抑制二恶英类物质生成的垃圾焚烧方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种抑制二恶英类物质生成的垃圾焚烧方法和系统，其中，上述系统包括流化床垃圾焚烧炉、余热锅炉，还包括第一分离装置、外置换热器、阻滞剂投加装置；其中，流化床垃圾焚烧炉、第一分离装置和余热锅炉依次顺序连接；外置换热器连接于第一分离装置和流化床垃圾焚烧炉之间，用于将分离下来的返料灰经返料斜管返回所述流化床垃圾焚烧炉的炉膛中循环燃烧，同时利用返料灰的热量加热蒸汽；阻滞剂投加装置用于根据不同的阻滞剂和运行工况从系统各部分加入阻滞剂。本发明专利技术通过对垃圾焚烧系统进行全面的优化设计，能够从根本上阻止二恶英类物质的生成，有效遏制二恶英类物质对环境的污染，又能够有效回收利用垃圾焚烧产生的热能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及垃圾焚烧
，特别地，涉及一种抑制二恶英类物质生成的垃圾焚烧方法和系统。
技术介绍
城市的生活垃圾是人类活动的伴随产物。随着城市人口增加和城市生活水平的提 高，城市生活垃圾产量日益增长。日益增加的城市生活垃圾严重污染着人类的生活环境。如 何实现城市生活垃圾无害化、减容化和资源化的"三化"处理已成为全世界关注的焦点。在 常见的垃圾处理方法中，垃圾焚烧由于处理垃圾的无害化彻底、减容化程度深以及可能源 化利用等优点而成为城市生活垃圾处理的主流。 但是，垃圾焚烧容易产生二次污染，特别是垃圾焚烧所生成的二恶英类物质 具有很大的危害性。二恶英类物质是指含有一个或两个氧键连接两个苯环的含氯有 机化合物，是一种无色无味、毒性严重的脂溶性物质，是结构和性质都很相似的、包 含众多同类物或异构体的两大类有机化合物，其化学名称分别叫多氯代二苯并二恶 英类物质(polychlorinated dibenzo-p-dioxins，简称PCDD)和多氯代二苯并呋喃 (polychlorinated dibenzofurans，简称PCDFs) 。 二恶英类物质没有任何用途，在自然环境 中很难被降解，更重要的是，其毒性极大。因此，在垃圾焚烧过程中，如何抑制二恶英类物质 的生成是目前垃圾处理研究的热点。 垃圾焚烧过程中二恶英类物质的形成有两方面的原因一方面是混入垃圾中的二 恶英类物质，另一方面是垃圾焚烧过程中产生二恶英类物质。在垃圾焚烧过程中产生二恶 英类物质的形成机理有三种 ①高温合成，即高温气相生成PCDD/Fs。在垃圾进入焚烧炉，经过干燥、预热阶段后 开始燃烧，部分垃圾尤其是大块垃圾在燃烧时可能会处于局部的缺氧燃烧状态，此时会生 成一些不完全燃烧产物。垃圾中的氯如有机氯和无机氯，在燃烧时绝大多数会以HC1的形 式释放出来，并在催化剂的作用下部分转化为Cl和Cl2。 Cl和Cl2均可氯化上述不完全燃 烧产物，生成氯代的不完全燃烧产物，进而通过聚合反应生成PCDD/Fs。研究表明，该反应的 最佳温度范围为500 800°C。 ②前驱物合成，不完全燃烧物及飞灰表面的不均匀催化反应可形成多种有机气相 前驱物，如多氯联苯、氯酚、氯苯和二苯醚等。这些前驱物通过热降解和分子重排生成PCDD/ Fs，形成过程发生于前驱物吸附浓縮漂浮微粒时。微粒表面的活性位点可促进PCDD/Fs的 形成。并且，当无机氯化物被吸附于微粒上时可催化PCDD/Fs的形成反应。该反应最适宜温 度为250 450°C (也有研究认为220 500°C )，温度过高或过低反应都会受到抑制。通 过这一机理生成PCDD/Fs有以下几个关键条件a、前驱物的存在；b、具有较大比表面积和 吸附能力的多孔微粒，如飞灰、受热面或烟道内的积灰；c、活性位点未燃尽碳；d、催化剂 无机氯化物，尤其是氯化铜、氯化铁等过渡金属氯化物；e、反应的温度范围250 450°C 。 ③低温从头合成，在这个机理中，PCDD/Fs是由那些与其分子结构不相似的非前驱物合成。这些非前驱物包括石油产品、聚氯乙烯、聚苯乙烯、纤维素、木质素、焦炭、煤、碳微 粒和氯化氢气体。从头合成反应过程主要为飞灰中少量残留的碳紧密地吸附在飞灰颗粒 的气孔中，当空气流过飞灰时，空气中的氧扩散到气孔中与天然碳(大分子碳)发生反应， 即大分子碳的氧化降解，同时氯从飞灰表面金属氯化物的配位体传输到大分子碳中，形成 氯代的芳香族化合物，再进一步生成PCDD/Fs。