垃圾焚燒二??英排放規律和深度控制技術研究

吳浩?蔡建軍?鐘日鋼

一、引言

隨著城市化進程加速，生活垃圾（Municipal solid waste，MSW）產生量逐年攀升，垃圾處理成為各國面臨的重要環境問題。垃圾焚燒作為一種減量化、資源化的處理方法，在全球范圍內得到了廣泛應用。然而，垃圾焚燒過程中產生的二英等污染物排放問題，引發了公眾和環保組織的關注。

由于其生成機理復雜、影響因素眾多，如何有效控制垃圾焚燒過程中的二英排放，一直是環保領域的研究難點和熱點。

為降低垃圾焚燒過程中的二英排放，推動垃圾焚燒行業可持續發展，本文旨在通過系統總結垃圾焚燒過程中二英的生成機理、排放規律以及深度控制技術，為垃圾焚燒廠的二英排放控制提供理論支持和技術指導。

二、垃圾焚燒二英沿程排放規律

本研究選擇的垃圾焚燒爐的煙氣凈化工藝包括：煙氣首先由過熱器冷卻后進入省煤器；大顆粒灰渣通過與過熱器和省煤器的碰撞而分離，之后被收集于垂直過熱器、省煤器下方的四個灰斗；然后，煙氣通過半干反應器，此時大多數酸性氣體通過與熟石灰漿液反應而去除；之后，通過添加活性炭來吸附二英，煙氣其他細灰和活性炭通過布袋除塵器去除；最后，通過選擇性催化還原（SCR）去除煙氣氮氧化合物。為了實現氮氧化合物超低排放，還應用了非選擇性催化還原。結果表明，煙囪二英排放量為0.006 4 ng I-TEQ/Nm3，遠低于中國和歐洲標準（0.1 ng I-TEQ/Nm3）。立式省煤器與灰斗的組合有利于去除煙氣二英，去除效率達到59.83%。由于記憶效應，煙氣二英含量遠高于省煤器分離灰二英含量。在煙囪中，液相中二英的比例為53.67%，液相中二英的估計含量約為16.20 ng I-TEQ/t MSW。因此，二英排放限值應考慮液相中的二英。此外，氯化水平影響了二英分配。液相中大占比二英的氯代水平低于固相，但高于氣相。液相中二英主要來源于細顆粒，細顆粒特性可以改變液相二英的排放量。在整個焚燒過程中，記憶效應主要發生在立式省煤器中，其次是半干反應器、SCR。

三、垃圾焚燒二英深度控制技術

本文基于研究和示范工程運行結果，結合實際生產運行經驗，從垃圾入廠、燃燒控制、防止低溫生成、活性炭、布袋除塵器、爐膛清焦、煙道清理等技術要點進行了總結、分析，形成了系列二英深度控制技術。具體內容如下。

（一）控制入廠垃圾、入爐垃圾

入爐垃圾特性對焚燒穩定性和二英生成均具有影響，是控制二英達標排放的基礎性環節。通過入爐垃圾有效管理，降低垃圾含水率，提高入爐垃圾熱值，減少高氯高重金屬含量和大塊垃圾集中入爐等，確保垃圾在爐內穩定、充分燃燒，最大程度地從源頭控制二英生成。入廠垃圾應滿足《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485—2014）及其修改單中入爐廢物要求，盡可能控制包括聚氯乙烯塑料等高氯和富含銅、鐵、鎳等過渡金屬的工業垃圾集中入爐。協同處置醫療廢物時，摻燒比例應以不影響生活垃圾焚燒爐污染物排放達標和焚燒爐正常運行為前提。提高垃圾入爐前的均勻性，大塊垃圾應及時分離或破碎，避免堵塞投料口、損壞爐排或燜火等。垃圾投加時應保持連續、均勻進料，避免或減少出現爐內垃圾嚴重不均、偏料、偏燒、成團等現象，提高燃燒性能。

