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扒一扒垃圾焚燒發電廠二噁英的產生和控制措施

更新時間:2019-06-27 11:06 來源:電力制造 作者: 閱讀:1306 網友評論0

根據《“十三五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃》,到2020年底全國城鎮生活垃圾焚燒處理設施能力占無害化處理總能力50%以上的目標,結合當前僅不足40%的占比情況,“十三五”期間垃圾焚燒項目的年均占比增速能夠超過2.5%。由于國家政策推動以及環保形勢的日益嚴峻,所以我們老百姓身邊未來幾年會出現很多垃圾發電廠。

首先,我們就來一起看看生活垃圾焚燒發電科普知識吧!

垃圾焚燒發電為什么是較為理想的選擇?

垃圾焚燒發電作為發達國家廣泛采用的城市生活垃圾處理方式,符合“無害化、減量化、資源化”三原則。

1、減量化:垃圾焚燒后,一般體積可減少90%以上,重量減輕80%以上。垃圾焚燒后再填埋,可以有效地減少對土地資源的占用。

2、無害化:高溫焚燒后可消除垃圾中大量有害病菌和有毒物質,可有效地控制二次污染。

3、資源化:垃圾焚燒后產生的熱能可用于發電供熱,實現資源的綜合利用。垃圾發電不但能變廢為寶,產出電能,還能節約煤炭資源。焚燒7噸垃圾可節省1噸煤,假使全年城市垃圾的一半用作焚燒,則可省煤2000多萬噸。

垃圾焚燒的過程到底是怎么樣的?

來看一下垃圾焚燒工藝流程圖:

通過上圖,我們可以看到,生活垃圾由專用運輸車送至垃圾發電廠,經地磅稱重后開至卸料門,卸到垃圾儲坑內,經自然發酵(堆放5-7天),析出垃圾中的部分水量以提高熱值,期間產生的沼氣、臭氣回收至焚燒爐利用,垃圾堆存所產生的滲濾液,經處理達標后,作為全廠生產用水。發酵后的垃圾經進料斗進入高達850~1100℃的焚燒爐內,焚燒煙氣停留2s 以上,高溫有效控制二噁英的生成。垃圾在鍋爐內燃燒產生熱能,用于汽輪發電機進行發電。垃圾燃燒過程所需的助燃空氣取自于垃圾池內產生的臭氣,使垃圾池維持負壓,確保池內臭氣不會外溢。焚燒后產生的爐渣用作建筑材料,垃圾焚燒后所產生的煙氣經煙氣處理系統凈化后,有效的去除煙氣中酸性污染物,顆粒物,氮氧化物,重金屬及二惡英等污染物,達到國標或歐盟2000標準后的潔凈氣體排至大氣。在煙氣處理過程中產生的飛灰,經固化穩定后運至填埋場進行無害化填埋。

焚燒發電廠二惡英的產生和控制?

生活垃圾焚燒廠煙氣中的二惡英是近幾年來世界各國所普遍關心的問題,自1999年比利時發生動物飼料二惡英污染事件后,二惡英更是倍受世人所關注,一時成為全球范圍的熱點。經過這一事件,二惡英在我國也是家喻戶曉,聞毒色變。可以這樣說,在今天研究生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英的產生機理和控制措施,比以往任何時候都顯得必要和重要。要建設生活垃圾焚燒廠,我們就不能也無法回避二惡英。

1.二惡英的結構和特性

1.1二惡英的分子結構

二惡英(DIOXIN,簡稱為DXN)即PolyChlorinatedDibenzo-P-Dioxins,略寫為PCDDs。簡單地說PCDDs是兩個苯核由兩個氧原子結合,而苯核中的一部分氫原子被氯原子取代后所產生,根據氯原子的數量和位置而異,共有75種物質,其中毒性最大的為2,3,7,8—四氯二苯并二惡英TCDDs(2,3,7,8—TCDDs),計有22種,;另外,和PCDDs一起產生的二苯呋喃PCDFs,共有135種物質。通常將上述兩類物質統稱為二惡英(或稱戴奧辛),所以二惡英不是一種物質,而是多達210種物質(異構體)的統稱。

1.2二惡英的特性

二惡英在標準狀態下呈固態,熔點約為303~305℃。二惡英極難解溶于水,在常溫情況下其溶解度在水中僅為7.2×10-6mg/L。而同樣在常溫情況下,其在二氯苯中的溶解度高達1400mg/L,這說明二惡英很容易溶解于脂肪,所以它容易在生物體內積累,并難以被排出。二惡英在705℃以下時是相當穩定的,高于此溫度即開始分解。另外,二惡英的蒸汽壓很低,在標準狀態下低于1.33×10-8Pa,這么低的蒸汽壓說明二惡英在一般環境溫度下不易從表面揮發。這一特性加上熱穩定性和在水中的低溶解度,是決定二惡英在環境中去向的重要特性。

