垃圾焚烧发电过程污染物排放控制方法

范 佳（汕头市环境保护研究所广东汕头515041）

垃圾焚烧发电过程污染物排放控制方法

范 佳
（汕头市环境保护研究所广东汕头515041）

垃圾焚烧技术是处理城市生活垃圾的有效手段之一，能够实现垃圾的无害化、减量化和资源化。但由于我国城市生活垃圾成分的多样性、复杂性和不均匀性，在垃圾焚烧的过程中会发生很多不同的、复杂的化学反应。这些化学反应会产生对人体和环境有危害的物质即焚烧气体污染物。尤其是剧毒二噁英，使垃圾焚烧处理技术的发展受到了阻碍。本文着重对垃圾焚烧发电过程中产生的二次污染物的排放及控制方法做了深入的研究探讨。

垃圾焚烧发电；污染物；控制措施

1 垃圾焚烧发电过程产生的污染物

垃圾焚烧法虽然具有减量化显著，资源化利用程度高，无害化彻底的优点，但由于城市生活垃圾成分的多样性、复杂性和不均匀性，在垃圾焚烧的过程中会发生很多复杂的化学反应。这些化学反应会产生对人体和环境有危害的物质即焚烧气体污染物。根据污染物的不同性质，将其分为酸性气体、颗粒物、重金属和有机污染物等几类。垃圾焚烧厂在烧掉垃圾的同时应该高度重视垃圾焚烧二次污染物的防治问题，否则，二次污染给人类带来的危害比垃圾本身对人类的危害要大得多。尤其是在雾霾压力之下，将严格控制生活垃圾焚烧污染物的排放。

2014年环保部常务会议指出将重新修订《生活垃圾焚烧污染控制标准》，修订后的《生活垃圾焚烧污染控制标准》严格了生活垃圾焚烧厂二氧化硫、氯化氢、氮氧化物、重金属和二恶英类等污染物排放标准。透彻了解和研究垃圾焚烧污染物的形成机制能够有效的掌握二次污染防治技术，并促进其技术的发展。

2 污染物排放控制技术

2.1 垃圾焚烧发电过程二恶英排放控制方法

（1）源头控制

学术界普遍认为氯源对二恶英的生成有重要影响，将原生垃圾分类加工，降低重金属和含氯物质的含量，能够极大降低二恶英的生成率。李建新等人对模拟垃圾成分进行燃烧试验，验证了烟气中的氯化物是合成二恶英的主要氯源。垃圾中包含大量的氯化物，常见的包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、NaCl、KCl等。所以，对垃圾进行分类收集，资源回收利用，然后利用垃圾焚烧预处理设备，除去垃圾中含氯成分高的物质和金属催化剂，能够减少二恶英的生成。

（2）炉内控制

①炉膛结构的选择：国内采用的焚烧炉型有循环流化床炉、机械炉排炉、回转窑炉及气化热解炉，主要采用循环流化床和炉排炉。流化床锅炉对垃圾适应性好，传热传质优良，床内颗粒扰动剧烈，低热值高水分的垃圾也能够充分燃烧，降低了烟气污染物的产生,现在很多垃圾处理厂都选择流化床锅炉。但是，流化床要求严格控制入炉垃圾颗粒的大小和质量，垃圾必须进行预处理，一般需添加辅助燃料，增加了运行费用。炉排炉有着成熟的运行经验，具有高燃烧率，适合焚烧热值较高的垃圾和大型垃圾焚烧厂。但该炉型前期投资大，燃烧条件难控制，无法控制二恶英完全分解，因此该炉型须配备烟气净化设备。气化热解炉根据燃烧控制理论，使垃圾在一定条件下分解成可燃性气体，可燃气体在高温室充分燃烧，通过余热锅炉回收利用热量。该炉生成的污染物较少。

②炉内抑制剂的添加：在垃圾焚烧炉内，能抑制二恶英的产生的添加剂主要有三类，第一类是能够减少Cl2形成，使重金属催化剂中毒的硫及硫化物。Griffin等人最先提出了煤中含有的硫能够使煤燃烧时产生较少的二恶英。浙江大学热能工程研究所研究表明，将煤与生活垃圾以1:4的比例混合在流化床上燃烧时，二恶英的排放浓度远低于国内排放标准。第二类是SNCR脱硝反应衍生功能的氮化物，氮能同时控制NOx和HCl，减少参与反应的氯源，从而降低二恶英的合成。第三类是碱性化合物。碱性化合物能够控制酸性气体排放，显著抑制炉内二恶英的排放。常用的有CaO、Ca(OH)2等。碱性吸附剂能与烟气中的酸性气体发生反应，进而减少二恶英的排放。

