火化機污染物排放特點及減排技術(shù)探討

張 帥

(福壽園環(huán)保機械制造有限公司，安徽 廣德 242200)

0 前 言

隨著國家的發(fā)展，人口老齡化的逐步擴大，遺體火化數(shù)量逐年增加。2020年民政事業(yè)報告中報道，65歲以上老年人占總?cè)丝谶_到13.5%，遺體火化量555.8萬具，比2019年增加了33.1萬具，呈逐年升高態(tài)勢[1]，殯儀館火化機的火化任務(wù)與日俱增。殯儀館火化機在運行過程中，通過火化爐燃燒實現(xiàn)火化過程，燃燒時產(chǎn)生含有污染物的廢氣排放到環(huán)境中。城市化的進程也使得居民離殯儀館的距離越來越近，多個研究報告[2-4]指出火化機廢氣中污染物含量存在超標現(xiàn)象，如NOX、二噁英、Hg等，會對附近居民的身心健康和環(huán)境造成一定危害。

隨著國家對環(huán)保的重視，各個行業(yè)的環(huán)保排放標準也逐步制定完善。《火葬場大氣污染物排放標準》[5]中也對火化機排放各種污染物進行了規(guī)定，其中重點污染物主要有粉塵、SO2、NOX、二噁英(PCDD/PCDFs)、Hg等。針對各污染物的凈化技術(shù)已有相關(guān)的規(guī)定和研究文獻[6-9]，但火化過程中仍存在污染物超標狀況，如何選擇最優(yōu)的凈化技術(shù)仍需要進行探討和研究。隨著技術(shù)的進步和環(huán)保指標的提高，針對火化機污染物的減排技術(shù)需要不斷更新升級。本文分析了火化機污染物的特點，并通過試驗分析了進一步降低污染物排放的途徑。

1 試驗過程和方法

1.1 火化爐尾氣特點

火化爐焚燒遺體過程中，可燃物種類復(fù)雜，包括遺體、遺物、棺材等。燃料供給不斷調(diào)整，火化過程中需要多次開關(guān)爐門，造成爐內(nèi)燃燒條件波動較大，產(chǎn)生的煙氣中污染物含量也忽高忽低。《火葬場大氣污染物排放標準》(GB 13801—2015)中規(guī)定的主要污染物及排放限值見表1。

表1 火化機煙氣排放指標

通過調(diào)研并結(jié)合杭州某火化爐現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)分析可知[10-14]：火化機在運行時，各污染物排放濃度波動較大。一般在火化爐正常穩(wěn)定運行情況下，其中SO2波動范圍在10～90 mg/m3之間，NOX濃度范圍在40～400 mg/m3，二噁英波動在0.2～2 ng TEQ/m3，有些火化爐尾氣煙囪常常出現(xiàn)黑煙現(xiàn)象；其原因是火化機為非連續(xù)性運行，燃料供給和可燃物量變化極大、不同廠家生產(chǎn)的火化機的爐內(nèi)燃燒條件、控制程序上有所區(qū)別，再加上某些火化工不嚴格按規(guī)范操作，經(jīng)常造成爆燃和不完全燃燒現(xiàn)象，盡管環(huán)保凈化設(shè)施已經(jīng)投運，但是否滿足當(dāng)下的環(huán)保需求，實際運行是否完全符合設(shè)計意圖，仍需進一步跟蹤調(diào)研，環(huán)保技術(shù)需進一步提高。目前火化機行業(yè)污染物常規(guī)的凈化技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 常規(guī)凈化工藝Fig.1 Conventional purification process

通常火化爐煙氣出口溫度在800～900 ℃左右，以保證燃燒過程的完全發(fā)展，降低污染物排放。出口煙氣首先需進行降溫，通過換熱器快速降至250 ℃以下，避免二噁英的二次生成，然后進行除塵等凈化工序。一般燃油火化爐尾氣出口中酸性物質(zhì)相對較多，常常在風(fēng)機后配以堿洗塔進行脫硫脫酸。在現(xiàn)階段，凈化設(shè)備中針對脫硝工藝的應(yīng)用較少，尾氣中NOX含量偶有超標情況，尤其是在快速燃燒初期，多種污染物含量均出現(xiàn)超標的情況，需進一步優(yōu)化火化爐的爐內(nèi)燃燒條件，改進燃燒程序。

1.2 試驗過程

在杭州某殯儀館火化機上進行試驗，對污染物的凈化過程和技術(shù)應(yīng)用效果進行分析。

首先對火化爐的運行狀況進行試驗，在不影響爐內(nèi)溫度和壓力，在不影響火化任務(wù)的前提下，通過檢測火化爐內(nèi)溫度、壓力、廢氣流量和污染物含量，考察了不同火化進程下污染物的排放特點，然后對該火化機尾氣凈化工藝設(shè)施進行分析判斷，提出優(yōu)化改進的技術(shù)方向。該殯儀館現(xiàn)有的凈化工藝路線為：“火化爐—水冷換熱器—旋風(fēng)除塵器—布袋除塵器—風(fēng)機—噴淋塔—煙囪排放”，采用德圖煙氣分析儀(testo350)進行實時檢測，二噁英采用取樣后化驗的方式進行。

