1、向貴州各界的朋友致敬,清華大學(xué)熱能工程研究所 煤清潔燃燒技術(shù)國家重點實驗室 煤清潔燃燒國家工程研究中心 清華同方股份有限公司能源環(huán)境公司 姚 強(qiáng) 2000.9.22,為了人類的又一個千年可持續(xù)發(fā)展與能源利用,中國的能源結(jié)構(gòu)(表2),年 1990 1995 2000 2015 煤 76.2 76.1 71.3 62.6 油 16.6 17.1 24.0 26.9 一次能源 天然氣 2.10 2.00 2.74 7.06 水電 5.10 4.80 2.01 2.6 消耗比例 (%) 核能 / / 0.21 0.79,我國燃煤設(shè)備的平均能源利用率,燃煤設(shè)備 效率 工業(yè)鍋爐60-65 火電發(fā)電廠 30

2、-35（熱效率為80-90%） 工業(yè)爐窯 20-30 民用爐窯 16 燃煤機(jī)車 5-8 用能設(shè)備的平均效率為30左右 總能源利用率為910,1998年全國PH值等值線圖,貴州省煤炭情況,總探明儲量：532億噸，全國第五位 水城：138億噸 盤江：100億噸 含硫：0.46-5.20%(一般大于2）,貴陽市二氧化硫污染情況,貴陽全世界排名第一位 貴州省全國排名第二位，近200萬噸，達(dá)10 安順工業(yè)：8.5萬噸 遵義工業(yè)：10.8萬噸 凱里工業(yè)：67萬噸,貴州主要火電廠煤質(zhì),貴陽電廠：4.34% 都勻電廠：5.20% 金沙電廠：0.96% 凱里電廠：4.60% 遵義電廠：4.30% 盤縣電廠：0.

3、46% 安順電廠：2.45% 水城電廠：1.88% 清鎮(zhèn)電廠：4.34%,垃圾焚燒及二惡英污染控制,內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu) 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 結(jié)論與建議,國外固體廢棄物發(fā)展概況,部分發(fā)達(dá)國家垃圾組成及熱值 國家美國日本西德瑞士法國英國 有機(jī)物(%)6084.250.5658063 無機(jī)物(%)19.27.849.5352018 其它20.88-19 熱值(kJ/kg)116421100083831001293149780 含水量(%)25-35353525 發(fā)達(dá)國家垃圾特點：有機(jī)物含量高，熱值高

4、，有利于能源化處理。,國外固體廢棄物發(fā)展概況,在發(fā)達(dá)國家，通常先將垃圾進(jìn)行分類和篩選，提取其中高價值的可回收部分，再將剩余部分制成垃圾衍生燃料 (RDF)進(jìn)行燃燒。 國外垃圾鍋爐焚燒主要方式： 1、爐排爐； 2、流化床焚燒爐； 3、回轉(zhuǎn)爐； 4、等離子弧燃燒；,城市生活垃圾中各成分的灰分、水分與發(fā)熱量,成 分 灰分(%) 含水量 熱量(kcal/kg) 范圍 典型 (%) 范圍 典型 食品廢棄物 28 5 70 8001700 1100 紙張 48 6 6 28004500 4000 熟料 620 10 2 67008900 7800 紡織品 24 2.5 10 36004500 4200 橡

5、膠 820 10 2 50006700 5600 木材 0.62.0 1.5 20 42004700 4500 玻璃 9699 98 2 3060 40 非鐵金屬 9099 96 3 - 鐵金屬 9499 98 3 60300 200 灰 6080 70 8 -,中國城市生活垃圾現(xiàn)狀,2000年垃圾產(chǎn)量達(dá)1.4億噸 目前垃圾的年增長率大于7% 累計有60億噸垃圾圍了200多個城市 年無害化處理垃圾量小于總量的5%,中國垃圾特點及發(fā)展趨勢,主要特點： 1、組成復(fù)雜多變； 2、有機(jī)物含量相對較低； 3、水多、灰多、熱值低； 發(fā)展趨勢： 1、產(chǎn)量日益增加； 2、有機(jī)物含量升高；,中國垃圾特點,組成復(fù)

