探究垃圾焚燒電廠煙氣凈化工藝

于杲旸，解曉明，華玉龍，周裕成，周 威

(1 中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310051；2 陜西興化集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 興平 713100)

隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，如何處理逐年增長(zhǎng)的垃圾也成為了當(dāng)下刻不容緩的問(wèn)題。垃圾焚燒發(fā)電是一種比較好的處理方式，符合環(huán)保產(chǎn)業(yè)的相關(guān)政策，在許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，我國(guó)許多地方也已經(jīng)建立了垃圾焚燒發(fā)電廠。垃圾焚燒能夠在有效處理生活垃圾的同時(shí)，節(jié)約了巨大能源，為發(fā)電事業(yè)做出貢獻(xiàn)，但垃圾焚燒煙氣中含有大量的污染物，處理不當(dāng)會(huì)造成二次污染，嚴(yán)格控制焚燒煙氣中的污染物排放成為重中之重。

1 焚燒垃圾的成分

在生活垃圾進(jìn)入電廠焚燒之前，需要將生活垃圾進(jìn)行分類(lèi)。垃圾分類(lèi)已在全國(guó)各地展開(kāi)，許多城市已經(jīng)將垃圾分類(lèi)列入了工作重點(diǎn)并已形成了良好的生產(chǎn)鏈，各地市民也積極配合垃圾分類(lèi)管理，這對(duì)于控制垃圾焚燒廢棄排放提供重要幫助。在日常產(chǎn)生的生活垃圾中，有著各種各樣的物質(zhì)，如果不進(jìn)行分類(lèi)就焚燒會(huì)對(duì)焚燒排放的廢氣產(chǎn)生比較大的影響，常見(jiàn)造成影響較大的生活垃圾包括電池、燈管燈泡、玻璃制品及陶瓷類(lèi)產(chǎn)品等。另外還有一部分的垃圾來(lái)自于工業(yè)垃圾，包括油漆桶、廢建材等，這都會(huì)對(duì)焚燒產(chǎn)生不良影響。在同等的煙氣處理工藝技術(shù)下，經(jīng)過(guò)垃圾分類(lèi)的垃圾遠(yuǎn)比沒(méi)有分類(lèi)過(guò)得垃圾焚燒排放指標(biāo)低、穩(wěn)定。

而當(dāng)垃圾在垃圾場(chǎng)中堆放時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)受到雨水的侵蝕，垃圾中的水分會(huì)逐漸增大，其中的有機(jī)物含量也會(huì)隨之增高，這些有機(jī)物在焚燒過(guò)程中難以降解，會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣從而讓排放指標(biāo)不受控制。發(fā)電廠在使用垃圾焚燒發(fā)電時(shí)，通常以3∶7的比例搭配，研究表明，煤炭含量在30%時(shí)焚燒產(chǎn)生的廢氣最少[1]。

2 控制垃圾焚燒中二噁英的形成

在生活垃圾焚燒過(guò)程中，垃圾中的含氯有機(jī)化合物如氯乙烯、氯化苯、五氯苯酚等物質(zhì)，在適當(dāng)?shù)臏囟炔⒃诼然F、氯化銅的催化作用下通過(guò)分子重新排列組合等過(guò)程產(chǎn)生二噁英[2]。二噁英具有極強(qiáng)的致癌性，對(duì)人體和環(huán)境都會(huì)造成嚴(yán)重破壞，因此在垃圾焚燒中要控制二噁英的形成。二噁英在高溫情況下大部分會(huì)分解，如當(dāng)煙氣出爐溫度>800 ℃，且煙氣在此溫度下停留大于2 s，絕大部分的二噁英會(huì)自動(dòng)分解。但是在煙氣溫度降低到300～500 ℃時(shí)，垃圾焚燒過(guò)程中被高溫分解的二噁英含氯有機(jī)化合物會(huì)在煙氣粉塵的催化作用下與HCl重新組合生產(chǎn)二噁英[3]。因此要控制二噁英的形成，首先要保證在在爐內(nèi)燃燒時(shí)，煙氣溫度要大于900 ℃，且停留時(shí)間要大于2 s，保證所有有機(jī)物的充分燃燒，其次盡量減小鍋爐尾部煙道的截面積，調(diào)高煙氣流速，減少煙氣在低溫段的停留時(shí)間，以減少二噁英的再生成。同時(shí)也要抑制HCl、CuCl2的產(chǎn)生，盡量不焚燒含氯有機(jī)物。此外還可以在噴淋塔后的煙氣中，噴入活性炭，可以使得活性炭吸附大部分的二噁英以及汞等重金屬。

3 垃圾焚燒廢氣處理工藝

3.1 煙氣脫硫工藝

垃圾焚燒煙氣脫硫工藝旨在去除以 SO2、HCl為主的酸性氣體，現(xiàn)階段我國(guó)煙氣脫酸工藝按照有無(wú)廢水排出分為干法，半干法和濕法三種方式[4]。

干法工藝主要形式為爐內(nèi)噴鈣，通過(guò)向反應(yīng)器噴射石灰粉與焚燒產(chǎn)生的酸性氣體中和反應(yīng)，常見(jiàn)的有“石灰干粉+活性炭+布袋除塵器”煙氣處理工藝[5]。該工藝運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，且沒(méi)有廢水排除，總體投資較少，后期的維護(hù)也相對(duì)簡(jiǎn)單。但是該工藝脫硫效率低，需要消耗大量的石灰粉，也會(huì)出現(xiàn)干石灰堵塞煙道的情況，最主要的是在當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)保要求下，該工藝很難滿足當(dāng)前國(guó)標(biāo)的煙氣排放要求。