（二）控制垃圾在爐排上燃燒穩定

垃圾均衡進料，爐排上垃圾厚度均勻，保障燃燒穩定。減少爐排翻動次數，減少煙氣飛灰含量，進而減少二英低溫再生成。爐排上料層厚度應呈階梯遞減分布，控制推料器速度調節爐排中間段料層平均厚度保持在300～500 mm，爐排運動均勻。控制垃圾焚燒處理量，避免超負荷運行。實際處理量宜為設計值的80%～110%，實際入爐垃圾熱值高于最大連續蒸發量熱值時，應適量減少垃圾處理量，避免過度焚燒導致爐溫過高，發生爐膛主控溫度區上移。配置并投入使用自動燃燒控制系統，系統應至少具備兩個主要功能：一是可根據爐膛主控溫度區溫度自動控制輔助燃燒器啟停；二是可根據鍋爐出口氧含量或煙氣一氧化碳濃度自動控制焚燒爐二次風供風量。焚燒設施正常運行時，若爐膛主控溫度區溫度低于850 ℃或下降速度較快，應立即啟動輔助燃燒器保持爐膛溫度高于850 ℃。爐膛出口氧量值宜控制在3%～8%，采用低氮燃燒技術時爐膛出口氧量宜維持在2%～5%，或滿足低氮燃燒技術設計要求。根據爐排上干燥段、燃燒段和燃燼段的正常工況需求，合理分配和控制各段的一次風風量和風壓。應控制滲濾液、濃縮液回噴比例，回噴時應保持良好霧化，保證燃燒工況穩定。當燃燒不穩定或爐膛內燃燒溫度偏低時，不宜進行滲濾液爐內回噴。注意滲濾液回噴對煙氣含水率的影響，一般煙氣含水率不超過20%。

（三）“3T＋E”燃燒控制

焚燒爐應滿足“3T＋E”燃燒條件，確保焚燒過程中二英完全分解。爐膛主控溫度區燃燒溫度應在850 ℃以上，不宜高于1050 ℃，且避免溫度波動過大。煙氣在二次風入口后的主控溫度區停留時間大于或等于2秒。應盡量避免垃圾爆燃現象，焚燒煙氣一氧化碳排放濃度小時均值宜小于20 mg/Nm3，且應連續穩定達標。運行時一、二次風分配合理，氧量控制在6%～8%，依據一氧化碳的濃度（60 mg/ Nm3以下）調整氧量，采取措施減少運行期間爐內結焦。應檢查鍋爐尾部煙道漏風情況，確保尾部煙道漏風系數不超過3%。鍋爐兩側煙溫應均勻，過熱器兩側煙溫差一般不宜超過30～40 ℃。燃燒室負壓應穩定保持在0～-50 Pa，不允許正壓運行。根據余熱鍋爐出口煙氣含氧量合理配風，應維持爐膛內過量空氣系數在1.2～1.6。當過量空氣系數過低時，應增加二次風量。合理分配一、二次風量，二次風量宜采用多層布置且風量占比應大于總風量的40%。

（四）低溫再合成控制

省煤器換熱面積應有充足余量，保證省煤器內工質流動，鍋爐排煙溫度宜控制在190～210 ℃。宜控制布袋除塵器進口煙氣溫度不高于180 ℃，必要時可增加減溫措施。應設定適宜吹灰周期，采用蒸汽、脈沖或組合式吹灰方式對鍋爐尾部受熱面進行吹灰，在鍋爐正常運行周期內保持受熱面清潔。二英再合成多發生在鍋爐尾部的受熱面或煙道積灰部位，應盡可能減少受熱面和尾部煙道的積灰，提高受熱面換熱效率，將煙氣在250～650 ℃溫度區間的停留時間保持在合理范圍。停爐檢修時，低溫再合成區250～650 ℃溫度區間的受熱面和煙道應進行徹底清灰。