6、雜多變； 有機(jī)物含量相對較低( 30% )； 水多、灰多、熱值低； 產(chǎn)量日益增加，年增速率大于7; 有機(jī)物含量逐漸升高，年增速率5;,垃圾處理原則,無害化 減容化 資源化,國內(nèi)垃圾處理現(xiàn)狀 我國垃圾處理技術(shù)較落后，目前以“填埋”為主，“堆肥”為輔，還存在露天堆放情況，只在少數(shù)城市建立了垃圾焚燒廠。 已建成的垃圾焚燒廠有深圳四臺300噸/天(引進(jìn)技術(shù)), 珠海，即將籌建或正在建造的城市有:北京,哈爾濱,青島,上海,天津,廣州,成都等。還有一批小型垃圾爐,內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu) 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 結(jié)

7、論與建議,固體廢棄物的污染治理及其 資源化利用 處理固體廢棄物的常用方法及其比較 1.衛(wèi)生填埋2.堆肥處理 3.焚燒處理 4.熱分解 5.其它(如填海,筑路等) 方法 處理時間 能源回收率 占地面積 降低二次 污染能力 填埋 幾年 最低 最多 弱 堆肥 十幾個月 低 多 最弱 焚燒 2小時 高 少 強(qiáng),燃燒法處置垃圾的優(yōu)點,可大幅度減少垃圾體積(燃燒后體積可減少90%以上) 垃圾的處理速度快,儲存期短 垃圾就地燃燒,不需要長距離運(yùn)輸 可以回收能量用于發(fā)電和供熱 通過合理組織燃燒及尾氣凈化可實現(xiàn)清潔燃燒,燃用原生垃圾的難點,1、垃圾的來源和組成成分十分復(fù)雜 (與常規(guī)燃料燃燒顯著不同) 異比重 多

8、組分 多顆粒尺度多污染源 高水分多著火點 多熱值受熱面存在高溫腐蝕,內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu) 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 結(jié)論與建議,何謂二口惡口英？,所謂二口惡口英是對多氯二苯并二口惡口英 ( polychlor-inated dibenzo-p-dioxin, 簡稱PCDD)和多氯二苯并呋喃(polychlorinated dibenzofuran,簡稱PCDF)的俗稱。 PCDDs和PCDFs分別由75 個和135個同族體構(gòu)成 化學(xué)結(jié)構(gòu),6,9,8,7,1,2,3,4,O,O,6,9,8,7,1,2,

9、3,4,O,PCDD,PCDF,同族體的TEQ（毒性當(dāng)量系數(shù)）（17種210）,世界衛(wèi)生組織（TEF）,總的PCDDPCDF中相應(yīng)的TEQS,城市垃圾焚燒,醫(yī)用垃圾焚燒,水泥窯等,有害垃圾焚燒與鍋爐,內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu) 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 結(jié)論與建議,人們關(guān)心的二惡英的量與問題,目前標(biāo)準(zhǔn)和建議標(biāo)準(zhǔn)中的值 對于新的大型城市垃圾焚燒 總量13ng/dscm或0.2TEQ（O27） 對于新的大型醫(yī)用焚燒爐（227kg/h) 總量25ng/dscm或0.6TEQ 新的大型有害廢物焚燒爐 總量0.2TE

10、Q 什么是ng/dscm 每干的標(biāo)準(zhǔn)立方米中含的納克 10ng/dscm相當(dāng)于一萬億分之0.6，即0.6*10-12 如果房間的尺寸為30米30米3米，則： 如果二惡英濃度為1ng/dscm,室內(nèi)有0.000003gm的二惡英,內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu) 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 二惡英的監(jiān)測 結(jié)論與建議,PCDDPCDF的測量,人工取樣 實驗室分析 采用第5號修正方法收集在過濾器和樹脂上 玻璃探頭和取樣系統(tǒng)的部件 復(fù)雜與煩鎖的實驗室分析 清潔與QAQC是最基本的 勞動力與時間強(qiáng)度錢 現(xiàn)場取樣一般要35天，

