城市生活垃圾焚烧发电厂的废气处理方法

江克雍

（光大环保能源（新化）有限公司，湖南 娄底 417600）

0 引言

随着城市人口的增长和经济的发展，城市垃圾产生量迅速增加。根据国际相关机构的统计数据，2012年全球的城市生活垃圾年产生量约为13亿t。预计到2025年，全球的城市生活垃圾年产生量将增加到22亿t左右［1］。垃圾焚烧发电作为一种处理垃圾的有效方法，已被许多国家采用［2］。我国作为人口大国，每天都有大量的生活垃圾产生，因此垃圾焚烧发电在我国存在着巨大的发展市场［3］。国家鼓励采用焚烧发电技术处理垃圾，根据《“十四五”城镇生活垃圾分类和处理设施发展规划》，到2025年底全国城镇生活垃圾焚烧处理能力每天达到80万t左右，城市生活垃圾焚烧处理能力占比为65%左右。同时，国家对垃圾焚烧发电厂的废气排放要求严格。本文介绍垃圾焚烧发电原理、工艺流程和产生废气的情况，探讨恶臭气体、二噁英类化合物、酸性气体、重金属和颗粒物等污染物的不同处理方法及其优缺点，并提出处理建议，以减少垃圾焚烧发电厂废气污染和排放量。

1 垃圾焚烧发电流程

垃圾焚烧发电的焚烧方式有两种，分别为直接焚烧和筛选处理后焚烧。考虑到垃圾焚烧的热值及排放物，国内的垃圾焚烧发电厂大多采用垃圾筛选处理后焚烧的方式。图1为垃圾焚烧发电的工艺流程图。首先，将垃圾运输车运来的垃圾倒入垃圾池，经过放置后，滤液流入处理系统。其次，将垃圾投入焚烧炉中焚烧，得到的高温烟气进入余热锅炉，垃圾燃烧后的炉渣倒入渣池。在余热锅炉内，水吸收热量变为蒸汽进入发电机组，将热能转换为电能。最后，从余热锅炉出来的烟气进入烟气净化系统，经过处理后排放。

图1 垃圾焚烧发电的工艺流程图

2 垃圾焚烧发电产生的废气

垃圾焚烧发电产生的废气主要分为垃圾在运输、堆积过程中产生的恶臭和焚烧后产生的二噁英类化合物、酸性气体、重金属和颗粒物等污染物。用于焚烧发电的城市生活垃圾在运输、堆放过程中会进行发酵、腐烂，从而产生恶臭，主要为H2S和NH3。二噁英类化合物主要以气体和固体形态存在，对人类和动物有巨大的危害。当垃圾在焚烧炉中燃烧不完全时，就会生成二噁英类化合物［4］。另外，部分垃圾本身含有二噁英类化合物，燃烧时这些二噁英类化合物变成了气体，与烟气混合在一起。酸性气体主要为 SOx、HCl、NOx等气体，来源于城市生活垃圾中含S、N、Cl等元素的有机物。同时，垃圾在焚烧过程中会产生重金属、烟尘以及不可燃烧的颗粒物。烟气中的重金属来源以及存在状态如表1所示。

表1 烟气中的重金属来源以及存在状态

3 处理方法

3.1 恶臭处理

垃圾在运输和堆积过程中均会产生恶臭，须采取一定措施以减少恶臭。首先，在运输中，采用全封闭的垃圾运输车进行垃圾回收和运输，避免对城市和居民造成影响，同时也可以防止垃圾滤液从车厢滴落至道路上。其次，在垃圾储坑与主厂房之间设置前室，并对内送风，防止恶臭气体进入主厂房。考虑到恶臭气体可以起到助燃的作用，大部分已投入运行的垃圾焚烧发电厂安装了抽气系统，将其通入焚烧炉中燃烧，目的是使垃圾仓维持负压，防止恶臭外溢。最后，加强垃圾焚烧前的管理，利用抓斗对垃圾进行翻搅，既可以增强燃烧，也可以减少恶臭气味。

