ng-TEQ/kg[3]，目前国内报道的炉排炉飞灰中二噁英含量有的高达7530ng-TEQ/kg  目前国际上比较安全的垃圾焚烧飞灰处理方法有4种：（1）熔融处理→再生利用，（2）水泥混凝固化处理→填埋，（3）药剂处理→填埋，（4）酸溶液浸出处理→填埋。

日本从20世纪80年代开始，由政府主导进行飞灰熔融技术开发计划，目前已经成为应用熔融法处理焚烧飞灰最广泛的国家之一 4.3 国外飞灰处理方法 除熔融处理外，其它方法预处理后仍需大量填埋场地，不太符合我国大中城市填埋场地非常紧张的实际情况 国内许多垃圾焚烧厂为了通过环评，飞灰按水泥固化后填埋处理，而当垃圾焚烧炉投运后发现这样做不切合实际，主要原因是处理成本高，目前按水泥固化处理方案，每吨飞灰处理费高达1600元，企业根本承受不了目前飞灰要么自然堆放要么不知所终国内现状 4.4 4.4 飞灰熔融处理及再生利用新技术飞灰熔融处理及再生利用新技术 发达国家推崇将飞灰熔融处理后再生利用，因为经飞灰高温熔融处理后可作为水泥原料或建筑材料，变废为宝能够分解飞灰中99.9%以上的二噁英，达到二噁英零排放和废物循环利用的目的 通常采用燃烧重油、焦炭或采用电热熔融的方法熔融处理飞灰，运行成本很高，飞灰吨处理成本达到1000元，所以在我国难以推广4.5 生活垃圾焚烧灰熔融炉4.6 电力消耗量与灰渣熔融量之间的关系五、五、垃圾飞灰旋风炉高温熔融垃圾飞灰旋风炉高温熔融处理及再生利用新技术处理及再生利用新技术 我们提出的解决方案： 我们提出以煤为辅助燃料的垃圾焚烧飞灰旋风炉熔融处理技术，具有（1）运行成本低；（2）回收飞灰中有价金属；（3）熔渣急冷后作为水泥原料，变废为宝；（4）余热发电，符合国情。

该项技术2006年获得国家发明专利，专利号：ZL 200410044191.8 5.1飞灰高温熔融二恶英零排放工艺流程图垃圾焚烧飞灰熔融炉系统示意图5.2 技术特点1.旋风炉内采用富燃料燃烧，控制空气过剩系数在一定的范围内，一方面飞灰中高沸点重金属(Mn、Cu、Cr等)在还原性气氛下被还原为金属从回收金属出口排出，另一方面可大幅度降低氮氧化物浓度2. 还原性气氛有利于降低灰熔点50～100℃，提高灰渣流动性 3. 旋风炉出口布置二次高温燃烧室，在其下部送入二次风，将烟气中的可燃物燃烬为了防止高温二次燃烧室出口氮氧化物浓度超标，在出口喷入尿素水溶液进行高温选择性非催化脱氮(SNCR) 或尾部280-320 ℃范围内SCR脱硝，去除～80％的氮氧化物4. 熔渣经水急冷后成为粒状玻璃体，作为水泥原料或建筑材料再生利用 5.3 飞灰旋风炉高温熔融试验研究•试验地点：在石家庄第四热电厂一台75t/h旋风炉上进行试验该炉额定出力为75t/h，压力为5.3 MPa，过热蒸汽温度450℃旋风炉简图如图1所示•试验条件： 试验是在煤粉:飞灰8:2条件下进行，旋风炉内温度为1450℃,锅炉出力为70t/h，蒸汽压力5.2MPa，蒸汽温度445℃。

试验持续进行10个小时•灰样：飞灰来源于哈尔滨垃圾焚烧发电厂，通过长途运输到试验现场，飞灰从下层二次风口（沿高度有上、中、下三个二次风口）送入旋风炉内5.4 测试方法1.二恶英类化合物委托中国科学院水生生物研究所二恶英检测实验室测量，烟气取样口在引风机之后，飞灰取自空气预热器后，熔渣取自排渣口2.垃圾焚烧飞灰、熔渣中重金属及其浸出毒性检测委托黑龙江地质矿产测试应用研究所测量，飞灰通过取样器取至空气预热器出口，熔渣取自排渣出口3.现场的O2、NOx，SO2由英国进口烟气分析仪：凯恩KM9106测量，尾气中HCl浓度由现场采用1N的NaOH去离子水溶液吸收，通过Cl－离子测定仪滴定测量，采样点在空气预热器出口5.5 75t/h旋风炉简图5.6 二恶英检测结果•原始飞灰中二噁英含量：201～375 ng-TEQ/kg，飞灰经高温熔融后，急冷熔渣中二噁英的含量为2～3ng-TEQ/kg；尾气中烟尘二噁英含量为0.018ng-TEQ/m3，尾气中烟气二噁英含量为0.015ng-TEQ/m3，尾气二噁英总含量为0.033ng-TEQ/m3；静电除尘器捕集飞灰二噁英含量：23～26ng-TEQ/kg。

