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很多国家采用的一种生活垃圾处理方式

2020-08-18 20:50:08

有机热载体锅炉垃圾焚烧发电是很多国家采用的一种生活垃圾处理方式。垃圾焚烧电厂中产生污染物的主要设备是垃圾焚烧炉,常用的垃圾焚烧炉有炉排炉和流化床炉。其中,炉排炉的使用约占垃圾焚烧炉市场的80%以上,这类焚烧炉技术成熟,适用于干燥的固体垃圾燃烧,且不需要添加助燃剂,产生烟气的主要成分以颗粒物、HCl、HF、NOx 以及剧毒有机污染物和重金属为主,SO2浓度较低。流化床焚烧炉可以处理固态、液态和气态的垃圾,但是需要添加助燃剂,以保证焚烧状态的稳定性,通常选择的助燃剂是煤,因此产生的烟气中SO2含量增加,焚烧炉出口烟气温度为( 140 ~ 170) ℃,NOx 排放浓度400 mg·m - 3,SOx排放浓度2 050 mg·m - 3,HCl 排放浓度< 800 mg·m - 3。在垃圾焚烧电厂烟气处理中,脱酸是最核心部分,常用脱硝手段有SNCR和SCR。SNCR 技术应用很多,其反应温度与炉膛燃烧温度( 800 ~ 1 000) ℃相符且操作维护成本低,但是脱硝效率只有30% ~ 70%,并存在氨泄漏问题,会导致锅炉尾部结垢和堵塞。SCR 技术应用较少,主要是因为烟气中重金属含量很大,易导致催化剂中毒。由此可见,发展低尘低温SCR 技术更加可行。1. 2 玻璃行业相比于火电行业,非电行业的污染排放越来越大,现已成为大气污染治理的重点。我国玻璃生产中主要采用发生煤炉气、石焦油和天然气等为燃料。平板玻璃火焰温度( 1 500 ~2 000) ℃,且为富氧燃烧,此温度下空气中的N2和O2反应可以产生大量NOx。燃烧产生的废气主要有SO2、NOx、HCl、HF、碱性氧化物及少量重金属等。其中玻璃窑炉中SO2排放浓度( 300 ~3 300) mg·m-3,NOx 排放浓度( 1 200 ~ 3 000) mg·m - 3。