3.2 二噁英类化合物处理

根据二噁英类化合物的产生原理，可以从源头、燃烧期间和排放3个方面进行处理。首先，控制氯源并减少金属催化剂。做好垃圾分类的宣传，在垃圾进场前分选出含氯的有机物和垃圾中的金属物，从源头减少二噁英类化合物的生成。其次，在燃烧期间精准控制炉内燃烧温度高于850℃，并且保证烟气停留2 s以上，确保二噁英类化合物完全分解。同时，采用余热锅炉使烟气迅速降温，避免再度合成二噁英类化合物。最后，在烟气管道中加入活性炭，并与布袋除尘器相结合，吸收烟气中残余的二噁英类化合物，减少其排放量。

3.3 酸性气体

垃圾焚烧发电废气中的SOx、HCl等酸性气体主要采用干法、半干法和湿式洗气法处理。3种洗气法的特性比较如表2所示。干式洗气法是在烟气管道中通入石灰粉，与SO2、HCl等酸性气体发生反应，从而减少酸性气体，去除率为60%～70%。湿式洗气法是采用碱性溶液，与废气进行对流，与酸性气体发生反应，达到脱硫的目的。湿式洗气法的酸性气体去除率高，但是会产生二次污染。半干式洗气法采用能够喷射石灰浆的反应塔，将石灰浆雾化，与酸性气体进行反应。半干法的雾化效果好，气、液接触面积大，酸性气体去除率较高，并且污染较小，因此在垃圾焚烧发电项目中应用较多。

表2 3种洗气法的特性比较

在实际垃圾焚烧发电厂的运行中，采用湿式洗气法和半干式洗气法需要注意烟气的湿度。如果烟气湿度过高，会对后续的烟气处理设备产生影响，使其使用寿命降低，因此可以考虑采取防腐蚀的措施。

目前吸收垃圾焚烧废气中的NOx酸性气体主要采用选择性催化还原法（SCR法）和选择性非催化还原法（SNCR法）。SCR法在催化剂的作用下，使NH3与NOx酸性气体发生还原反应生成N2与H2O，达到烟气脱硝的目的。SCR法的催化剂生产和使用成本较高［5］。SNCR法在高温条件下将NH3喷入炉膛与NOx发生还原反应，完成烟气脱硝。SNCR法虽然成本较低，但是需要选择合理的温度场，否则无法达到脱硝的效果。近年来，部分学者和垃圾焚烧发电厂研究并采用了新的脱硝技术——高分子选择性脱硝法（PNCR法）［6］。SCR法、SNCR法和PNCR法特性比较如表3所示。相比单独使用某种烟气脱硝技术，联合使用两种脱硝技术可以发挥优势，避开缺点。例如，与PNCR法相比，联合SNCR法和PNCR法脱硝不仅可以将年运营成本降低11.80%，还能保持较高的脱硝效率。SCR法和SNCR法联合用于烟气脱硝，脱硝效率可达50%～70%，而且可以减少催化剂的用量，降低成本［7］。在实际的垃圾焚烧发电厂运行中，需根据垃圾发电厂的机组大小以及国家和地方的排放标准，选择合适的处理方法。

表3 SCR法、SNCR法和PNCR法的特性比较

3.4 重金属和颗粒物

烟气中的部分重金属会随着烟气降温而变成固体，而其他的重金属会吸附在飞灰表面上。目前，垃圾焚烧发电厂主要采用除尘器来处理重金属固体、飞灰和颗粒物，例如电除尘器和布袋除尘器。电除尘器利用电力分离气体和颗粒物，达到去除颗粒物的目的。电除尘器具有除尘效率高、处理量大和操作方便等优点，但是成本大、设备复杂。布袋除尘器的结构简单，而且除尘效率高、成本低，因此大部分垃圾焚烧发电厂先采用活性炭吸附颗粒物，再用布袋除尘器处理颗粒物。

4 结语

随着城市人口的增长，生活垃圾每日产生量不断增加。采用垃圾焚烧发电技术既可以处理生活垃圾，又可以输出电能，符合当今的环保趋势。本文介绍了垃圾焚烧发电的工艺流程，讨论了垃圾焚烧废气的组成和处理措施，并比较了各措施的优缺点。垃圾在运输和储存中需要保证密封性，减少恶臭的影响；从源头、燃烧和排放3个方面做好对二噁英类化合物的处理；采用半干洗气法来处理SOx、HCl等气体，但须注意处理后烟气的湿度；对于NOx酸性气体，根据机组实际情况和排放标准，选择合适的处理方法；采用布袋除尘器+活性炭去除重金属和颗粒物。