垃圾焚燒發電煙氣凈化技術現狀及發展趨勢

侯海盟

摘 要：隨著環保要求的日益嚴格，垃圾焚燒發電逐漸成為垃圾處理的主流技術。煙氣凈化作為垃圾焚燒發電廠的重要環節，決定著垃圾焚燒二次污染物的排放水平。該文介紹了垃圾焚燒發電的煙氣凈化系統，分析了各種焚燒煙氣污染物的控制方法，探討了其發展趨勢。

關鍵詞：垃圾焚燒 煙氣凈化 二噁英

中圖分類號：TK6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（b）-0069-02

隨著我國經濟的快速發展、城市化水平和人民生活水平的不斷提高，垃圾產生量與日俱增，由此而帶來的環境污染問題日益嚴重，垃圾無害化處理處置已成為生態環境領域的突出問題。很多城市的垃圾增長速度超過GDP增速，面臨“垃圾圍城”的困境。垃圾焚燒可以實現其能源化資源化利用，減容、減量效果明顯，處理速度快，不需要長期儲存，節約土地資源。不僅充分利用垃圾的熱值，又能對燃燒產生的有害成分通過煙氣處理系統進行集中處理，減少對環境的污染。垃圾焚燒發電已經成為國際上處理垃圾和危險廢物的主流技術[1]。

垃圾焚燒產生的煙氣中有多種污染物，需要進行合理凈化，以免對環境產生二次污染。國家也頒布了相關標準對垃圾焚燒煙氣排放指標做出了限制，主要包括顆粒物、酸性氣體、二噁英和重金屬等[2]。文章針對這幾種污染物，分別介紹了煙氣凈化的主要技術工藝，分析了其優劣，并探討了其發展趨勢。

1 氣態污染物凈化工藝

1.1 酸性氣體脫除工藝

酸性氣體凈化工藝按照有無廢水排出分為干法、半干法和濕法3種，每種工藝有其組合形式，也各有優缺點。

（1）干式除酸可以有兩種方式，一種是干式反應塔，干性藥劑和酸性氣體在反應塔內進行反應，然后一部分未反應的藥劑隨氣體進入除塵器內與酸進行反應。另一種是在進入除塵器前噴入干性藥劑，藥劑在除塵器內和酸性氣體反應。除酸的藥劑大多采用消石灰（Ca（OH）2），讓Ca（OH）2微粒表面直接和酸氣接觸，產生化學中和反應，生成無害的中性鹽顆粒，在除塵器里，反應產物連同煙氣中粉塵和未參加反應的吸收劑一起被捕集下來，達到凈化酸性氣體的目的。

（2）半干式反應塔吸收劑一般采用氧化鈣（CaO）原料，制備成氫氧化鈣（Ca（OH）2）溶液，在煙氣凈化工藝流程中通常置于除塵設備之前，因為注入石灰漿后在反應塔中形成大量的顆粒物，必須由除塵器收集去除。由噴嘴或旋轉噴霧器將Ca（OH）2溶液噴入反應器中，一般由反應塔頂端噴入，形成粒徑極小的液滴。由于水分的揮發從而降低廢氣的溫度并提高其濕度，使酸氣與石灰漿反應成為鹽類，掉落至底部。

半干式反應塔內未反應完全的石灰，可隨煙氣進入除塵器，若除塵設備采用袋式除塵器，部分未反應物將附著于濾袋上與通過濾袋的酸氣再次反應，使脫酸效率進一步提高，相應地提高了石灰漿的利用率。

（3）濕法脫酸采用洗滌塔形式，煙氣進入洗滌塔后經過與堿性溶液充分接觸得到較好的脫酸效果。洗滌塔設置在除塵器的下游，以防止粒狀污染物阻塞噴嘴而影響其正常操作。同時濕式洗滌塔不能設置在袋式除塵器上游，因為高濕度之飽和煙氣將造成粒狀物堵塞濾布，致使氣體無法通過濾布。

干法工藝效率較低，一般不能滿足排放指標的要求。若垃圾中的Cl和S的含有量較低，半干法工藝理論上能滿足該工程排放指標要求；但垃圾成分波動較大的情況下，半干法工藝則難以保證效果。濕法凈化工藝的酸性氣體脫除效率最高，其工藝組合形式也多種多樣，但流程過于復雜，配套設備較多，并有后續的廢水處理問題。基于以上分析，一般垃圾焚燒發電廠采用“半干法+干法”的組合工藝，確保達標排放。這種組合工藝技術成熟，運行可靠，控制方便靈活。

1.2 NOX去除工藝

NOX的去除工藝有選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）。

1.2.1 選擇性催化還原法（SCR）

SCR是在有催化劑的條件下將NOX還原成N2。為了達到SCR還原反應所需的200 ℃溫度，煙氣在進入催化脫氮器之前需要再加熱。試驗證明SCR可以將NOX排放濃度控制在50 mg/Nm3以下。

