城市生活垃圾焚燒處理工藝的探討

行 宇，張增強，張 斌，郝建國

（1.陜西中輝環保有限公司，陜西 西安 710010；2.西北農林科技大學理學院，陜西 楊凌 712100）

城市生活垃圾焚燒處理工藝的探討

行 宇1，張增強2，張 斌1，郝建國1

（1.陜西中輝環保有限公司，陜西 西安 710010；2.西北農林科技大學理學院，陜西 楊凌 712100）

參考目前國內外城市生活垃圾焚燒處理的不同工藝，結合國內生活垃圾處理現狀，提出適合我國國情的垃圾焚燒處理工藝。

城市生活垃圾；焚燒處理；工藝

城市生活垃圾焚燒處理在國外已有100多a的歷史［1］。歐美國家經濟發達、生活水平高、垃圾產生量大、熱值高，對于垃圾焚燒處理極為有利。德國是最早進行垃圾焚燒技術研究的國家，日本是目前世界上擁有垃圾焚燒廠最多的國家，美國也將城市生活垃圾處理的主要方式從填埋轉向焚燒［2］。

目前，焚燒處理生活垃圾在我國已經受到重視，特別是經濟比較發達的城市正在積極籌建垃圾焚燒廠，垃圾焚燒處理及焚燒發電技術在我國進入了應用階段。國內垃圾焚燒處理市場廣闊，焚燒處理技術在消化、吸收、引進的過程中逐步實現技術和設備的國產化是垃圾處理的必由之路。

1 焚燒處理工藝的設計

焚燒處理以其顯著的減量化、無害化、資源化優勢，被公認為是垃圾處理最好方式。焚燒處理具有占地小、場地選擇容易、處理時間短、減量化顯著、無害化徹底、余熱可回收利用等優點［3］。

焚燒處理工藝主要是對生活垃圾進行高溫焚燒處理，在800～1 200℃的爐膛內通過燃燒，快速將垃圾中的化學活性成分充分氧化，留下的無機成分成為熔渣排出［4］；煙氣處理工藝主要是對酸性氣體（HCl、HF、SOx）、氮氧化物（NOx）、顆粒物、有機物（包括二 ）及重金屬等進行控制［5］。

1.1 顆粒物的去除

焚燒煙氣中的主要成分為惰性無機物質，如灰分、無機鹽類、可凝結的氣體污染物質及重金屬氧化物。顆粒物的去除主要利用除塵器。除塵設備的種類主要包括重力沉降室、旋風除塵器、噴淋塔、文氏洗滌器、靜電除塵器及布袋除塵器等［4］。除塵器不僅收捕一般顆粒物，而且收集除揮發性重金屬及其氯化物、硫酸鹽或氯化物凝結的直徑不大于0.5μm的氣溶膠，還能收集吸附在灰分或活性炭顆粒上的二 等有機類污染物。

1.2 酸性氣體污染物的去除

去除垃圾焚燒尾氣中的HCl、HF、SOx等酸性氣體的機理是酸堿中和反應，利用堿性吸收劑，如NaOH、CaO、Ca（OH）2等與酸性氣體發生化學反應，達到去除酸性氣體的目的。

1） 濕式洗滌法。

濕式洗滌法利用堿液作為吸收劑，對焚燒煙氣進行洗滌，通過酸堿中和反應將HCl、HF、SOx去除。常采用NaOH作為吸收劑，Ca（OH）2應用較少。該法的最大優點是去除效率高，缺點是洗滌塔產生的廢水需要經過專門的處理，煙氣需要再加熱，工藝流程復雜，設備投資和運行費用高。

2） 干法凈化。

干法凈化一般將干式吸收劑（CaO、CaCO3）粉末噴入爐內或煙道，使之與酸性氣態污染物反應，然后進行氣-固分離。一般的工藝組合形式為“吸收劑管道噴射+反應器”，并輔以后續的高效除塵器。該法的優點是反應物為固態，可直接進行最終處理；缺點是污染物的去除率低。

3） 半干法凈化。

半干法凈化是使煙氣中的污染物與堿液進行反應，形成固態物質而被去除，是介于濕法和干法之間的一種工藝方法。優點是凈化效率高且無需對反應物進行二次處理；缺點是系統復雜，對操作水平要求較高，需要長時間的實踐積累才能達到良好的凈化效果。