2 結(jié)果與分析

通過控制燃料供給量、供風(fēng)量和點火時間調(diào)控燃燒過程，使燃燒時間在35～55 min之間，檢測不同燃燒條件下的燃燒參數(shù)，主要為火化爐運行參數(shù)和尾氣污染物含量，結(jié)果如表2～4所示。

表2 火化爐運行參數(shù)

表3 直排煙囪檢測數(shù)據(jù)

表4 經(jīng)過凈化處理后煙囪污染物排放數(shù)據(jù)

由表2～4中數(shù)據(jù)可知，火化機污染物直接排放會造成污染物的超標排放，污染周邊環(huán)境。在常規(guī)的凈化技術(shù)路線下，通過尾氣凈化設(shè)施后，煙氣中污染物含量大大降低。在延長火化時間后，污染物含量均降低。與直排煙囪的檢測數(shù)值比較，尾氣煙囪排放物中粉塵、SO2、二噁英在較好的燃燒條件下均可達到《火葬場大氣污染物排放標準》(GB 13801—2015)中的相關(guān)規(guī)定，可通過連續(xù)檢測結(jié)果(如圖2～4)進一步分析火化過程污染物排放特點。

針對不同的污染物采用針對性的凈化工藝，粉塵采用“旋風(fēng)除塵器+布袋除塵器”可以很好的實現(xiàn)脫除，SO2通過活性炭箱吸附或堿液噴淋塔吸收可以較好的實現(xiàn)凈化，而二噁英類污染物主要通過“爐膛內(nèi)燃燒+末端急冷降溫”進行減排，在燃燒不良情況下，還需增加活性炭吸附或微波發(fā)生器進行分解凈化，CO和NOX排量控制主要在于爐膛燃燒情況，NOX也可采用末端治理的方式進行，如SNCR和SCR，需投入額外的治理成本。

圖2～4顯示了不同運行條件下經(jīng)過凈化設(shè)施后污染物的排放情況，分析可知，NOX和CO排放含量存在超標的時間段，尤其是在快速燃燒時，常發(fā)生在火化剛開始初期，此階段中可燃物存在爆燃現(xiàn)象，產(chǎn)生的污染物難以控制，需對此過程進行限制。在閉火悶燒、延長了火化時間后(圖3中火化了48 min左右，圖4中火化了60 min)，污染物峰值變低，整體趨于平緩，尤其是CO峰值明顯降低，以平均值計算時，在條件2、條件3下，CO排放量分別達到71 mg/m3和69 mg/m3，NOX排放值分別為140 mg/m3和162 mg/m3，均可達到國家排放標準。因此，可采用延長火化時間、降低主燃溫度、提高二燃溫度、控制給風(fēng)量等措施[15]，控制火化爐污染物排放，調(diào)控火化過程。

圖2 條件1下運行的尾氣檢測結(jié)果(火化時間：15:24～16:00)Fig.2 Test results of exhaust gas under the condition 1 (cremation from 15:24 to 16:00)

圖3 條件2下運行的尾氣檢測結(jié)果(火化時間：12:26～13:14)Fig.3 Test results of exhaust gas under the condition 2(cremation from 12:26 to 13:14)

圖4 條件3下運行的尾氣檢測結(jié)果(火化時間：13:50～14:50，包含7 min左右的自清洗時間)Fig.4 Test results of exhaust gas under the condition 3 (cremation from 13:50 to 14:50,including a self-cleaning time for about 7 minutes)

在延長火化時間后，污染物產(chǎn)生速度變緩慢，有了更充分的焚燒時間，燃燒更穩(wěn)定，更完全，CO排量大大降低；在穩(wěn)定燃燒下爐內(nèi)溫度均一化程度較好，易于通過燃料供給和供風(fēng)調(diào)控整體溫度，降低NOX排量，因此可從此方面入手，針對不同的爐膛，進行各方面的優(yōu)化，針對不同火化爐的實際燃燒條件，摸索最佳的燃燒工況。

3 結(jié) 論

通過對火化過程的檢測和分析可得以下結(jié)論：

(1)火化爐燃燒過程的影響因素多、參數(shù)波動大，爐內(nèi)燃燒狀況穩(wěn)定性差，尾氣排放污染物濃度波動較大。在經(jīng)過行業(yè)內(nèi)常規(guī)的凈化工藝后，大部分污染物被脫除，在延長焚燒時間，優(yōu)化爐膛燃燒條件后，粉塵、SO2、HCl、Hg、黑度、二噁英都可以達到《火葬場大氣污染物排放標準》(GB 13801—2015)規(guī)定的排放限值。

(2)在最佳燃燒條件下，SO2、NOX、CO排放濃度可分別控制在8、140、71 mg/m3。

(3)對于NOX的凈化，行業(yè)內(nèi)一般沒有設(shè)置針對性的設(shè)備，在整個燃燒過程中，偶然出現(xiàn)超標現(xiàn)象，需要進一步優(yōu)化爐內(nèi)燃燒狀況和改進尾氣凈化工藝進而達到更好的環(huán)保效果。可以借鑒常規(guī)的脫硝技術(shù)，結(jié)合火化爐燃燒工況，利用前端高溫段SNCR或末端低溫SCR的方法，降低尾氣中NOX污染物排放量。