•从试验结果看，尾气中二噁英含量远低于国际发达国家的环保标准：0.1ng-TEQ/m3，更低于我国现行环保标准： 1ng-TEQ/m3急冷熔渣及静电除尘器捕集飞灰中二恶英含量非常低，完全无害，可以循环利用 5.7 原始飞灰、静电除尘器飞灰以及熔渣中的重金属检测结果(mg/kg)重金属元素CuPbZnCdHgAsCrNi原始飞灰45142420058.062.67015.736839.5静电除尘飞灰47.288.41820.8540.13323.983.630急冷溶渣78.225.01580.240.0183.667.727.65.8 原始飞灰、静电除尘器飞灰以及熔渣中的重金属浸出量检测结果(mg/L)重金属元素CuPbZnCdHgAsCrNi原始飞灰0.0020.01220.2230.0020.00290.0020.02740.0012静电除尘飞灰0.00090.00360.02590.00020.000450.00020.25530.0002急冷溶渣0.00010.42×10－31.0×10－30.016×10－30.000070.00010.00580.0003最高允许浓度503500.30.051.51.5105.9 HCl排放浓度 由于焚烧飞灰中含有较高浓度Cl，它们主要以氯的金属化合物以及飞灰中含有机氯化合物（二恶英类），在高温下分解生成HCl存在于烟气中，测试结果表明，在尾气中氧浓度为8～9％时，烟气中HCl浓度为43～65mg/m3，低于目前环保标准100 mg/m3。

5.10 尾气中NOx及SO2排放浓度O2 %NOx(mg/m3)SO2(mg/m3)7.992518708.1104216488.7106615599.0108415489.7114014895.11 创新点及解决的技术瓶颈•根据我国实际情况，提出以煤为辅助燃料的飞灰高温熔融处理思路，以旋风炉技术为基础，提出将飞灰送入旋风炉内高温熔融，在1300－1400℃温度下，将垃圾焚烧飞灰中二恶英彻底分解，同时将飞灰中的重金属包裹在熔渣里而不能浸出，从而实现飞灰的无害化研究结果表明，本项目提出的飞灰高温熔融思路是完全正确可行的高温熔融后的熔渣及飞灰可以资源化利用•本项目可彻底解决目前国内垃圾焚烧厂的飞灰无害化处理问题，改变垃圾飞灰无序排放现状 国内北京、广州等民众抗议建设垃圾焚烧厂，其核心问题就是民众对垃圾焚烧产生的二恶英污染存在恐惧心理就目前国内垃圾焚烧现状来说，由于焚烧尾气采用严格的环保处理设备，排气中二恶英浓度已达到国际排放标准0.1ng-TEQ/m3，对大气的污染可以说是微乎其微问题就出在垃圾焚烧飞灰上，因为飞灰中含有大量的二恶英和重金属，国家定性为危险废物，目前处于无序排放状态，对垃圾焚烧厂周边群众构成直接威胁。

5.12 成果推广应用或产业化前景5.13 主要经济指标•以一台日处理300吨垃圾的循环流化床焚烧炉为例，每天产生飞灰约30t左右，采用飞灰熔融处理并将余热发电（配6000kW发电机组），每天可发电14.4万kW.h，按每度电上网电价0.5元计算，扣除每天燃料费（70吨煤×800元），可获毛利润1.6万元，年毛利润480万元而飞灰熔融处理及余热回收发电系统投资约3000万元左右，在6年内就可回收全部投资成本，因此垃圾焚烧厂比较容易接受 5.14 结论结论•以煤为辅助燃料，采用旋风炉高温熔融焚烧飞灰试验结果表明，在旋风炉内温度达到1300-1400℃，飞灰中的二噁英能够被彻底分解，急冷熔渣、尾气及静电除尘器捕集灰中二恶英浓度远低于现行国际、国内二恶英排放标准急冷熔渣、尾部飞灰的重金属浸出实验结果表明，重金属浸出量远低于国家危险废物浸出标准，说明急冷熔渣及尾部飞灰完全无害，可作为建筑材料循环利用由于没有脱硫、脱硝措施，所以，尾气中NOx及SO2排放浓度超标，说明未来设计高温熔融炉时需要配置适当的脱硫、脱硝措施在高温熔融过程中，由飞灰中Cl转化而来的HCl浓度低于国家排放标准六、垃圾气化熔融焚烧炉• 回转窑气化熔融炉• 荏原流化床气化熔融炉• 竖井式气化熔融炉• 我们提出的气化熔融炉：流化床垃圾气化及飞灰熔融一体化焚烧炉特点•垃圾不需分选，直接进炉，大块不燃物能够顺畅排出炉外。

•气化炉温度为650-750度•飞灰熔融室采用煤粉作为辅助燃料，温度为1300-1350度•二燃室喷尿素进行SNCR脱硝•尾部280-320度进行SCR脱硝•尾气中NOx排放浓度低于400mg/m3谢谢各位专家！名 片•别如山，博士，教授，博士生导师•哈尔滨工业大学能源学院•哈尔滨市南岗区西大直街92号，邮编：150001•邮址：哈工大454信箱•Tel： 0451－86413232•Fax：0451－86413232 •MP: 13946013563•E-mail：Rushan@ 煤样及飞灰样项 目煤样A煤样B收到基低位热值Qar,net(kJ/kg)23994.3718524.83飞灰样品#1飞灰循环流化床垃圾焚烧炉飞灰#2飞灰进口炉排炉垃圾焚烧炉飞灰飞灰飞灰#1飞灰飞灰#2元素元素氧化物氧化物(%)元素元素氧化物氧化物(%)NaNa2O2.965NaNa2O1.865MgMgO2.281MgMgO1.962AlAl2O318.864AlAl2O317.082SiSiO243.927SiSiO232.525PP2O53.367PP2O52.526SSO33.24SSO35.836KK2O2.614KK2O1.834CaCaO14.858CaCaO23.824TiTiO21.181TiTiO21.304ClCl1.508ClCl3.121MnMnO0.131MnMnO0.121FeFe2O34.271FeFe2O36.865CuCuO0.097NiNiO0.021飞灰成分分析结果氧化性气氛下混合灰样灰熔点试验煤样A-飞灰#1煤样A-飞灰#2煤样B-飞灰#1煤样B-飞灰#2还原性气氛混合灰样灰熔点 煤样A-飞灰#1煤样A-飞灰#2煤样B-飞灰#1煤样B-飞灰#2。