1.2.2 選擇性非催化還原法（SNCR）

SNCR是在高溫（800 ℃～1 000 ℃）條件下，以氨水（NH3·H2O）或尿素（CO（NH2）2）作為還原劑，將其噴入焚燒爐內，將NOX還原成N2。SNCR不需要催化劑，但其還原反應所需的溫度比SCR高得多，因此SNCR需設置在焚燒爐膛內完成。

兩種方法相比較，SCR不僅需要催化劑，同時還要在除塵器后進行重新加熱，需要消耗大量熱能，因此，在垃圾焚燒發電工程上SNCR比SCR應用得更多一些。

2 煙氣二噁英控制方法

垃圾焚燒控制二噁英的技術措施主要有3種。

（1）燃燒管理：通過焚燒爐內合理地組織燃燒，使含二噁英類的未燃氣體完全燃燒，從而把二噁英的生成抑制到最低水平。

（2）袋式除塵器：袋式除塵器對固體顆粒具有高效的攔截效果，可攔截煙氣中固相的二噁英。

（3）活性炭噴射吸附去除：通過燃燒管理和袋式除塵器的配合使用，能夠使煙氣中的二噁英含量降到≤0.1 ng/Nm3。這是因為通過焚燒爐和自動燃燒控制系統的配合實現了焚燒爐的完全燃燒，確保煙氣在850 ℃以上滯留2 s以上。袋式除塵器可以攔截固相二噁英，去除率可達90%以上。最后，向袋式除塵器的前面煙氣中噴射少量的活性炭能夠高效率地吸附二噁英類物質。3種方式相結合，可以有效控制二噁英的排放。

3 重金屬排放控制

對于重金屬，在煙氣中不僅以固體狀態存在，同時還以氣體狀態存在。這是因為有些含有這種成分的化合物在燃燒過程中揮發所產生的。當溫度降低時，重金屬混合物的揮發率將劇烈地降低，相應的，其排放也將隨之減少。焚燒后產生的高溫煙氣，經余熱鍋爐冷卻后，再通過煙氣處理裝置，其出口溫度進一步降低，加之在煙氣處理裝置中噴入的活性炭具有較大的比表面積，再配備高效的袋式除塵器就可以有效地清除煙氣中的重金屬。

一般來說，此種方法對汞的去除率約90%，對鎘的去除率達95%。而煙氣中的鉛是以煙塵的狀態存在的。因而鉛主要由袋式除塵器來清除，也有少部分是在冷卻塔中被吸收而去除的。對鉛的清除率平均可達95%。

4 煙氣凈化技術發展趨勢

目前，針對垃圾焚燒煙氣凈化技術的研究方向主要有兩方面，一是多種污染物協同脫除控制技術；二是煙氣二噁英控制和在線檢測技術。基于越來越嚴格的環保要求，以及垃圾焚燒爐煙氣中污染物成分復雜，煙氣凈化系統復雜、成本高等問題，煙氣多種污染物協同脫除控制技術越來越受到關注。例如，利用臭氧等強氧化性活性分子基團實現協同脫除煙氣中多種污染物的技術，實現硫氧化物、氮氧化物、汞等多種污染物的協同脫除和煙氣凈化；有機結合多種現有技術如酸性氣體脫除技術、催化技術、布袋除塵技術、吸附技術等的新型垃圾焚燒煙氣凈化系統及裝備，全面控制垃圾焚燒煙氣污染物的排放；低溫等離子體耦合催化協同處理污染物控制技術等。

二噁英也是垃圾焚燒備受關注的焦點，針對二噁英深度控制的研究也越來越多，包括焚燒過程二噁英阻滯技術和焚燒煙氣二噁英末端控制技術，如二噁英專用改性活性炭、二噁英低溫催化降解技術等[3]。另外，垃圾焚燒爐二噁英排放在線檢測技術也是研究熱點之一。

5 結語

煙氣凈化是垃圾焚燒發電的重要環節，決定著垃圾焚燒二次污染物的排放水平。垃圾焚燒煙氣中含有酸性氣體、氮氧化物、二噁英和重金屬等污染物。現在對煙氣各種污染物均有相應的凈化去除技術，已經形成相對成熟的煙氣凈化工藝，可根據不同技術特點進行選擇應用。目前垃圾焚燒煙氣凈化技術的研究方向主要為多種污染物協同脫除控制技術和二噁英深度控制技術。

參考文獻

[1] 王亦楠.我國大城市生活垃圾焚燒發電現狀及發展研究[J].宏觀經濟研究，2010（11）：12-23.

[2] 雷波.垃圾焚燒發電的現狀與發展[J].科技創新導報，2011

（10）：100.

[3] 陳宋璇，黎小保.生活垃圾焚燒發電中二噁英控制技術研究進展[J].環境科學與管理，2012，37（5）：89-93.