垃圾焚烧电厂产生的二噁英及其控制

2018-12-25芈金建谢星宇

设备管理与维修 2018年23期

芈金建，谢星宇

（太仓协鑫垃圾焚烧发电有限公司，江苏太仓 215400）

0 引言

目前，我国城市生活垃圾累积堆存总量已达到70亿t，据有关部门统计，2015年城市垃圾达到2.1亿t，并以每年10%的速度增长。长久以来，城市生活垃圾主要以填埋方式处理，但填埋方式占用大量土地，且易造成环境污染。为此进行垃圾焚烧处理，并辅以垃圾源头分类以解决我国垃圾泛滥成灾问题。以太仓协鑫垃圾焚烧发电厂的生产工艺为例，来说明二噁英的形成及控制措施。

1 垃圾焚烧处理

垃圾在焚烧炉内经过高温焚烧后，减少了固体排放量，并能将燃烧过程中产生的热量进行回收利用。太仓垃圾焚烧发电厂的焚烧炉为杭州锅炉厂的两段式机械炉排炉，并采用半干法烟气处理系统。焚烧处理法具有垃圾处理量大、减容性好(体积可减少90%以上，重量可减轻80%以上)、无害化较彻底、处理周期短、占地面积小、可回收利用垃圾燃烧所产生的热能等优点，被作为未来城市垃圾处理的方向。但在垃圾焚烧过程中也会产生有毒有害的物质，如控制不当势必造成对环境的二次污染。在垃圾焚烧处理过程中，要产生SO2，CO，NOX和二噁英等有毒有害物质。

1.1 SO2，CO，NOX及其危害

SO2，NOx可直接危害生物，使人产生呼吸系统疾病；SO2，NOx等与雨水结合形成酸雨等。NOx，SO2，CO等碳氢化合物等混合在一起，均可污染环境，危害人类的生活。现在国标GB18485-2014的控制标准为24 h均值SO2，CO，NOx分别为80 mg/m3，80 mg/m3和 250 mg/m3。

1.2 二噁英类及其危害

二噁英是由苯环与氧、氯等组成的氯代三环芳烃类化合物的总称，由于它们的化学结构相像，常写成PCDD/F，俗称二噁英。二噁英的毒性和氯原子取代位置密切相关。它在自然条件下难以分解，人体一旦摄入,就不易排出。研究表明：二噁英会引起癌症、皮肤病、肝肾疾病、生殖障碍、畸形等顽症。现在国标GB18485-2014对二噁英类的测定均值为0.1 μgTEQ/m3。

2 垃圾焚烧过程中二噁英的产生

（1）主要来源。城市垃圾在焚烧时产生的二噁英先被释放到空气中，然后通过各种生物地球化学作用进入其他环境介质和生态系统中，空气是垃圾焚烧时产生的二噁英的主要传播途径。二噁英主要有2个来源：①垃圾中含有的二噁英物质，虽然二噁英在（900～1200）℃的高温下能够完全分解，但仍有部分未完全分解。②垃圾在焚烧炉内高温分解后，能够产生各种二噁英的前驱物。当炉膛温度＜850℃，部分有机物就会与分子氯或氯游离基反应生成二噁英；此外由于烟气中存在未燃烬质，如残碳，若遇上适量的触媒物质，在（300～500）℃的温度环境下，会使已经分解的二噁英重新生成。

（2）城市生活垃圾焚烧过程中产生二噁英的主要途径有：①各种废弃物特别是含有机氯的医疗废弃物，在燃烧温度＜300℃时易产生二噁英。②焚烧电子垃圾 (含多氯联苯)易产生二噁英。③日常生活所用的胶袋、软胶等含氯物质，在焚烧温度＜800℃不完全燃烧时，将产生各种二噁英的前驱物，并通过分子重排、自由基缩合、脱氯或其他分子反应过程生成二噁英。④其他含氯、含碳物质如纸张、木制品、食物残渣等，通过铜、钴等金属离子的催化作用下生成二噁英。

3 城市垃圾的分类回收

垃圾分类应基于中国的现实，生活垃圾分类工作按“能减尽减、能分尽分、能用尽用”原则进行。太仓市城管局在生活垃圾收集方面，已做到初步分类，杜决部分高危废弃物（如含高有机氯的医疗废弃物、部分电子垃圾、聚氯乙烯类工业废料）进入垃圾焚烧电厂，从源头上减少二噁英的产生。

4 入炉前生活垃圾的预处理

生活垃圾入厂后先在垃圾池内堆积，依靠自身发酵产生一定量的热量，在厌氧条件下，当垃圾内部温度保持在（30～60）℃时，即可密闭发酵生成甲烷类可燃烧气体；并利用风机将这些含有大量可燃气体的烟气送入焚烧炉中燃烧，可有效降低二噁英的产生。