11、典型的實驗室分析要36周 典型的分析從開始到結(jié)束要3個月 可用的方法 EPA（23，23A，00108290），加利福尼亞（428），加拿大 EPA方法可以在網(wǎng)上找到:2/html/emtic/ctr prom.htm,現(xiàn)場取樣,三次試驗：典型的為三個1012小時（46小時的取樣時間加按裝和取樣恢復(fù)時間34小時一個工人） 典型45個全樣品，每個全樣品做46個現(xiàn)場分樣，共有1630個樣品送到實驗室,二惡英數(shù)據(jù)的報告,探測限的處理 零，半探測或在探測限 TEQ處理 選擇TEF 協(xié)議 測量技術(shù) 取樣與分析過程的細(xì)節(jié)能明顯影響結(jié)果 可以使數(shù)據(jù)比較困難 污染濃度 氧分

12、壓（美國7，歐州11） 換算關(guān)系：歐州數(shù)據(jù)1.404=美國數(shù)據(jù) 不同的舍入誤差 空白與復(fù)原數(shù)據(jù)的報告與處理,測量的局限,現(xiàn)場數(shù)據(jù)常有很大的變化 一般可以估計：PCDDPCDF數(shù)據(jù)達(dá)二個變化值大的因子 控制的排放濃度數(shù)據(jù)常常低于現(xiàn)場空白數(shù)據(jù) 變化的來源 過程變化 取樣變化 取樣條件變化 現(xiàn)場取樣隊伍 取樣重現(xiàn) 分析 變化 濃縮與峰的重現(xiàn) 邊際效應(yīng) 滯后效應(yīng),內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu) 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 二惡英的監(jiān)測 結(jié)論與建議,基本原理,有機(jī)物 在燃燒條件下（高溫和氧存在條件） 熱力學(xué)平衡下有機(jī)物的水

13、平是可以忽略的 分解的火焰氧化化學(xué)很快 導(dǎo)致有機(jī)物形成的因素有：混合不佳，熄火，冷焰存在，氣固反應(yīng)，顆粒未燃盡，碳黑形成,熱力學(xué),除了非常富有的條件下平衡水平是很低的,摩爾分?jǐn)?shù),過量空氣系數(shù),有機(jī)動力學(xué),快速分解動力學(xué)（模型數(shù)據(jù)1227度，2240F，10ms,在均勻攪拌反應(yīng)器中）,摩爾分?jǐn)?shù),過量空氣系數(shù),分解動力學(xué),快速分解動力學(xué),溫度（C）,溫度（F）,剩余量,內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu) 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 二惡英的監(jiān)測 結(jié)論與建議,二惡英的形成機(jī)理,1. 廢棄物和燃料中存在的PCDDPCDF未消

14、滅 2.氣相生成（從爐內(nèi)到500C） 3.固相顆粒機(jī)理（500 C),二惡英形成機(jī)理,1. 廢棄物和燃料中存在的PCDDPCDF未消滅,二惡英形成機(jī)理,2.氣相形成,氣相機(jī)理,二惡英形成機(jī)理,2.氣相機(jī)理,富燃料時形成芳香類的途徑,富燃料時PAH形成途徑,氣相機(jī)理,二惡英形成機(jī)理,3.固相顆粒機(jī)理（500C）,二惡英形成機(jī)理,3a de novo 合成,催化前期產(chǎn)物機(jī)理,銅(II)與氯酚產(chǎn)生過程溫度的影響,催化前期產(chǎn)物機(jī)理,不同金屬對含氯苯酚形成二惡英的影響,催化前期產(chǎn)物機(jī)理,不同鐵氧化物狀態(tài)對氯酚產(chǎn)生的影響,二惡英形成的主要區(qū)域,內(nèi)容簡介,我國垃圾排放形勢 垃圾焚燒的優(yōu)點與缺點 二惡英的結(jié)構(gòu)

15、 二惡英的濃度 二惡英的測量 二惡英的機(jī)理 二惡英的形成化學(xué) 二惡英的控制技術(shù) 結(jié)論與建議,二口惡口英來源及危害： 1、來源：8090源于垃圾中PCB和氯乙烯等氯化物的不完全燃燒，垃圾燃燒后產(chǎn)生的二口惡口英約90以上存在于爐灰和飛灰中，而煙道氣中只含約67%。 2、危害： 在二口惡口英類中毒性最強(qiáng)的為2,3,7,8-TCDD，這類有毒有機(jī)固體因熔點高、難溶于水、易溶于脂肪等特點而對人類產(chǎn)生促畸變，致突變和致癌作用。,垃圾焚燒二次污染與我們的對策,粉塵 高效除塵器(旋風(fēng),布袋,靜電等) CO 強(qiáng)化爐內(nèi)燃燒 SO2 和 HCl 爐內(nèi)添加石灰石 建立起HCl的測試系統(tǒng) NOx 分級均勻燃燒,二口惡口