半干法工藝是通過(guò)旋轉(zhuǎn)噴霧器將制漿系統(tǒng)輸送過(guò)來(lái)的石灰漿進(jìn)行霧化后噴入反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)與煙氣充分接觸，在一系列化學(xué)反應(yīng)后去除煙氣中的絕大部分酸性氣體，常見(jiàn)的“旋轉(zhuǎn)霧化器噴石灰漿+活性炭+布袋除塵器”煙氣處理工藝[5]。該工藝脫硫效率較高，能達(dá)到90%左右，但是該工藝對(duì)于石灰品質(zhì)和粒徑的要求非常高，如果石灰顆粒過(guò)大可能會(huì)出現(xiàn)由于石灰漿沉積而導(dǎo)致堵塞的問(wèn)題。此外，石灰漿液的制備系統(tǒng)所需設(shè)備較為復(fù)雜，操作也較為復(fù)雜，且此工藝前期投資比較大，在后期的維護(hù)運(yùn)行也相對(duì)投入的更多。

圖1 半干法反應(yīng)塔

濕法工藝通常采用石灰漿或NaOH溶液，以噴淋的形式將漿液通過(guò)分布器噴入吸收塔內(nèi)，煙氣中的酸性氣體與漿液反應(yīng)。該具有最高的脫硫效率，可以達(dá)到98%以上，但該工藝投資大，設(shè)備運(yùn)行成本高，且該工藝會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，這些廢水需要經(jīng)過(guò)處理達(dá)標(biāo)后才能向外排放，此外還容易出現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題。

目前很多垃圾焚燒發(fā)電廠采用半干法+干法組合工藝，煙氣首先經(jīng)過(guò)脫酸反應(yīng)塔半干法工藝處理，如圖1所示，噴入石灰漿與煙氣反應(yīng)，然后在進(jìn)入布袋除塵器之前的煙道中噴入石灰粉與煙氣反應(yīng)，這種方法除酸效率較高，運(yùn)行成本合理，初始投資也較低，設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，后續(xù)也不會(huì)產(chǎn)生廢水。

3.2 煙氣脫硝工藝

垃圾焚燒煙氣脫硝工藝主要包括選擇性非催化還原工藝(SNCR)和選擇性催化還原工藝(SCR)。

選擇性非催化還原(Selective Non-Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱為SNCR)技術(shù)，SNCR技術(shù)主要在850～1050 ℃下，用噴槍將含氮的還原劑噴入鍋爐中，與NOx發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)夂退?/p>

圖2 NOx反應(yīng)原理

SNCR短期示范期間能達(dá)到75%的脫硝率，長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用一般能達(dá)到30%～70%的NOx脫除率，主要與反應(yīng)溫度、煙氣停留時(shí)間等有關(guān)。該工藝是一項(xiàng)清潔的脫硝技術(shù)，沒(méi)有任何固體或液體的污染物或副產(chǎn)物生成，且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、施工時(shí)間短，后期的運(yùn)行維護(hù)也比較簡(jiǎn)單，但其脫硝效率并不是很高。

選擇性催化還原(Selective Catalytic Reduction，簡(jiǎn)稱為SCR)技術(shù)，是利用還原劑(NH3，尿素)在金屬催化劑作用下，選擇性地與NOx反應(yīng)生成 N2和H2O，而不是被O2氧化，故稱為“選擇性”，反應(yīng)溫度區(qū)間為300～420 ℃。

反應(yīng)式為：

4NH3+4NO+O2=4N2+6H2O

4NH3+2NO+O2=6N2+6H2O

SCR工藝脫硝效率較高，但對(duì)催化劑的選取要求高，而垃圾焚燒產(chǎn)生的二噁英和重金屬粉塵都會(huì)直接影響催化劑，降低其活性。

目前許多垃圾焚燒電廠采用SNCR和SCR耦合工藝，選取適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)間采用噴槍噴入過(guò)量的還原劑，還原劑的用量考慮到SNCR系統(tǒng)和后續(xù)SCR系統(tǒng)。

3.3 煙氣除塵工藝

由于生活垃圾焚燒煙氣中污染物不同于普通燃煤煙氣，其種類(lèi)更加復(fù)雜，而且煙氣中污染物排放標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，電除塵器不僅無(wú)法滿足脫除有機(jī)物(二噁英等)、重金屬等的需要，同時(shí)它也無(wú)法滿足對(duì)粉塵排放的要求[6]。電除塵裝置不適合作為垃圾焚燒的除塵處理工藝。

布袋除塵器是一種干式濾塵裝置，含塵氣體由風(fēng)機(jī)的引力下進(jìn)入脈沖除塵器，在擋風(fēng)板的作用下，氣流向上流動(dòng)，大顆粒粉塵在重力的作用下落入灰斗，含塵氣體進(jìn)入中箱體濾袋的過(guò)濾凈化，粉塵被阻留在濾袋的外表，凈化的空氣通過(guò)濾袋后由排風(fēng)口排除。

《城市生活垃圾處理及污染防治技術(shù)政策》中指出生活垃圾焚燒煙氣處理宜采用布袋除塵器[4]。

4 結(jié) 論

垃圾焚燒在處理了大量生活垃圾的同時(shí)，創(chuàng)造了大量的電

力資源，是當(dāng)下處理生活垃圾的一種主流形式。文章通過(guò)對(duì)垃圾焚燒煙氣組成及各成分處理方式、處理工藝的描述分析，為煙氣凈化處理提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)環(huán)境保護(hù)也起到了一定的宣傳作用。