铁路站车生活垃圾热解烟气治理技术分析

刘海娇，薛 强，闫伯骏，卢晓东，马 麒，贾同颖，朱兆立，杜雅兰

（中国铁道科学研究院集团有限公司节能环保劳卫研究所，北京 100081）

1 概述

近年来，我国铁路事业发展迅速，客货运量逐年提升，铁路站车生活垃圾产生量亦随之增加[1]。以某客运站为例，候车室和站台日均产生垃圾分别为5 t和18 t，年产站车生活垃圾量超过9 000 t，而大型客运站日均产生垃圾50 t 以上，高峰期甚至超过百吨[2]，大型车站的生活垃圾处理可以纳入当地市政垃圾处理系统，但无市政收集输运和处理条件的站区一般需采用自行填埋、焚烧等技术进行处置。《绿色铁路客站评价标准》(TB/T 10429—2014)[3]中明确提出了对铁路客运站产生的垃圾进行分类收集、处理处置的要求。因此，解决无市政收集输运和处理条件站区的铁路生活垃圾处置处理问题，才能加快“绿色铁路”“绿色车站”的建设。

铁路站车生活垃圾的成分与农村地区的生活垃圾较为相似，包括含量较高的厨余垃圾、塑料、废纸等；车站职工生产生活产生的煤渣、废旧衣服、废日用品等；含量较少但不易处理的垃圾有碎玻璃、旧灯管、废电池、药品等。铁路站车生活垃圾组分相对单一、含水率低、热值低、可回收物含量低[4]。无市政收集输运和处理条件站区的工作人员较少，垃圾混合收集，不易实现集中处理与处置，无法实现有效的资源化利用，处理费用高，难以通过运输实现市政处置[5-6]。

解决无市政收集输运和处理条件站区生活垃圾的处理问题，是铁路环保工作的重点和难点之一，需要充分结合站车生活垃圾产生和处置特点研究解决办法。现有生活垃圾的主要处理工艺有卫生填埋、堆肥、焚烧、热解，相较于卫生填埋、堆肥等处理效率低和减量化效果不佳且容易产生二次污染的传统处理方式，焚烧或热解方式更适合铁路站车生活垃圾的处理和消纳。垃圾热解技术适应性强，资源利用率高，热解装备可满足小型化、移动化需求，经过技术、经济、减量化等各方面的比较，热解技术更适用于无市政收集输运和处理条件的铁路站车生活垃圾处理[7-8]。

2 烟气净化技术

生活垃圾的成分基本为有机物，组成元素主要是碳、氢、氧等，还包括氮、磷、硫和卤素等，以上元素在热解气化焚烧中发生一系列的氧化还原反应，过程中不可避免会产生对环境和人体有危害的污染物，主要包括酸性气体(SO2、HCl、NOx等)、粉尘颗粒物、重金属和有机毒性污染物(如二英、呋喃)等[9]。为了降低垃圾处理处置过程中造成的污染危害，烟气必须经过严格的末端治理，并达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB 18485—2014)[10]规定浓度后才能排放到大气中，控制标准如表1 所示。遵循的排放标准越严格，需要投入的烟气治理净化设备的投资和运行费用也越高，在项目实施过程中还需要对各地排放标准和政策做进一步的明确，以配套相应的治理设备。

表1 国内生活垃圾焚烧污染控制标准[10]

（1）炉内控制。焚烧炉通过较成熟的“3T+E”原则，对焚烧温度(Temperature)、烟气停留时间(Time)、湍流强(Turbulence)、过量空气量(Ex-cessoxygen)进行控制，以有效减少二英合成。对于生活垃圾气化炉或热解炉而言，不能完全通过“3T+E”原则来实现炉内的控制[11]，需要考虑二英的形成机理，热解炉设置一燃室和二燃室，一燃室床层温度450～650℃，缺氧燃烧，在此温度下能够有效抑制酸性污染物的生成；二燃室温度大于850℃，停留2 s以上可将生成的气化产物燃尽，炉内控制示意如图1所示。

图1 炉内控制示意图

2.2 脱酸处理工艺

垃圾热解产生的主要酸性气体污染物为SO2、HCL、HF 等，采用碱性介质中和、吸收是目前最为常用和有效的方法。工业上碱性介质普遍采用氢氧化钙或氢氧化钠，各种脱酸工艺均有各自的优缺点，分别适用于不同处理环境的脱酸处理，干法、半干法和湿法的技术比较如表2所示。