有机热载体锅炉

有机热载体锅炉玻璃的生产原料中含有石灰石和纯碱等,所以产生的烟气中碱性氧化物含量很高。作为玻璃澄清剂的芒硝( Na2SO4) 在高温下分解也会产生大量SO2。此外,玻璃生产中要进行动态换火,( 15 ~ 20) min进行一次,此时,窑炉烟气会发生很大变化,炉温会迅速降低再迅速升高,烟气浓度也发生显著变化。CO浓度迅速上升,NOx 和SO2浓度迅速下降。常见的平板玻璃生产线和日用玻璃生产线的排烟温度有所不同,分别为( 400 ~ 500) ℃和( 300 ~ 400) ℃,经余热锅炉后烟气温度降为( 180 ~ 220) ℃。统计调查显示, 2014 年前,全国玻璃行业中99% 的企业都未严格执行《平板玻璃大气污染物排放标准》。目前企业常用的脱硝技术有SCR、SNCR和臭氧氧化脱硝技术。SNCR 的炉内喷氨过程影响玻璃质量,难以推广应用。SCR 法的应用实例最多,但是脱硝效率不理想,存在的问题主要有玻璃窑炉换火时氨量会出现瞬时不足或过量; 烟气中其他成分引起催化剂中毒,如高SO2、碱金属和铅等。1. 3 陶瓷行业陶瓷生产大多选用柴油作燃料,部分使用水煤气。陶瓷制粉过程中使用喷雾干燥塔,排烟温度( 80 ~ 120) ℃。排放物中颗粒物浓度非常大,为( 10 000 ~ 30 000) mg·m - 3,NOx 排放浓度( 200 ~800) mg·m-3, SO2排放浓度( 800 ~5 000 ) mg·m-3。陶瓷烧成温度高于1 200 ℃。梭式窑等间歇窑炉在高温段排烟温度大于1 000 ℃,隧道窑和辊道窑的排烟温度一般控制在( 100 ~ 150) ℃。窑炉产生的主要污染物有SO2、NOx、氟化物、氯化物和重金属Pb 等,其中,NOx 排放浓度( 250 ~ 1 100) mg·m-3,SO2排放浓度( 500 ~ 3 500) mg·m-3,HF 排放浓度( 1 ~120) mg·m-3,HCl 排放浓度( 1 ~350) mg·m-3,Pb 排放浓度( 0. 002 ~ 2. 750 ) mg·m - 3。陶瓷以碱金属氧化物和碱土金属氧化物为原料,因此灰分中碱金属及碱土金属含量很高。高中温热风锅炉此外,陶瓷企业的废气排放量大,粉尘分散度高。国外陶瓷行业主要采用干式吸附器对NOx 进行吸附,脱硝效率高,但投资成本高。我国常用的脱硝技术有SCR 和SNCR,均是借鉴燃煤锅炉的脱硝技术。有机热载体锅炉由于烟气成分的差异性,效果不理想,SCR 法存在的主要问题是不具有抗碱金属和重金属中毒的性能,效率不高于60%。此外,由于陶瓷企业是低空排放,氨逃逸严重,排放量甚至高于脱除的NOx,容易造成二次污染。陶瓷企业利润低,不适合成本高的催化剂。SNCR 技术由于需要在窑内喷氨或尿素,会影响陶瓷的烧成温度,同时还会造成釉面结晶,影响产品质量。1. 4 水泥行业水泥行业NOx 排放占全国NOx 排放总量的10% ~ 12%,是继火电和机动车之后的第三大污染源。水泥生产中产生废气的主要工艺是熟料煅烧。水泥窑炉分回转窑和立式窑,其中以回转窑为生产设备的新型干法水泥生产占我国水泥总产量的80%。窑头煤粉燃烧的Z高温度约1 600 ℃,用于石灰质原料分解的分解炉内燃烧温度约900 ℃,回转窑内的燃烧温度为( 1 400 ~ 1 500) ℃,窑尾烟气温度约1 200 ℃,预热器出口烟气温度约300 ℃,除尘器后烟气温度为( 120 ~ 180) ℃。水泥在生产过程中,产生的NO 主要是热力型和燃料型,烟气中还含有NOx、CO2、SO2和HF 等主要成分。分解炉内产生的NOx 只有燃料型,而回转窑内产生的NOx 主要为热力型。由于水泥窑整体表现为碱性气氛,所以水泥窑产生的SO2等酸性气体很少,但是粉尘含量大,碱金属含量高。其中,颗粒物排放浓度( 30 000 ~ 80 000) mg·m - 3,SO2排放浓度( 50 ~200) mg·m-3,NOx 排放浓度( 800 ~ 1 200) mg·m-3。《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》中指出,新建水泥生产线要安装效率不低于70%的脱硝设施。水泥行业常用的脱硝技术有SNCR 和SCR,其中SNCR 技术较为成熟,应用广泛,约占世界上水泥工业脱硝技术的90% 以上,存在的主要问题是污染转移,脱硝效率低。现有SCR 催化剂主要布置在除尘器之前以满足合适的反应温度,但是在高粉尘和高碱金属的烟气中催化剂易发生堵塞和中毒。低温SCR 催化剂布置在除尘器之后,可以避免粉尘的影响且无需再加热,是研究热点。高中温热风锅炉此外,这种布置不会影响水泥的生产过程。1. 5 钢铁行业钢铁生产过程中的烧结机是NOx 排放的主要源头。烧结机机头排烟温度( 100 ~ 200) ℃,机尾排烟温度( 80 ~ 150) ℃。烟气主要成分有SO2、NOx、CO2、HF 和二噁英等,其中,粉尘排放浓度约为100 mg·m-3, SO2排放浓度( 400 ~ 1 500) mg·m-3,NOx 排放浓度( 200 ~ 310) mg·m - 3,二噁英排放浓度( 3 ~ 5) ng - TEQ·m - 3。燃料燃烧温度( 1 350 ~ 1 600) ℃,产生的NOx 包括热力型和燃料型。烧结产生烟气成分复杂,含湿量大,产生的NOx浓度基本在现有排放量之内,但是排放总量大,所以国家仍鼓励安装脱硝装置。脱硝技术主要有活性焦法和SCR 法[36]。贯流燃油气蒸汽锅炉活性焦法可以同时吸附多种物质,是一种一体化技术,且没有二次污染。SCR 法的脱硝效率更高。但若选用传统的高温SCR,则需要增加烟气加热装置。根据钢铁生产中尾气的排放温度,低温SCR 更为合适。1. 6 焦化行业炼焦过程中产生NOx 的主要设备是焦炉,常用燃料是煤气,主要分为高炉煤气和焦炉煤气,其燃烧温度和速度不同。高炉煤气燃烧温度( 1 400 ~1 500) ℃,燃烧速度慢,废气量大; 焦炉煤气燃烧温度( 1 800 ~2 000) ℃,燃烧速度快,废气量小。烟气中主要含有SO2、NOx、CO、CO2、H2 S 和苯并芘等。其中, SO2排放浓度较低,为( 30 ~ 190) mg·m-3,NOx排放浓度( 100 ~ 1 200) mg·m - 3。焦炉产生的烟尘量少,浓度为( 5 ~ 100) mg·m - 3。燃烧生成的NOx 以热力型为主,占95%以上。烟气排放温度较低,为( 180 ~ 300) ℃[39]。贯流燃油气蒸汽锅炉炼焦尾气脱硝技术有SCR 法、氧化脱硝法、有机催化脱硝和干法活性炭脱硝等。氧化脱硝法常用臭氧或过氧化氢作氧化剂,脱硝效率较高,但操作温度较低、范围小,易产生二次污染。低温SCR 法是目前应用的主要技术,但催化剂的抗硫中毒性能有待进一步提高。总体来说,随着国家对NOx 排放限值的不断收严,火电行业在SCR 成熟应用的背景下,需继续进行超低排放的改造。玻璃、陶瓷、水泥、钢铁和焦化等非电行业NOx 的污染比重逐年增长( 图3) ,在参考火电行业脱硝经验基础上,应根据各自烟气特点发展合适的脱硝手段。目前,SCR 脱硝是最为理想的技术,但仍需进行改进: ( 1) 大多行业的排烟温度均比现有成熟脱硝催化剂的温度窗口低,应开展低温脱硝催化剂研究工作; ( 2) 为适应不同行业烟气的复杂多样性,研发具有抗硫、抗碱金属和抗重金属性能的催化剂应引起重视。

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