垃圾焚燒飛灰中二惡英低溫降解中試實(shí)驗(yàn)研究*

陳宋璇，劉海威，黎小保，高玉萍，梁 梅

（中國恩菲工程技術(shù)有限公司中冶垃圾焚燒發(fā)電工程技術(shù)中心，北京 100038）

目前，垃圾焚燒發(fā)電廠廣泛采用噴射活性炭使煙氣中的二惡英排放達(dá)標(biāo)［1］，而吸附在活性炭上的二惡英經(jīng)布袋除塵器的阻攔，轉(zhuǎn)移到了飛灰中，雖然企業(yè)運(yùn)營中采取了飛灰穩(wěn)定化技術(shù)來處理飛灰，以滿足進(jìn)入衛(wèi)生填埋場的要求［2］，但飛灰中的二惡英并沒有徹底消除。低溫?zé)崽幚矸ǎ?00～600℃）因處理溫度比高溫熔融法（1 100℃以上）低，而在未來工業(yè)化應(yīng)用中具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。國內(nèi)外大量的實(shí)驗(yàn)室研究為低溫?zé)崽幚矸ń到怙w灰中的二惡英提供了理論基礎(chǔ)［3-6］。

本研究利用自行研發(fā)的連續(xù)式飛灰處理裝量［7］，進(jìn)行飛灰中二惡英低溫降解中試實(shí)驗(yàn)。在實(shí)現(xiàn)連續(xù)處理量達(dá)10 kg/h（最大處理量達(dá)到18.4 kg/h）的條件下，溫度為350℃時飛灰中二惡英I-TEQ（毒性當(dāng)量）降解率達(dá)到98.8%、溫度為450℃時飛灰中二惡英I-TEQ（毒性當(dāng)量）降解率達(dá)到99.4%，并以垃圾處理量1 000 t/d的爐排爐垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，對該裝置工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)飛灰

實(shí)驗(yàn)飛灰取自湖北某爐排爐垃圾焚燒發(fā)電廠布袋除塵器底部飛灰，基本化學(xué)組成見表1。在溫度120℃時，飛灰進(jìn)行24 h干燥處理后備用。

表1 飛灰的化學(xué)組分 %

1.2 中試裝置及工況

中試裝置設(shè)有飛灰儲倉、進(jìn)料系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)、密封系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、填充惰性氣體系統(tǒng)、尾氣冷卻器及飛灰冷卻器。該裝置處理容積為0.18 m3，飛灰有效填充量為8～21.6 kg，中試實(shí)驗(yàn)臺可通過PID控制面板及液晶顯示屏，設(shè)置反應(yīng)物料區(qū)域溫度，調(diào)節(jié)連續(xù)進(jìn)料螺旋轉(zhuǎn)速，反應(yīng)溫度可調(diào)控范圍為200～600℃，反應(yīng)時間可調(diào)控范圍為30～120 min。中試裝置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)工況如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)工況表

1.3 檢測與分析

分別取原飛灰、350℃飛灰、450℃飛灰樣品2.0 g，按照《同位素稀釋法高分辨氣相色譜/高分辨質(zhì)譜測定四到八氯代二惡英和呋喃》US EPA 1613B（1997）標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 飛灰中二惡英低溫降解效果

表3顯示了在維持惰性氣體氣氛時，原飛灰中的17種有毒PCDD/Fs在350℃和450℃的條件下，產(chǎn)生的降解效果。原飛灰中，各種PCDD/Fs同系物含量為 40.9～1 935.5 ng/kg，其中2，3，7，8-TCDD的含量最低，OCDD的含量最高。在350℃反應(yīng)1 h時，各種PCDD/Fs同系物殘留量為0～38.0 ng/kg，降解率為86.8%～100%，其中OCDF的降解率最低，1，2，3，7，8，9-HxCDD的降解率最高達(dá)到100%，PCDD/Fs的ITEQ（毒性當(dāng)量）從初始的553.6 ng/kg降低到6.7 ng/kg，降解率為98.8%。在450℃反應(yīng)1 h時，各種PCDD/Fs同系物殘留量為0～23.1 ng/kg，降解率為92.0%～100%，其中OCDF的降解率最低，1，2，3，7，8，9-HxCDF 、1，2，3，7，8-PeCDD、1，2，3，4，7，8-HxCDD、1，2，3，6，7，8-HxCDD、1，2，3，7，8，9-HxCDD 的飛灰殘留量都低于檢測限的檢測值，降解率達(dá)到100%，PCDD/Fs的ITEQ（毒性當(dāng)量）從初始的553.6 ng/kg降低到3.4 ng/kg，降解率為99.4%。

而且，相對于350℃條件下，飛灰中的17種PCDD/Fs在450℃條件下的降解效果均有提高，其中OCDD的提高效果最為顯著，降解率從86.8%增加到92.0%。不同數(shù)目氯原子取代的PCDD/Fs降解效果不同，六氯取代物降解效果明顯優(yōu)于五氯和八氯取代物。

2.2 中試裝置工業(yè)化應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析

以垃圾處理量1 000 t/d的爐排爐垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，取飛灰產(chǎn)生率為垃圾處理量的3%，飛灰比熱容為0.82 kJ/（kg·℃），反應(yīng)溫度為350℃，大氣溫度為15℃，電費(fèi)價格0.65元/（kW·h）（垃圾焚燒發(fā)電廠上網(wǎng)電價）。則飛灰產(chǎn)生量為30 t/d，該裝置實(shí)行24 h不間斷運(yùn)行，處理量能力需達(dá)到1 250 kg/h，所需惰性氣體自行制備，系統(tǒng)正常運(yùn)行總功率為130 kW，運(yùn)營成本為130 kW×0.65 元/（kW·h）×24 h=2 028 元/d，折合每噸垃圾處理成本增加2 028元/d÷1 000 t/d=2.028元/t。

表3 不同溫度下17種有毒PCDD/Fs的降解效果

3 結(jié)論

1）在低溫?zé)峤到庵性噷?shí)驗(yàn)中，采用自行研發(fā)的連續(xù)式飛灰處理裝置，在處理量10 kg/h下，溫度為350℃時飛灰中二惡英I-TEQ（毒性當(dāng)量）降解率達(dá)到98.8%、溫度為450℃時飛灰中二惡英I-TEQ降解率達(dá)到99.4%。不同數(shù)目氯原子取代的PCDD/Fs降解效果不同，其中1，2，3，7，8，9-HxCDF、1，2，3，7，8-PeCDD、1，2，3，4，7，8-HxCDD、1，2，3，6，7，8-HxCDD、1，2，3，7，8，9-HxCDD的飛灰在450℃時降解效率達(dá)到100%。

2）在垃圾處理量1 000 t/d的爐排爐垃圾焚燒發(fā)電廠中，控制反應(yīng)溫度為350℃，實(shí)行24 h運(yùn)行制，該裝置處理量能力需達(dá)到1 250 kg/h，折合每噸垃圾處理成本增加2.028元。

3）垃圾焚燒飛灰二惡英降解中試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，為未來的工業(yè)化設(shè)備生產(chǎn)、工藝工程設(shè)計及生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行提供了參考。

［1］陳宋璇，黎小保.生活垃圾焚燒發(fā)電中二惡英控制技術(shù)研究進(jìn)展［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（5）： 89-93.

［2］環(huán)境保護(hù)部.GB 16889—2008生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2008.

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［7］高玉萍，黎小保，陳宋璇，等.用于處理焚燒飛灰的設(shè)備：中國，203183898［P］.2013-09-11.