1.3 NOx的去除

焚燒煙氣中的NOx以NO為主，其含量高達95%或更高，去除工藝應用最多的是選擇性非催化還原法 （SNCR），以NH4OH（氨水） 或（NH2）2CO（尿素）作為還原劑噴入爐膛內，NOx在高溫下被還原成N2和H2O。

國外目前主要采取在煙氣處理系統中增加脫硝裝置。爐內脫硝技術的研究與應用前景十分廣闊，這一技術主要是利用碳氫類物質與NOx進行直接的氧化還原反應，生成無害的氮氣。

1.4 二 類物質及重金屬的去除

垃圾焚燒是二 排放的主要污染源之一，二 的產生在垃圾焚燒處理工藝的各個階段：焚燒爐內、低溫煙氣段、除塵凈化過程等。重金屬以固態、液態和氣態的形式進入除塵器，當煙氣冷卻時，氣態部分轉變成可捕集的固態或液態顆粒。工程實踐表明：低溫控制和高效的顆粒物捕獲有利于二 污染物和重金屬的凈化。

1.5 飛灰處理

飛灰是指空氣污染控制設備中所收集的細微顆粒，一般是經旋風除塵器、靜電除塵器或袋式除塵器所收集的中和反應物及未完全反應的堿劑。關于垃圾焚燒飛灰的化學成分研究，錢玲等［6-7］普遍認為生活垃圾焚燒飛灰主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3組成，其中SiO2和Al2O3占的比例較大。

目前對飛灰處置的污染控制主要有2個方面：一是重金屬的含量（即總量控制），主要采用重金屬分離技術，有酸提取、水提取、堿提取、高溫提取、生物浸出提取和其他藥劑提取。二是評價它的浸出毒性，主要依靠固化/穩定化方法，有水泥固化法、瀝青固化法、塑料固化法、熔融固化法、自膠結固化法和化學穩定化等方法。

1.6 爐渣處理

爐渣指從焚燒爐尾端排出的底灰殘余物以及從爐床間隙落下的細渣部分。在我國爐渣屬于一般廢物，可以直接填埋或作為水泥混凝土和瀝青混凝土的骨料或填埋場覆蓋材料等。

2 焚燒處理工藝的描述

城市生活垃圾焚燒處理工藝為：爐內脫氮+旋風除塵器+換熱器+半干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器，工藝流程如圖1所示。

2.1 爐內脫氮

將尿素配制成5%的稀溶液，經霧化噴嘴直接噴入爐膛，使之與煙氣中的NOx發生反應，降低煙氣中NOx濃度，可將煙氣中的NOx濃度控制在200 mg/m3，達到煙氣脫氮的目的。為減少煙氣中NOx生成，可以采取控制焚燒溫度、降低爐內O2濃度和縮短垃圾在高溫區的停留時間等措施。

2.2 旋風除塵器

煙氣流從旋風除塵器外筒上部沿切向引入，煙氣流速約20 m/s，由于慣性力的作用，顆粒物被拋向旋風除塵器的筒壁并沿著筒壁下落至收集口。由于焚燒煙氣中的顆粒物粒度很小（d＜10 μm的顆粒物含量較高）［4］，旋風除塵器對于小顆粒物的去除率較小，對于15μm以上的顆粒物的去除率較高［8］，因此將旋風除塵器設置為前級處理設備，去除大顆粒物，減輕后續除塵設備的工作負荷。

2.3 換熱器

垃圾焚燒產生的高溫需要經過換熱器進行熱交換，將800℃以上的高溫煙氣在2 s以內驟降至250℃以下，盡可能地抑制二 類物質的生成，同時滿足后續除塵設備的工作溫度要求。經過熱交換的余熱蒸汽可供發電或其它用途。

為了清理和維修的方便，采用水平水管式換熱器。同時在換熱器的受熱面煙管處安裝聲波吹灰裝置，將壓縮空氣轉換成大功率聲波送入換熱器受熱面的結焦部位，使結焦物質受到一定頻率交替變化的疏密波反復的拉、壓作用，因而疏松脫落，實現及時清理換熱器受熱面，保證換熱器工作效率的目的。

2.4 半干法脫酸

采用新型半干法脫酸系統，煙氣由噴淋塔頂部沿螺旋進入，石灰漿經霧化器霧化后沿切向散布，氣體和液體在噴淋塔內充分接觸，有效地降低煙氣溫度、蒸發水分、去除酸性氣體，脫酸效率＞93%。中和反應后的固體殘渣由塔底及后續除塵設備收集。