2.二惡英的毒性和評價

據報導,二惡英是目前發現的無意識合成的副產品中毒性最強的化合物,它的毒性相當于氰化鉀(KCN)的1000倍以上。同時它是一種對人體非常有害的物質,即使在很微量的情況下,長期攝取時便可引起癌癥等頑癥,國際癌癥研究中心已將它列為人類一級致癌物。此外二惡英對人體還會引起皮膚痤瘡、頭痛、失聰、憂郁、失眠、新生兒畸形等癥,并可能具有長期效應,如導致染色體損傷、心力衰竭、內分泌失調等。

但上述結論更多的是建立在定性分析和理論推測的基礎上的,因為根據國外有關報道,采用不同的方法對動物進行二惡英的毒性試驗時,所獲得的數據非常分散,變化范圍相當廣。其主要原因可能是二惡英的測量值極其微量(十億分之幾甚至萬億分之幾),在不同的實驗條件下,其結果會產生重大差異。而研究二惡英對人體的影響,至今還沒有試驗數據,今后也不可能用人來作直接試驗。雖然,過去曾有過人體偶然接觸二惡英從而導致傷亡的記錄,但就此來確定二惡英對人體健康的影響是遠遠不夠的。

二惡英的毒性與異構體結構有很大關系,各異構體濃度的綜合毒性評價方法一般以TCDDs為基準,利用TCDDs的毒性當量(TEQ)來表示各異構體的毒性,稱之為毒性當量因子(TEF),其它異構體的毒性以相對毒性進行評價,其計量單位常采用ng-TEQ/Nm3,目前發達國家對二惡英的排放標準一般控制為0.1ng-TEQ/Nm3。

3.二惡英的產生和排放

3.1二惡英和垃圾焚燒發電廠

現在有一種觀點認為,二惡英是生活垃圾焚燒電廠特有的公害問題,這是一種偏面的認識,其實二惡英是有機物與氯一起加熱就會產生的化合物,只要使用水的場所都有可能產生二惡英,它是一種普遍的化學現象。二惡英在空氣、土壤、水和食物中都能發現,火山爆發及森林火災是自然界中二惡英的主要來源。另外,除草劑、發電廠、木材燃燒、造紙業、水泥業、金屬冶煉、紙槳加氯漂白及垃圾焚燒處理均會釋放出二惡英。據有關報道,人體從生活垃圾焚燒廠排放煙氣中接觸二惡英的機率要比從其它途徑(如食物、空氣等)接觸二惡英的機率小。綜合有關資料,國外生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英的濃度范圍約為10-4~10-6mg/Nm3之間,對周圍環境空氣質量的影響非常微小。實際上世界各國曾經發生過的多次二惡英污染事件幾乎都與生活垃圾焚燒廠的煙氣排放無關,包括1999年發生在比利時引起世界范圍恐慌的動物飼料二惡英污染事件。

但這并不是說在生活垃圾焚燒發電廠的設計和運行時就可以不重視二惡英了,實際上從生活垃圾焚燒廠排放出來的二惡英往往都占各國二惡英排放總量的相當大的比重,但現有的統計資料表現出相當大的離散性。例如,根據美國環保署1994年完成的評估報告,全美產生的二惡英中來自垃圾焚燒廠的約占3.5%,這是所見資料中的下限;又如,據1990年日本的統計資料,日本二惡英的排放總量中來自垃圾焚燒廠的占80%以上,這是所見資料中的上限。綜合有關資料,在采用焚燒方法處理生活垃圾比例較高的國家中,由生活垃圾焚燒廠排放出來的二惡英約占該國二惡英排放總量的10%~40%,絕對是污染大戶。這就是世界各國對生活垃圾焚燒廠排放出來的二惡英予以極大關注的原因所在。也充分說明了在建設生活垃圾焚燒廠或者在生活垃圾焚燒廠的運行管理中,要注意改善生活垃圾的燃燒條件,嚴格控制二惡英產生的重要性和必要性。

3.2垃圾焚燒廠中二惡英的生成途徑

生活垃圾在焚燒過程中,二惡英的生成機理相當復雜,至今為止國內外的研究成果還不足以完全說明問題,已知的生成途徑可能有:

