垃圾焚燒發(fā)電過程污染物排放控制方法

范 佳（汕頭市環(huán)境保護(hù)研究所廣東汕頭515041）

垃圾焚燒發(fā)電過程污染物排放控制方法

范 佳
（汕頭市環(huán)境保護(hù)研究所廣東汕頭515041）

垃圾焚燒技術(shù)是處理城市生活垃圾的有效手段之一，能夠?qū)崿F(xiàn)垃圾的無害化、減量化和資源化。但由于我國城市生活垃圾成分的多樣性、復(fù)雜性和不均勻性，在垃圾焚燒的過程中會發(fā)生很多不同的、復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生對人體和環(huán)境有危害的物質(zhì)即焚燒氣體污染物。尤其是劇毒二噁英，使垃圾焚燒處理技術(shù)的發(fā)展受到了阻礙。本文著重對垃圾焚燒發(fā)電過程中產(chǎn)生的二次污染物的排放及控制方法做了深入的研究探討。

垃圾焚燒發(fā)電；污染物；控制措施

1 垃圾焚燒發(fā)電過程產(chǎn)生的污染物

垃圾焚燒法雖然具有減量化顯著，資源化利用程度高，無害化徹底的優(yōu)點，但由于城市生活垃圾成分的多樣性、復(fù)雜性和不均勻性，在垃圾焚燒的過程中會發(fā)生很多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生對人體和環(huán)境有危害的物質(zhì)即焚燒氣體污染物。根據(jù)污染物的不同性質(zhì)，將其分為酸性氣體、顆粒物、重金屬和有機(jī)污染物等幾類。垃圾焚燒廠在燒掉垃圾的同時應(yīng)該高度重視垃圾焚燒二次污染物的防治問題，否則，二次污染給人類帶來的危害比垃圾本身對人類的危害要大得多。尤其是在霧霾壓力之下，將嚴(yán)格控制生活垃圾焚燒污染物的排放。

2014年環(huán)保部常務(wù)會議指出將重新修訂《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，修訂后的《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》嚴(yán)格了生活垃圾焚燒廠二氧化硫、氯化氫、氮氧化物、重金屬和二惡英類等污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。透徹了解和研究垃圾焚燒污染物的形成機(jī)制能夠有效的掌握二次污染防治技術(shù)，并促進(jìn)其技術(shù)的發(fā)展。

2 污染物排放控制技術(shù)

2.1 垃圾焚燒發(fā)電過程二惡英排放控制方法

（1）源頭控制

學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為氯源對二惡英的生成有重要影響，將原生垃圾分類加工，降低重金屬和含氯物質(zhì)的含量，能夠極大降低二惡英的生成率。李建新等人對模擬垃圾成分進(jìn)行燃燒試驗，驗證了煙氣中的氯化物是合成二惡英的主要氯源。垃圾中包含大量的氯化物，常見的包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、NaCl、KCl等。所以，對垃圾進(jìn)行分類收集，資源回收利用，然后利用垃圾焚燒預(yù)處理設(shè)備，除去垃圾中含氯成分高的物質(zhì)和金屬催化劑，能夠減少二惡英的生成。

（2）爐內(nèi)控制

①爐膛結(jié)構(gòu)的選擇：國內(nèi)采用的焚燒爐型有循環(huán)流化床爐、機(jī)械爐排爐、回轉(zhuǎn)窯爐及氣化熱解爐，主要采用循環(huán)流化床和爐排爐。流化床鍋爐對垃圾適應(yīng)性好，傳熱傳質(zhì)優(yōu)良，床內(nèi)顆粒擾動劇烈，低熱值高水分的垃圾也能夠充分燃燒，降低了煙氣污染物的產(chǎn)生,現(xiàn)在很多垃圾處理廠都選擇流化床鍋爐。但是，流化床要求嚴(yán)格控制入爐垃圾顆粒的大小和質(zhì)量，垃圾必須進(jìn)行預(yù)處理，一般需添加輔助燃料，增加了運(yùn)行費(fèi)用。爐排爐有著成熟的運(yùn)行經(jīng)驗，具有高燃燒率，適合焚燒熱值較高的垃圾和大型垃圾焚燒廠。但該爐型前期投資大，燃燒條件難控制，無法控制二惡英完全分解，因此該爐型須配備煙氣凈化設(shè)備。氣化熱解爐根據(jù)燃燒控制理論，使垃圾在一定條件下分解成可燃性氣體，可燃?xì)怏w在高溫室充分燃燒，通過余熱鍋爐回收利用熱量。該爐生成的污染物較少。

②爐內(nèi)抑制劑的添加：在垃圾焚燒爐內(nèi)，能抑制二惡英的產(chǎn)生的添加劑主要有三類，第一類是能夠減少Cl2形成，使重金屬催化劑中毒的硫及硫化物。Griffin等人最先提出了煤中含有的硫能夠使煤燃燒時產(chǎn)生較少的二惡英。浙江大學(xué)熱能工程研究所研究表明，將煤與生活垃圾以1:4的比例混合在流化床上燃燒時，二惡英的排放濃度遠(yuǎn)低于國內(nèi)排放標(biāo)準(zhǔn)。第二類是SNCR脫硝反應(yīng)衍生功能的氮化物，氮能同時控制NOx和HCl，減少參與反應(yīng)的氯源，從而降低二惡英的合成。第三類是堿性化合物。堿性化合物能夠控制酸性氣體排放，顯著抑制爐內(nèi)二惡英的排放。常用的有CaO、Ca(OH)2等。堿性吸附劑能與煙氣中的酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而減少二惡英的排放。