③燃烧工况的控制：生活垃圾的组成成分和焚烧工况的控制能够影响锅炉出口污染物的浓度。如果垃圾里包含较多经高温焚烧能生成相应污染物的物质，在同样的焚烧条件下锅炉出口处烟气中污染物的浓度就越高。在生活垃圾没有实现彻底分类收集时，只能通过控制焚烧工况降低锅炉出口烟气污染物的浓度。目前，普遍认为当炉膛温度大于850℃，停留时间达到2s，高温区送入二次空气，即“3T”焚烧技术，能够改善燃烧工况，使垃圾燃烧彻底，完全氧化分解废物及垃圾中原有的二恶英，减少不完全燃烧产物、CO和前驱物的生成量，从而抑制前驱物合成PCDD/Fs。在实际运行中炉膛燃烧温度一般控制在850-950℃。

（3）炉外净化

采用正确的尾部烟气净化技术，能够有效降低二次污染物的排放。垃圾焚烧炉排出的尾部烟气中主要含有SOx、HCl、HF等酸性气体、飞灰和飞灰表面的重金属和PCDD/Fs有机物。因此，烟气净化分为两部分,第一步除去酸性气体;第二步除尘，收集飞灰、重金属和PCDD/Fs有机物。现阶段锅炉尾气除尘技术主要有静电除尘和袋式除尘，但静电除尘的效果不如袋式除尘好，且静电除尘器最佳工作温度也是PCDD/Fs合成的最佳温度，所以垃圾焚烧发电时污染物的净化装置一定要采用袋式除尘器。现在经常使用的工艺为烟气冷却加上石灰中和，同时用布袋除尘器加上喷活性炭的组合工艺，达到脱酸、除尘和吸附重金属及二恶英类有毒物质的目的。由于二恶英再合成温度为250-300℃，为避开此段温度，余热锅炉出来的烟气，在减温塔中需将温度急剧降至170-180℃之间。同时在减温塔中喷入脱酸剂，中和烟气中大量的酸性气体。在减温塔和除尘器之间喷入活性炭，吸附重金属和二恶英类物质。袋式除尘器不但可以收捕一般颗粒物和直径小于等于0.5μm的气溶胶，同时还能收捕吸附在其他污染物上的二恶英类污染物。

2.2 污染物控制方法

垃圾焚烧发电过程除了会产生剧毒二恶英外，还会生成酸性气体、颗粒物、重金属等污染物，其中颗粒物和重金属的去除较简单。除了源头控制减少重金属物质的含量，垃圾焚烧要求烟气尾部净化装置必须配备袋式除尘器。而袋式除尘器对于小于1mm的细小颗粒物除尘效率超过99%。袋式除尘器运行温度低，尾气中的重金属达到饱和凝结成细颗粒被滤布吸附去除。若在袋式除尘器之前喷入活性炭能够进一步脱出尾气中的重金属。而尾气中SO2、HCl等酸性气体的脱除国际上普遍采用干法、半干法和湿法三种技术。

（1）干法洗气法利用压缩空气将碱性固体粉末喷入烟道或烟道上的反应器内，碱性粉末在气流的带动下与酸性气体充分接触，同时与酸性气体发生中和反应，去除酸性气体。干法技术不排放污水，但脱除效率仅能达到60-70%，无法达到环保标准。

（2）半干式洗气法将CaO制成粉状Ca(OH)2后与少量的水充分混合，然后将熟石灰浆喷入塔内，烟气与石灰浆充分接触并发生中和作用。半干式洗气法气、液接触面积大，能够有效中和酸性气体，由于熟石灰泥浆中的水分能够在塔内完全蒸发，因此不产生废水。半干法技术药品用量少，脱除效率可以达到90%左右，是烟气脱酸的主要适用技术。

（3）湿式洗气法是建造填料吸收塔，烟气在塔内与碱性溶液对流，充分接触并反应，吸收尾气中的酸性气体。湿式洗气法具有较高的脱酸效率，对SO2和HCl的去除率分别能达到90%和98%以上，但是有大量污水排出，造成再次污染，且投资及运行费用高。

3 结论

本文总结了垃圾焚烧发电过程二恶英、酸性气体、颗粒物、重金属排放的控制方法。控制二恶英排放包括源头控制、炉内控制和炉外净化三个方面。其中炉内控制包括炉膛结构的选择、炉内抑制剂的添加和燃烧工况的控制。炉外净化现在经常使用烟气冷却加上石灰中和，同时用布袋除尘器加上喷活性炭的组合工艺。此工艺可同时去除颗粒物和重金属，酸性气体的去除有干法、半干法和湿法三种技术。

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