脫酸系統配置動態氣膜隔離保護的磁力霧化器。高頻磁場保證霧化器高速穩定轉動（15 000～36 000 r/min），產生的堿霧與煙氣在切向充分混合，在極短的時間和距離內完成吸熱、蒸發、中和反應。動態氣膜隔離技術使霧化器周圍形成氣體隔離保護膜，降低煙氣中的酸根離子、顆粒物、高溫等對于霧化器的腐蝕、沖擊、磨削作用，延長霧化器的使用壽命。脫酸后的煙氣進入后續除塵設備。

2.5 活性炭吸附

活性炭吸附系統設置在脫酸系統和袋式除塵器之間的煙道，活性炭由貯存罐經輸送設備定量輸送到噴射裝置，然后噴射到煙管中，活性炭粉與煙氣接觸、混合，將煙氣中的二和重金屬物質吸附，從而達到去除的目的。經過活性炭吸附后的煙氣進入袋式除塵器。

2.6 袋式除塵器

袋式除塵器的除塵效率＞99%，且對于＜0.5 μm的顆粒物有很高的捕獲效率［4］。采用袋式除塵器作為煙氣處理的后級設備，可將煙氣中的顆粒物、消石灰、凝結的重金屬物質、活性炭粉等附著在濾袋表面。煙氣中未完全反應的酸性氣體、重金屬和二類物質在此可以得到進一步地吸附去除。濾袋可采用耐酸堿性能高、抗結露點高的材料，以提高袋式除塵器的使用壽命和工作效率。過濾下來的飛灰經振打、反吹等措施從濾袋表面去除進入收集箱，處理后的煙氣經引風機至煙囪高空排放。

3 結論

1）以旋風除塵器作為煙氣處理的前級設備，減輕了后續設備的工作負荷。

2）在換熱器換熱面處設置聲波吹灰器，提高了換熱器的工作效率，延長了設備的工作周期。

3）采用高效率的新型半干法脫酸系統，降低了堿液的消耗量，提高了脫酸系統的脫酸效率和堿液利用率。

4） 爐內脫氮+旋風除塵器+換熱器+半干法脫酸+活性炭吸附+袋式除塵器的工藝路線組合經濟合理，設備國產化率高，適合我國國情，值得推廣應用。

［1］宋志偉，呂一波，梁洋，等.國內外城市生活垃圾焚燒技術的發展現狀［J］.環境衛生工程，2007，15（1）：21-24.

［2］蘇萍，王國華，劉聿拯，等.城市生活垃圾焚燒技術發展現狀［J］.能源研究與信息，2002，18（3）：143-149.

［3］曾祥耙.城市生活垃圾焚燒發電前景樂觀［J］.環境衛生工程，2007，15（4）：35-36.

［4］趙由才，宋玉.生活垃圾處理與資源化技術手冊［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

［5］吳桐.中國城市垃圾、污水處理技術實務［M］.北京：世界知識出版社，2001.

［6］錢玲，侯浩波.淺談垃圾焚燒灰渣的資源化利用［J］.中國資源綜合利用，2004，10：9-12.

［7］嚴建華，彭雯，李曉東，等.城市生活垃圾焚燒飛灰重金屬的浸出特性［J］.燃燒化學學報，2004，32（1）：65-68.

［8］楊國清，劉康懷.固體廢物處理工程［M］.北京：科學出版社，2000.

Incineration Treatment Technology of Municipal Domestic Waste

Xing Yu1,Zhang Zengqiang2,Zhang Bin1,Hao Jianguo1
（1.Shaanxi Zhonghui Environmental Conservation Co.,Ltd,Xi’an Shaanxi 710010；2.College of Sciences,Northwest A&F University,Yangling Shaanxi 712100）

Referring to different technologies of incineration treatment of municipal domestic waste at home and abroad,waste incineration treatment technology that was suitable for conditions of our country was put forward,combining with present situation of domestic waste treatment in China.

municipal domestic waste；incineration treatment；technology

X799.3

A

1005－8206（2010） 01－0055－03

2009-08-14

行宇（1973—），畢業于陜西工學院（現改名為陜西理工學院）機械制造工藝及設備專業。現任陜西中輝環保有限公司技術部經理。先后主持和參與“焦作市600 t/d垃圾處理項目”、“西安市500 t/d城市生活垃圾無害化綜合處理項目”等多個項目的工藝設計、設備開發及設備選型；開發設計了“城市生活垃圾破碎篩分一體化機”和“伸縮式布料機”等設備，并取得數項實用新型專利。

E-mail：xingy1000@163.com。