③燃燒工況的控制：生活垃圾的組成成分和焚燒工況的控制能夠影響鍋爐出口污染物的濃度。如果垃圾里包含較多經(jīng)高溫焚燒能生成相應(yīng)污染物的物質(zhì)，在同樣的焚燒條件下鍋爐出口處煙氣中污染物的濃度就越高。在生活垃圾沒有實現(xiàn)徹底分類收集時，只能通過控制焚燒工況降低鍋爐出口煙氣污染物的濃度。目前，普遍認(rèn)為當(dāng)爐膛溫度大于850℃，停留時間達(dá)到2s，高溫區(qū)送入二次空氣，即“3T”焚燒技術(shù)，能夠改善燃燒工況，使垃圾燃燒徹底，完全氧化分解廢物及垃圾中原有的二惡英，減少不完全燃燒產(chǎn)物、CO和前驅(qū)物的生成量，從而抑制前驅(qū)物合成PCDD/Fs。在實際運(yùn)行中爐膛燃燒溫度一般控制在850-950℃。

（3）爐外凈化

采用正確的尾部煙氣凈化技術(shù)，能夠有效降低二次污染物的排放。垃圾焚燒爐排出的尾部煙氣中主要含有SOx、HCl、HF等酸性氣體、飛灰和飛灰表面的重金屬和PCDD/Fs有機(jī)物。因此，煙氣凈化分為兩部分,第一步除去酸性氣體;第二步除塵，收集飛灰、重金屬和PCDD/Fs有機(jī)物。現(xiàn)階段鍋爐尾氣除塵技術(shù)主要有靜電除塵和袋式除塵，但靜電除塵的效果不如袋式除塵好，且靜電除塵器最佳工作溫度也是PCDD/Fs合成的最佳溫度，所以垃圾焚燒發(fā)電時污染物的凈化裝置一定要采用袋式除塵器。現(xiàn)在經(jīng)常使用的工藝為煙氣冷卻加上石灰中和，同時用布袋除塵器加上噴活性炭的組合工藝，達(dá)到脫酸、除塵和吸附重金屬及二惡英類有毒物質(zhì)的目的。由于二惡英再合成溫度為250-300℃，為避開此段溫度，余熱鍋爐出來的煙氣，在減溫塔中需將溫度急劇降至170-180℃之間。同時在減溫塔中噴入脫酸劑，中和煙氣中大量的酸性氣體。在減溫塔和除塵器之間噴入活性炭，吸附重金屬和二惡英類物質(zhì)。袋式除塵器不但可以收捕一般顆粒物和直徑小于等于0.5μm的氣溶膠，同時還能收捕吸附在其他污染物上的二惡英類污染物。

2.2 污染物控制方法

垃圾焚燒發(fā)電過程除了會產(chǎn)生劇毒二惡英外，還會生成酸性氣體、顆粒物、重金屬等污染物，其中顆粒物和重金屬的去除較簡單。除了源頭控制減少重金屬物質(zhì)的含量，垃圾焚燒要求煙氣尾部凈化裝置必須配備袋式除塵器。而袋式除塵器對于小于1mm的細(xì)小顆粒物除塵效率超過99%。袋式除塵器運(yùn)行溫度低，尾氣中的重金屬達(dá)到飽和凝結(jié)成細(xì)顆粒被濾布吸附去除。若在袋式除塵器之前噴入活性炭能夠進(jìn)一步脫出尾氣中的重金屬。而尾氣中SO2、HCl等酸性氣體的脫除國際上普遍采用干法、半干法和濕法三種技術(shù)。

（1）干法洗氣法利用壓縮空氣將堿性固體粉末噴入煙道或煙道上的反應(yīng)器內(nèi)，堿性粉末在氣流的帶動下與酸性氣體充分接觸，同時與酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，去除酸性氣體。干法技術(shù)不排放污水，但脫除效率僅能達(dá)到60-70%，無法達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

（2）半干式洗氣法將CaO制成粉狀Ca(OH)2后與少量的水充分混合，然后將熟石灰漿噴入塔內(nèi)，煙氣與石灰漿充分接觸并發(fā)生中和作用。半干式洗氣法氣、液接觸面積大，能夠有效中和酸性氣體，由于熟石灰泥漿中的水分能夠在塔內(nèi)完全蒸發(fā)，因此不產(chǎn)生廢水。半干法技術(shù)藥品用量少，脫除效率可以達(dá)到90%左右，是煙氣脫酸的主要適用技術(shù)。

（3）濕式洗氣法是建造填料吸收塔，煙氣在塔內(nèi)與堿性溶液對流，充分接觸并反應(yīng)，吸收尾氣中的酸性氣體。濕式洗氣法具有較高的脫酸效率，對SO2和HCl的去除率分別能達(dá)到90%和98%以上，但是有大量污水排出，造成再次污染，且投資及運(yùn)行費(fèi)用高。

3 結(jié)論

本文總結(jié)了垃圾焚燒發(fā)電過程二惡英、酸性氣體、顆粒物、重金屬排放的控制方法。控制二惡英排放包括源頭控制、爐內(nèi)控制和爐外凈化三個方面。其中爐內(nèi)控制包括爐膛結(jié)構(gòu)的選擇、爐內(nèi)抑制劑的添加和燃燒工況的控制。爐外凈化現(xiàn)在經(jīng)常使用煙氣冷卻加上石灰中和，同時用布袋除塵器加上噴活性炭的組合工藝。此工藝可同時去除顆粒物和重金屬，酸性氣體的去除有干法、半干法和濕法三種技術(shù)。

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