16、英生成的可能原因 垃圾里有機(jī)物在爐內(nèi)分解產(chǎn)生 分解產(chǎn)物在爐內(nèi)或在靜電除塵器中與HCl等反應(yīng)產(chǎn)生 抑制二口惡口英生成的對策 爐內(nèi)溫度均勻保持在850左右 停留時間大于2秒 燃燒室內(nèi)成分混合 爐內(nèi)脫氯,垃圾焚燒二次污染與我們的對策,燃燒條件的作用,除塵器溫度（）,燃燒狀況不好,好的燃燒狀況,煙道中形成,爐內(nèi)形成,煙道中形成,爐內(nèi)形成,垃圾與煤混燒后的效果,與二惡英的關(guān)系,好燃燒條件 不好燃燒條件,二惡英控制的小結(jié),良好的燃燒控制可以減少75的二惡英生成 加煤混燒后可減少二惡英生成50 以上措施可以使二惡英生成減少8285 用CO，HCl,飛灰排放可以有效地進(jìn)行在線的相關(guān)測量,結(jié)論與建議,二惡英的污

17、染情況 非常低濃度 測量非常困難 測量方法與結(jié)果相關(guān) 測量 無法直接在線測量方法 相關(guān)測量方法 來表示燃燒狀況 控制溫度 方法是可能的直接測量方法,結(jié)論與建議,形成機(jī)理 主要的形成途經(jīng)已經(jīng)找到 機(jī)理的動力學(xué)問題尚沒有找到 重要的研究包括： 好的燃燒實踐 顆粒問題 控制溫度的研究,對二惡英形成有利的因素,燃燒狀況不佳： 混合，溫度，熄火，中間產(chǎn)物 結(jié)碳條件 高和總碳?xì)浠衔?燃燒過程高顆粒濃度與燃燒不佳（高含碳） 除塵在危險溫度下運(yùn)行（） 存在有利于二惡英催化形成的含金屬顆粒 垃圾與燃料中含有復(fù)雜的有機(jī)污染物存在 有足夠的氯,建 議,仔細(xì)研究有利于二惡英形成的設(shè)計與運(yùn)行條件 仔細(xì)研究目前相似的過

18、程中二惡英污染的測量數(shù)據(jù) 對實際的燃燒過程中形成的機(jī)理與預(yù)測方法的研究支持 對污染源進(jìn)行現(xiàn)場測量： 在線測量與控制技術(shù)的研究,清華焚燒技術(shù),垃圾(秋季)理化特性,可燃物：27.48% 不可燃物：72.52% 水分：24.84% 灰分：47.70% 發(fā)熱量：4676.75(kj/kg),廢紙：3.3% 廢塑料：3.3% 動植物類：24.2% 金屬類：0.78 玻璃：1.0% 磚瓦石：2.9% 煤渣：19.6 灰塵細(xì)粒：42.1%,氮：0.30% 硫：0.09 氯：0.76% 碳：16.90% 氫：1.98% 氧：7.43%,示范工程特點,垃圾與煤混燒 垃圾動態(tài)變化 保證處理城市垃圾 維持穩(wěn)定供熱發(fā)電,同方技術(shù)思路,垃圾合理分選破碎: 保證燃燒高效和鍋爐運(yùn)行安全 多功能焚燒爐: 適應(yīng)垃圾變化, 維持蒸汽參數(shù) 高效煙塵凈化系統(tǒng): 控制二次污染, 滿足環(huán)保要求,關(guān)鍵技術(shù)問題,垃圾預(yù)處理 燃燒過程控制 鍋爐腐蝕與防護(hù) 二口惡口英(Dioxins)控制 混燃灰渣再利用,垃圾預(yù)處理: 分選、篩分、破碎合理搭配，保證運(yùn)行安全可靠, 便于垃圾合理利用,同方技術(shù)特點.1,清華同方處理垃圾特點,垃圾預(yù)處理： 人工與機(jī)械相結(jié)合，低成本、運(yùn)行穩(wěn)定； 易于資源回收，綜合利用； 去除部