针对酸性气体，湿法脱酸投资费用大，产生废水为二次污染，不建议采用；干法脱酸虽然投资费用低，但脱除效率低。因此，建议使用半干法脱酸工艺，同时，为了达到更好的净化效果，可以在半干法脱酸塔后、袋式除尘前预留安装干法脱酸装置的位置，以协助脱酸的效率。

2.3 脱硝处理工艺

从NOx的生成机理考虑脱硝处理工艺，有效的控制措施包括：炉内控制，减少NOx的生成；烟气处理，对垃圾处置过程中产生的NOx进行去除。

选择性催化还原工艺(SCR)和选择性非催化还原工艺(SNCR)是主要的2种脱硝处理工艺。SCR工艺是通过注射氨或尿素等还原剂，在催化剂的作用下，选择性将NOx还原成N2；SNCR 工艺直接通过炉内注射还原剂，在750～900℃的温度区间，不需要催化剂可将NOx还原成N2[14]。2 种处理工艺效率、配套设施、投资、运行等方面的比较如表3所示。

2.4 重金属处理工艺

根据图2，用风机向文丘里喷射器内注入高速气流，在文丘里管喉部产生负压，吸入料仓中的活性炭粉末，混合了活性炭粉末的空气经文丘里喷射器喷入烟道，强烈的气流搅动产生湍流并与未经充分处理的烟气均匀混合，由于活性炭粉末具有较大的比表面积，活性炭孔隙可以充分吸附粉尘颗粒物、重金属及二英等烟气污染物。

表2 脱酸处理技术比较

表3 SCR和SNCR技术比较

图2 活性炭喷射吸附系统示意

2.5 颗粒物处理工艺

烟气经脱硫系统、活性炭喷射吸附系统后还含有大量细小的颗粒物，需要通过除尘设备加以去除。常用的除尘设备为袋式除尘器和静电除尘器2种。

静电除尘器的工作原理是利用高压电场作用吸附带电粉尘，除尘效率与气体性质、粉尘性质、电场强度和除尘器结构等相关，其优点是对重金属的脱除效果好，可在高温下使用等，但静电除尘器对于粒径小于1.0 μm的颗粒物捕集效率较低，占地面积大，一次性投资大。

袋式除尘器的工作原理是通过过滤材料制作的滤袋，对含尘烟气中的颗粒物进行阻截去除，从而达到气固分离的目的。袋式除尘器的过滤效率除了与滤料自身的性能有关外，还与微小颗粒被阻截后在滤袋上形成的颗粒物滤层有关。袋式除尘器的阻力随着除尘过程而增加，达到一定阻力值后，需要进行清灰处理，清灰方式有机械振打、气流反吹、脉冲喷吹等。

3 烟气净化工艺流程

在满足国家污染物限制标准及不同地区污染物限制标准的情况下，根据站车垃圾的成分及设备安装、运行的经济性对烟气净化设备进行合理选择。综合考虑治理效率、治理成本、工艺实施的难易程度等，设计铁路站车生活垃圾热解烟气净化工艺流程如图3所示。

图3 烟气净化工艺流程

根据图3 所示的工艺流程，高温烟气净化处置系统包含：引风机、急冷装置、SCR 脱硝、石灰浆制备、半干法喷雾脱酸、干粉喷射脱酸、活性炭喷射、除尘器、飞灰处置等。该组合工艺具有以下特点。

（1）半干法备用干法脱酸的方式，既可调低石灰浆液的浓度，又能降低半干法系统的故障率。2 种工艺同时运行，互为补充，可以更好地保证烟气排放达标。

（2）在脱酸塔和布袋除尘器之间的管道，通过喷射活性炭来吸附二英及重金属，结构简单、投资少、脱除效率高。

（3）采用布袋除尘器吸附燃烧产生的颗粒物、脱酸后的部分消石灰颗粒物及活性炭颗粒，这些吸附在布袋上的消石灰及活性炭可以起到二次脱酸脱硫的作用。

（4）SCR的脱硝设备较简单，技术先进，工艺成熟，经济合理，经急冷处理后的烟气温度刚好为反应器的最佳反应温度。

（5）组合工艺运行费用较低、运行维护简单。

4 结论

针对铁路站车生活垃圾热解处置过程中产生的酸性气体(SO2、HCl、NOx等)、粉尘颗粒物、重金属和有机毒性污染物(如二英、呋喃)等烟气污染物处理处置展开研究讨论，结论如下。