（五）活性炭投加控制

活性炭每次入廠應檢測其吸附碘值、顆粒度，不合格的拒絕接收。安裝活性炭在線計量裝置，活性炭投加量不低于0.3kg/t垃圾。活性炭粉噴射量不應低于設計基準值，且噴入量不低于60 mg/Nm3。活性炭投加應當均勻給料。定期檢查活性炭噴槍，更換磨損噴頭。

（六）布袋除塵器運行控制

布袋除塵器濾料優先選用聚四氟乙烯（PTFE）濾料加PTFE覆膜或更好材料，新投運的布袋應進行預噴涂處理。布袋過濾風速不超過0.8 m/min。布袋除塵系統顆粒物24小時均值排放濃度設計值宜小于10 mg/m3。布袋除塵系統工作溫度宜控制在140～180 ℃，如選用特殊材質的布袋，應根據設計值控制其工作溫度。布袋除塵系統正常運行期間，應采用自動清灰方式，確保除塵系統進/出口差壓不超過1800 Pa。正常運行時，布袋除塵器進口煙氣溫度應控制在140～180 ℃。運行過程中，發現顆粒物排放異常時，應及時檢查，如發現濾袋破損應及時更換。采購的濾袋使用年限不宜超過5年；旁路門封閉嚴密，禁止開啟，運行期間檢查旁路門前后的溫度，確定是否關閉嚴密。布袋除塵器定期查漏，更換泄漏的濾袋（圖1）。布袋除塵器頂蓋保溫、密封良好。

（七）爐外脫硝催化分解控制

SCR設計的工作溫度范圍應控制在170～240 ℃，SCR運行溫度應平穩，溫差不超過設計溫度5 ℃，確保催化劑活性。參照設計流量、煙囪氮氧化物濃度，及時調整脫硝劑、除鹽水、壓縮空氣投加量；定期抽出檢查脫硝噴槍，清理噴槍、噴頭結焦，更壞損壞的噴槍、噴頭（圖2）。

（八）濕法脫酸工藝控制

煙氣濕法脫酸是采用洗滌塔形式，煙氣進入洗滌塔后與堿性溶液充分接觸得到充分的脫酸效果。濕法脫酸系統應安裝于布袋除塵器下游，對氯化氫、二氧化硫和重金屬等具有較好的去除效率。正常運行時應按比例或定期排出并補充堿液，防止堿液中二英濃度過高造成洗滌塔出現二英“記憶效應”。定期對濕法洗滌系統內結晶鹽、洗滌液和底泥等樣品二英濃度進行分析，避免高濃度二英“記憶效應”的影響。

（九）清灰控制“記憶效應”影響

檢修期間徹底清除水平煙道受熱面、煙道底部、煙道出口變徑處的積灰。運行期間激波清灰、振打清灰運行正常。檢修期間清理布袋除塵器、旁路煙道、熱風循環煙道、布袋除塵器出口至煙囪取樣點之間的主煙道內部灰塵，消除二英的“記憶效應”影響。檢修期間爐膛內壁清焦徹底，一、二次風各進風口結焦清理，更換變形、磨損的風口，修復或更換測量異常的溫度測點（圖3）。

