生活垃圾焚燒過程二英控制技術探討

施勇

（合肥水泥研究設計院有限公司，合肥 230051）

1 概述

焚燒技術因其減量化、資源化及無害化等優點，近年逐漸成為我國處置生活垃圾的首選方式，但焚燒過程中會產生大量有毒、有害物質需要處理，尤其二英污染問題更是各方面關注的重點。2016年1月1日,《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）正式實施，生活垃圾焚燒爐煙氣中二英排放標準限值從1ngTEQ/m3修訂為0.1ngTEQ/m3。如何保證二英長期穩定達標排放已成為垃圾焚燒企業面臨的挑戰。

2.1 焚燒前控制

2.2 焚燒過程中控制

現階段我國已建成投產的焚燒爐，大部分處理量都處在350～500t/d，該類爐型蓄熱能力相對較差，當遇到熱值低或分散度差的垃圾入爐后，會導致爐溫迅速下降，給后段二英控制帶來諸多問題。近幾年我國焚燒廠大多開始采用600～850t/d焚燒爐，該類爐型蓄熱能力大大加強，正常焚燒時爐溫大多能達到或超過1000℃,熱分解步驟③都可以完成，二英前驅物大部分都能完全分解，當遇到分散度差的垃圾入爐后，也能很好地保證焚燒爐爐溫≥850℃，充分完成熱分解步驟①和②，保證二英被分解。

從鍋爐出來的煙氣冷卻至300℃～500℃時，在CuCl2、FeCl3等催化劑的作用下，C6H5Cl和C6H4ClOH類前驅物會重新組合生成二英。圖1反映了不同溫度下二英再合成相對量。從圖1中可以看出，在350℃～450℃是二英再合成的最佳溫度[5]。但現在大多生活垃圾焚燒發電廠在該溫度區間并沒有合適的控制措施，增加了二英再次合成的幾率。只有少部分小型垃圾焚燒發電廠采用小爐型，產生的熱量不回收利用，采用噴水急冷降溫技術，將煙氣溫度急速冷卻到200℃以下，從而快速躍過二英易合成的溫度區。但噴水急冷降溫易造成煙氣中的濕度大大增加，這會對后續袋除塵器的差壓和輸灰系統產生不利影響。

圖1 各溫度相對400℃的二英生成量

2.3 焚燒后控制

2.3.1 活性炭噴射+高效袋式收塵器

活性炭細粉擁有巨大的表面積及極強的吸附性能，能同時吸附固態二英和氣態二英，由于活性炭噴射+高效袋式收塵器組合工藝具有操作容易、前期投入低、費效比較高等優點，在我國生活垃圾焚燒廠得到廣泛應用，但這種組合工藝在實際運用中也存在一定的局限性，二英吸附聚集在飛灰中并未被分解破壞，還須對高濃度含二英的飛灰進行后續處理，同時也會對飛灰固化產生不利影響[6]。由于二英數值不能在線監測，造成活性炭噴入量只是經驗值，各廠的焚燒爐及燃燒工況千差萬別，實際產生的二英量也有很大差別，采用經驗值很難保證二英的實際排放值能長期穩定達標排放；活性炭的性能指標、袋式除塵器的除塵效率對二英的去除效果也有很大影響[7]。

2.3.2 催化分解技術

實際采用較多的技術是將除塵器后的煙氣加熱至180℃～230℃，進入SCR反應器進行脫硝反應，同時完成部分二英催化降解，該技術在國內多個垃圾焚燒發電廠已有多套應用實例。袋式除塵器出口二英濃度控制在0.1ng/Nm3，經過SCR反應器后的濃度可降至0.05ng/Nm3以下，脫除效率〉50%。