大量的试验、研究结果表明从头合成反应生 成的二恶英类物质含量与以下条件紧密相关a、温度，从头合成二恶英类物质最低温度为 20(TC，最佳温度窗口为300 35(TC和45(TC左右；b、飞灰中碳的含量及形态；c、金属催化 剂，是从头合成反应必不可少的条件之一，而二价铜被公认为最有效的促进PCDD/Fs生成 的催化剂，也有研究认为二价铁和三价铁也有与铜相同的催化能力；d、氧气在从头合成反 应中起重要作用，在碳的气化、氯气的产生过程中均需要氧的贡献；e、氯源是PCDD/Fs形成 必不可少的元素，一般认为的Cl2氯化能力高于HC1。 上述三种机理在垃圾焚烧过程产生PCDD/Fs中有着或多或少的作用， 一般认为机 理②和机理③的贡献占主要部分。但是具体由哪一种机理起主导作用，还要取决于炉型、焚 烧系统的设计、燃烧条件、燃料成分、运行状态等多种因素的影响。 根据上述二恶英类物质的生成机制可知，破坏掉二恶英类物质生成的条件是抑制 二恶英类物质生成的一个重要途径。 目前通行的、应用最广泛的除去垃圾焚烧烟气二恶英类物质工艺，是在尾部烟气 处理装置中(脱酸塔或布袋除尘器)向烟道内喷入粉末状活性炭(或其他多孔、高比表面 积的微粒)，再结合布袋除尘器，通过吸附、过滤等作用，除去烟气中的二恶英类物质，从而 达到使焚烧烟气排放二恶英类物质达标的目的。与之类似的还有尾部设置活性炭吸附塔的 工艺。这种工艺十分有效，技术也很成熟。 但上述工艺仅仅是把烟气中的污染物进行了转移，将二恶英类物质吸附到活性炭 再归集至飞灰中。虽然烟气中二恶英类物质的含量降低了，但飞灰中却由于二恶英类物质 含量的上升而增加了其危险性，毒性更大，也更不容易处理。因此，这种处理工艺丝毫没有 减少垃圾焚烧产生二恶英类物质的总量，并非真正意义上的二恶英类物质治理技术。此外， 吸附二恶英类物质需要高品质的粉末活性炭，其高昂的价格，也使得这种工艺的运行费用 非常高， 一般垃圾焚烧厂恐难以承受。 另外，在危险废弃物焚烧系统常用急冷法控制PCDD/Fs的生成。 一般为设置急冷 塔，向烟气中喷入大量雾化水，使烟气由60(TC以上迅速降温至20(TC以下。避免在该温度 区间内通过机理②和机理③生成PCDD/Fs。但这种工艺对焚烧热能的回收非常不利，在大型 生活垃圾焚烧系统中没有采用。 此外，还有通过尾部设置金属触媒降解以及紫外光降解PCDD/Fs装置来控制二恶 英类物质排放的技术，但目前都处于试验阶段，尚无成熟可靠的工艺可供实施。而且垃圾成 分极为复杂和不稳定，焚烧产物中含有大量可使催化剂中毒的物质，金属触媒和紫外光降 解能否适用尚待考证。 现有技术还有一种在焚烧烟气投加改性钙基、硫基等阻滞剂，在烟气降温过程中 阻滞PCDD/Fs生成的技术，已经有大量试验和研究证明是有一定效果的。例如，f丐基阻滞剂 可通过与前驱物(主要是氯酚和氯苯)反应而阻滞其合成PCDD/Fs ;硫基阻滞剂通过与氯 源反应以及使PCDD/Fs生成反应的催化剂中毒等途径阻滞PCDD/Fs生成。但是依靠阻滞剂来控制PCDD/Fs的生成也有很大的弊端已有的阻滞剂类型均只是通过破坏生成PCDD/Fs 的部分反应机理来控制其生成，无法实现全面的阻滞；需要加入的组织及数量往往较多，大 量阻滞剂的加入一方面使得运行成本偏高，另一方面对焚烧系统的副作用也很明显。比如， 钙基阻滞剂可能会造成的飞灰量增加、尾部积灰、受热面磨损等问题。而硫基阻滞剂反应中 可能产生的二氧化硫、三氧化硫本身也是一种二次污染物，同样需要重点控制。因此阻滞剂 的使用还需要注意与其他控制手段共同作用，减少阻滞剂用量，降低其带来的副作用。 虽然现代的机械炉排垃圾焚烧炉已经非常先进，技术也很成熟。但采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制二恶英类物质生成的垃圾焚烧系统，包括流化床垃圾焚烧炉、余热锅炉，其特征在于，还包括第一分离装置、外置换热器、阻滞剂投加装置；其中，流化床垃圾焚烧炉、第一分离装置和余热锅炉依次顺序连接；所述外置换热器连接于所述第一分离装置和流化床垃圾焚烧炉之间，用于将分离下来的返料灰经返料斜管返回所述流化床垃圾焚烧炉的炉膛中循环燃烧，同时利用返料灰的热量加热蒸汽；所述阻滞剂投加装置用于根据不同的阻滞剂和运行工况从系统各部分加入阻滞剂。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：辛博，栗明，刘向坤，丁翔，鲁光明，姜鸿安，
申请(专利权)人：北京中科通用能源环保有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]