5 炉内燃烧控制

（1）采用低CO燃烧技术，改善炉内燃烧条件，调整好一、二次风的分配，使烟气混合搅拌和二次燃烧达到完全燃烧，保证生活垃圾燃烧充分。该技术减排二噁英的主要是针对燃烧条件的控制。避开PCDDs/PCDFs再合成的峰值温度区域（250～500）℃，减少二噁英和不完全燃烧产物类前驱物的产生。

（2）严格控制焚烧炉出口温度在（850～1000）℃，使出口烟气中的二噁英基本完全分解。控制焚烧炉内燃烧温度和时间可有效减少二噁英的产生，烟气停留时间＞2 s，实现“燃烧温度，停留时间，湍流度，过氧控制”四个要素的控制原则，并保持充分的气固湍动程度和适当的氧量控制，从而抑制二噁英在炉内的合成，并控制烟气在冷却过程中的氧含量，缺氧的环境中二噁英的浓度在下降。没有氧气则没有二噁英生成，过氧环境中二噁英的浓度大大增加。一般工程中控制氧量在8%以下。研究表明减少50%的氧气，就可以减少30%的二噁英的再次形成。

6 垃圾焚烧后烟气的净化处理

垃圾焚烧过程中不仅产生二噁英等有机物，还会产生多种酸性气体和重金属气体及附着重金属的烟气颗粒。随着烟气温度的下降，大部分二噁英附着在飞灰颗粒表面，小部分仍保留在气相中。因此，烟气处理是垃圾电厂一项重要任务。太仓垃圾焚烧发电厂采用国内成熟的半干法加布袋除尘工艺，来进行烟气净化处理。

6.1 烟气中颗粒物的净化

烟气中的颗粒物粒度一般都很小（直径＜10 μm的颗粒物相对较高），必须采用高效袋式除尘器进行过滤使气体得到净化。目前，袋式除尘器可使颗粒物的浓度控制在10 mg/Nm3以下，并起到净化烟气的作用，可以吸附并减少重金属及二噁英类等污染物的排放量。

6.2 酸性气体污染物的净化处理

太仓垃圾焚烧发电厂在烟气反应塔前加入NaOH，采用碱性吸收剂（NaOH）以液/固态（半干法）的形式与 HCl，HF，SOX等污染物发生化学反应，从而有效去除其烟气中的酸性气体。并采用氨水脱硝技术，去除烟气中的氮氧化物，达到防止环境污染的作用。主要原理反应公式如下：

6.3 二噁英的净化处理

在进入袋式除尘器的烟道上设置活性碳喷射装置，利用活性碳自身独特的孔隙结构和吸附作用，很好的去除烟气中残存的二噁英。

6.4 烟气污染物排放的检测与控制

太仓垃圾焚烧发电厂采用德国西克麦哈克公司的MCS100EHW 在线监测系统，能够实现对 HCL、SO2、CO、NOX、H2O和烟尘的在线检测，通过运行控制能够满足以上检测指标的数据在国家标准范围内。但二噁英还未能做到在线监测，而是每年请有检测能力的单位进行检测，完全能够满足国家对生活垃圾焚烧污染控制标准GB18485-2014的要求。

7 飞灰螯合固化填埋处理

布袋除尘器收集的飞灰，是一种危害性较大的废弃物，国家环保部颁发的《危险废物污染防治政策》中，将生活垃圾焚烧飞灰列为“不宜用危险废物的通用方法进行管理和处理，而需特别注意的危险废物”，在产生地必须进行处理后方可运输填埋处置。太仓公司采用高分子螯合药剂，经过和飞灰进行混合产生化学反应，飞灰中易溶性金属（Cd，Pb等）同药剂中的络合基反应后有毒有害物质转变为低溶解性、低迁移性和低毒性物质的过程，同时稳定固定在飞灰中，以达到安全填埋的要求。

经螯合剂固化处理检测合格后，二噁英等污染物指标达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889-2008）第6.3条要求，再送入生活垃圾填埋场，进行垃圾填埋处理。

通过以上控制措施，从2006年投产至今，太仓垃圾焚烧发电厂的污染物排放（含二噁英）不仅达到了环保标准，而且部分烟气排放指标优于欧盟2000标准。以投产多年度检测数据为例，其中3台锅炉烟气出口的二噁英含量（PCDDs+PCDFs）最大值仅为 0.09 μgTEQ/m3，正常时多在（0.03～0.06）μgTEQ/m3，完全可以控制在标准的0.1μgTEQ/m3以下，螯合固化后的飞灰二噁英含量（PCDDs+PCDFs）最大值仅为 0.19 μgTEQ/m3，远低于标准 3 μgTEQ/m3的要求。