3.2.1生活垃圾中本身含有微量的二惡英,由于二惡英具有熱穩定性,盡管大部分在高溫燃燒時得以分解,但仍會有一部分在燃燒以后排放出來;

3.2.2在燃燒過程中由含氯前體物生成二惡英,前體物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等,在燃燒中前體物分子通過重排、自由基縮合、脫氯或其他分子反應等過程會生成二惡英,這部分二惡英在高溫燃燒條件下大部分也會被分解

3.2.3當因燃燒不充分而在煙氣中產生過多的未燃燼物質,并遇適量的觸媒物質(主要為重金屬,特別是銅等)及300~500℃的溫度環境,那么在高溫燃燒中已經分解的二惡英將會重新生成。

4.二惡英的控制對策和措施

4.1二惡英的控制對策

1996年6月,日本厚生省成立了《垃圾處理過程中二惡英削減對策研討委員會》,并以最近的二惡英削減技術為基礎,把二惡英削減對策分為“緊急對策”和“永久對策”兩部分進行了研究,以全面推動削減二惡英為目標,1997年1月23日日本政府重新編寫了《關于垃圾處理過程中的防治二惡英產生等問題的指南》(通常稱之為“新指南”)。所謂“緊急對策”是利用最新的技術,把二惡英濃度水平削減到最低水平。具體講,即使是在最容易受到垃圾焚燒廠影響的最大落地濃度地點上也要采取措施,使其TDI(人日容許攝入量)不要超過10pg/kg.d(TEQ)值,而且規定需要采取緊急對策的判斷標準為80pg/Nm3(TEQ)。即若某一垃圾焚燒廠不能達到80pg/Nm3(TEQ)以下的排放濃度,則應立即采取削減措施。即使排放濃度沒有超過這一標準的垃圾焚燒廠也要繼續實行永久對策,努力控制二惡英的排放量。在“新指南”中的“永久對策”規定,新建完全連續運行焚燒爐的二惡英排放濃度標準定為0.1ng/Nm3(TEQ)。

4.2二惡英的控制措施

國內外的研究和實踐均表明,減少生活垃圾焚燒廠煙氣中二惡英濃度的主要方法是采取有效措施控制二惡英的生成。這些控制措施主要包括:

4.2.1選用合適的爐膛和爐排結構,使垃圾在焚燒爐得以充分燃燒,而衡量垃圾是否充分燃燒的重要指標之一是煙氣中CO的濃度,CO的濃度越低說明燃燒越充分,煙氣中CO濃度比較理想的指標是低于60mg/Nm3;

4.2.2控制爐膛及二次燃燒室內,或在進入余熱鍋爐前煙道內的的煙氣溫度不低于850℃,煙氣在爐膛及二次燃燒室內的停留時間不小于2S,O2濃度不少于6%,并合理控制助燃空氣的風量、溫度和注入位置,也稱“三T”控制法;

4.2.3縮短煙氣在處理和排放過程中處于300~500℃溫度域的時間,控制余熱鍋爐的排煙溫度不超過250℃左右;

4.2.4選用新型袋式除塵器,控制除塵器入口處的煙氣溫度低于200℃,并在進入袋式除塵器的煙道上設置活性碳等反應劑的噴射裝置,進一步吸附二惡英;

4.2.5在生活垃圾焚燒廠中設置先進、完善和可靠的全套自動控制系統,使焚燒和凈化工藝得以良好執行;

4.2.6通過分類收集或預分揀控制生活垃圾中氯和重金屬含量高的物質進入垃圾焚燒廠;

4.2.7由于二惡英可以在飛灰上被吸附或生成,所以對飛灰應用專門容器收集后作為有毒有害物質送安全填埋場進行無害化處置,有條件時可以對飛灰進行低溫(300~400℃)加熱脫氯處理,或熔融固化處理后再送安全填埋場處置,以有效地減少飛灰中二惡英的排放。

5.結語

綜上所述,生活垃圾焚燒廠煙氣中的二惡英是客觀存在的,但對此產生盲目的恐慌則是完全沒有必要的。由于我國生活垃圾中含氯化合物和重金屬含量相對較少,只要生活垃圾在焚燒爐中能達到完全燃燒,保證煙氣在較高的燃燒溫度下有較長的停留時間,并在煙氣的排放過程中盡量避開300~500℃溫度域,加上其它噴射活性碳、設置袋式除塵器等輔助措施配合,生活垃圾焚燒廠中二惡英的排放濃度是可以有效控制的,一般不會超過環保標準。

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