國內外已有廠商嘗試開發濾袋除塵之外的功能，如將催化劑浸漬在濾袋纖維上，開發出帶有除塵、脫硝、脫二英等多功能的濾袋。根據有關資料，荷蘭焚燒（泰國）有限公司在某垃圾焚燒發電廠采用二層（一層除塵、二層浸漬催化劑脫除二英）布袋，運行時不再噴射活性炭，二英的測量結果是：進口濃度6ng/Nm3、出口＜0.02ng/Nm3、脫除效率〉99.5%、粉塵排放＜3mg/Nm3。

2.3.3 其他技術

3 飛灰的處理技術

垃圾焚燒飛灰占入爐焚燒垃圾處理總量的3%～5%，是由煙氣凈化裝置收集的細顆粒物質，包括用化學藥劑處理煙氣時產生的飛灰（注入的化學藥劑及化學反應后的產物），其在灰渣中占10%～20%（質量計）。某垃圾焚燒發電廠飛灰呈灰黑色，含水率約為3%、密度為2.43g/cm3、比表面積233cm3/g；顆粒尺寸細小，45μm篩余為30.4%，80μm篩余為5.5%。其化學分析、重金屬分析以及二英毒性分析結果分別見表1、表2和表3。

表1 某垃圾焚燒發電廠飛灰化學分析/%

表2 飛灰中重金屬含量ICP方法測定結果/（mg/kg）

表3 二英毒性分析（17個2,3,7,8－PCDD/Fs）

表3 二英毒性分析（17個2,3,7,8－PCDD/Fs）

飛灰-1 7.24 0.754 0.678飛灰-2 6.90 0.722 0.651飛灰-3 8.24 0.826 0.742

3.1 飛灰控制技術

目前廣泛采用的技術是飛灰穩定化，主要針對處理重金屬和溶解鹽，而對二英并無破壞或降解作用。飛灰經過穩定固化后就離開了垃圾焚燒發電廠進入填埋廠或其他處理工廠，這造成二英只是被捕集，并沒有很好被處理。因此，飛灰成為生活垃圾焚燒全過程二英污染控制和風險管理中最為薄弱的環節。

3.2 水泥窯協同技術

水泥窯協同處置生活垃圾焚燒飛灰，通過氣力輸送管道將飛灰送至儲倉中，根據不同技術特點再進行下一步工藝處理，現階段較成熟的技術有窯頭投加和窯尾投加兩種工藝路線。

3.2.1 窯頭投加

窯頭投加是利用水泥窯噴煤管的噴射技術，將原燃燒器從三通道改成四通道，利用正壓輸送將飛灰噴射至回轉窯內。回轉窯內燒成區煅燒溫度高，物料的煅燒溫度為1450℃，窯內氣體最高溫度達2000℃，遠高于焚燒爐的850℃和1200℃，二英可以被徹底破壞；物料停留時間長，氣體在超過1000℃的區域停留時間長達8s，而在焚燒爐中則只有2s；水泥窯中的堿性氣氛有利于揮發分在氣體階段進行吸附，對HF、HCl、SO2有很強的中和作用；1450℃時的熟料反應溫度可把重金屬以化學方式固化到熟料中，且由于硬化水泥石的致密性，經適當處理，可以有效阻止飛灰中有害物質的溶出；廢氣的冷卻速度較快，避免了二英與呋喃的重新合成。焚燒飛灰顆粒微細，比表面積大，除少量有害物質和氯、硫、堿含量過高外，主要成分不僅與水泥熟料相近，而且與水泥工業普遍利用的粉煤灰、礦渣等廢物差別不大，可以作為原料的一部分得到充分利用，徹底實現資源化而避免進入填埋場。飛灰中含有大量的氯離子，會造成窯內硫結圈和預熱器氯結皮，生產過程中需進行旁路放風。

3.2.2 窯尾投加限公司建設了一套生活垃圾焚燒飛灰水泥窯協同處置示范線（主要工藝流程見圖2）。入窯飛灰中的二英削減率在99%以上，對飛灰中的二英實現了較為徹底的降解[11]。

圖2 水洗+水泥窯協同處置飛灰工藝流程圖

4 建議和展望