（十）啟停爐控制

啟停爐過程中二英排放不易受控，特別是啟爐時二英排放量會成倍增加，同時會產生一定二英“記憶效應”，應盡量減少焚燒爐啟停爐次數。啟爐時，爐膛主控溫度區升至850 ℃后，焚燒爐開始投入垃圾，并應在4個小時內達到穩定工況。停爐時，當爐膛主控溫度區溫度低于850 ℃時，應立即啟動輔助燃燒器保持溫度850 ℃，直至爐內垃圾燃盡。焚燒爐在啟動、停止、壓火時，應啟用或保持煙氣凈化系統運行，適量增加脫酸劑和活性炭噴射量。當啟動工況正常后，恢復脫酸劑和活性炭正常噴射量；在停止和壓火工況時，應待焚燒爐全部停止運行后再終止凈化系統運行。停爐時應對鍋爐受熱面、布袋除塵設備、SCR催化劑（若配有）及第一、二、三煙道等進行徹底吹灰，消除二英“記憶效應”的影響。啟爐前應檢查煙氣管道、布袋除塵設施是否有泄漏，及時修復漏點。檢查脫酸劑、活性炭等環保物料給料系統是否正常，及時處理。應嚴格控制焚燒爐啟停爐時間和故障或事故的時間，一個自然年內累計不應超過60 h，焚燒爐每次故障或者事故持續時間不應超過4 h。宜保持每條焚燒線年運行時間不低于8000 h且不宜超過8400 h。盡可能減少焚燒生產線停運頻次，建議做到年度計劃檢修與非計劃檢修次數不超過4次。

四、垃圾焚燒二英深度控制技術工程應用效果

一是開展了400 t級焚燒爐和750 t級焚燒爐沿程二英產生規律及減排方法的研究，研究結果表明：焚燒爐在額定設計負荷運行時，“850 ℃/2 s＋活性炭吸附＋布袋除塵”可以實現二英達到GB 18485—2014排放水平；“3T＋E”穩定控制與6段煙氣凈化工藝組合，煙氣二英排放數值可以實現優于GB 18485—2014、《歐洲議會和歐盟理事會關于工業排放的第2010/75/EU號指令》一個數量級的超低排放水平。

二是開展了垃圾焚燒爐協同處置其他固廢（市政污泥、餐廚垃圾及醫療廢物等）對二英的影響，研究結果表明：摻燒5%污泥不會提高垃圾焚燒廠二英的排放水平；按照餐廚垃圾與生活垃圾1 ： 5單獨摻燒餐廚垃圾與協同摻燒餐廚垃圾和市政干污泥相比對二英排放濃度影響不大；開展了垃圾焚燒爐二英固—氣—液三相相態分布研究，解釋了二英同系物的濃度水平變化規律，由于液相二英濃度占比均值達到了53.7%，認為不可以忽略對液相二英的毒性當量研究。除此之外，設計并開發了二英高溫取樣裝置。

三是開展了SCR脫硝系統協同脫除焚燒煙氣二英的機理研究。研究結果證明了SCR對二英具有良好的協同脫除效果，這為常規“3T＋E”及煙氣處理工藝不能滿足二英達標排放要求時提供了新的二英削減路徑。開展了濕法脫酸系統對二英排放水平的影響研究，研究結果表明要關注濕法填料對二英的“記憶效應”影響。

四是開展了生活垃圾分類對煙氣末端二英排放的影響。生活垃圾分類能夠顯著降低煙氣末端二英排放水平，有助于實現垃圾焚燒二英超低排放目標。對四條焚燒線示范工程開展了六個月連續二英檢測分析，以達成垃圾焚燒特征污染物全過程減排示范工程處理規模達到1400 t/d、生活垃圾焚燒特征污染物全過程減排示范工程二英排放濃度小于0.05 ng I-TEQ/Nm3的目標。

五、結論

通過掌握垃圾焚燒二英沿程排放規律，形成了系列二英深度控制技術，成功應用于實際工程。技術要點包括：焚燒爐參數優化和煙氣凈化工藝設計是減少二英排放的基礎，“3T+E”能夠確保絕大部分二英實現高溫分解，活性炭與布袋除塵的組合能夠確保去除低溫再合成二英，煙道清灰可以減少積灰吸附的二英產生的“記憶效應”，使用SCR催化劑協同脫除二英可進一步降低煙氣二英。基于上述技術，對四條焚燒線示范工程進行了六個月連續二英檢測分析，結果顯示二英排放濃度低于0.05 ng I-TEQ/Nm3，達到GB 18485—2014中0.1ng I-TEQ/Nm3的限值要求。

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（責任編輯：榮榮）