生活垃圾焚烧烟气净化技术综述

林亦东,曾绍波

(上饶市玉山生态环境局,江西 上饶 334700)

现如今我国土地资源越来越稀缺,人口逐渐变得更稠密,城市化迅猛发展伴随着大量的生活垃圾产生。尽管大力推行垃圾分类,但主要依靠生活垃圾填埋的处置方法可谓难以为继,而焚烧技术由于其减量化效果明显、资源化可利用率高的优点,逐渐代替填埋成为广泛运用的垃圾处理方式,这可以从2015年到2020年垃圾填埋场和垃圾焚烧厂的数量变化看出来。2020 年全国城市范围内填埋场数量与2015 年末基本持平,仅仅增加了4座,但是垃圾焚烧厂相比“十二五”末增幅超110%,新增高达243座。由2020 年的年鉴可知,我国目前实现无害化处理垃圾的能力可达到96万吨/日,其中对垃圾卫生填埋的能力可达到34万吨/日,而垃圾焚烧处理能力超过了其1．5倍,可见国家对建设垃圾焚烧项目的支持力度之大[1]248,[2]258。生活垃圾焚烧技术比较先进且适合我国城市垃圾处理的情况,其具有垃圾减容减量、占地面积小、资源可循环利用、产生热能可以发电等一系列优点,但焚烧的烟气中含有大量的有害物质,处理过程中如果出现问题,会引起一系列水土环境污染的问题,从而危害周围居民的生活环境。故而必须对垃圾焚烧产生的污染烟气进行科学合理的净化处理,减少烟气中有害物质,确保其达标排放。

1 生活垃圾焚烧处理概况

1．1 生活垃圾的组成

从最近的统计年鉴中得知,我国城市每年的生活垃圾清运量已经达到2．4 亿吨,较“十二五”末新增22.7%[1]248,[2]258。生活垃圾可分为四大类:可回收垃圾、餐厨垃圾、有害垃圾和其它垃圾。可回收垃圾主要包括纸类、金属、塑料、玻璃等,通过综合处理回收利用,可以减少污染,节省资源;餐厨垃圾主要包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物;有害垃圾主要包括废电池、废日光灯管、废水银温度计、过期药品等;其他垃圾主要包括上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收的废弃物。近20年来,我国厨余垃圾在生活垃圾组成中的占比远超其他组分,但占比逐年降低;由于外卖、电商等行业的兴起、环保餐具的推广使用,塑料占比逐渐降低,纸类占比逐渐升高;灰土、陶瓷类占比逐年降低,且低于20%。综上,热值高的组分占比逐渐增加[3]。

焚烧厂设计的一个重要依据就是垃圾热值,我国城市生活垃圾热值远远大于焚烧自燃下限,更适合焚烧处理用以发电。全国范围内,华北、华东、大型城市等经济相对发达地区厨余垃圾占比较高,目前我国在这方面最新的处理工艺是预处理后再进行焚烧[4]。又因为城市资金充足、焚烧技术较为成熟,很适合推广焚烧。相反,西南、西北、部分农村等经济相对欠发达地区厨余垃圾占比较低、灰土占比高,焚烧成本高,所以农村生活垃圾处理更适合以填埋为主、焚烧为辅。

1．2 生活垃圾焚烧处理现状

生活垃圾焚烧技术主要是将垃圾投入到焚烧炉中,在高温环境下进行燃烧、热分解以及熔融,从而实现对垃圾的减量化无害化处理。现如今,我国常用生活垃圾焚烧技术主要有炉排型和流化床两种[5],受国家政策、燃煤价格、技术缺陷等制约,炉排型成为垃圾焚烧处理优先发展的技术,在国内外多有应用。表1所示部分生活垃圾焚烧电厂的概况,也反映了这一发展趋势。焚烧厂炉排型焚烧炉有很多优点[6]:不需要严格预处理进炉的生活垃圾;垃圾随炉排一起移动而被翻转、搅拌,混合均匀后有利于后续的着火和燃烧;在炉排上可进行一系列快捷、连续的操作。姜明男等[7]最近研究出基于支持向量机的大型炉排炉的智能化控制模型,可实现程度更高的自动化水平。最近还有新型复合式炉排炉采用两种工艺设计结合,对燃烧场进行数值模拟分析,适合我国混合型垃圾处理的情况[7]。但缺点也比较明显,其结构比较复杂,造价及维护费用较高。随着国家对焚烧企业的全面监管和精细化管控,《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485—2014)全面实施,健全的监管制度倒逼焚烧技术的研发和处理垃圾能力的提升,这是垃圾焚烧厂稳妥、长远发展的前提[8]。

2 生活垃圾焚烧烟气成分及性质

生活垃圾的种类可谓五花八门,焚烧烟气的污染物组成纷繁复杂。垃圾焚烧烟气容积中约含有99%的无害物质,比如O2、CO2、N2、水蒸气等,剩下大约1%为有害物质,主要包括SOx、NOx、总烃等颗粒物、HCl、HF、二口恶英等有机物和重金属等。

2．1 SO x

橡胶、塑料、纸类等含硫元素的生活垃圾,在高温条件下与氧气发生高温氧化反应生成SOx。SO2、H2S等为不完全氧化时的反应产物;SO2为完全氧化时的主要反应产物,少量在后续会反应生成SO3。另外,垃圾本身含有的以及燃烧产生的H2S,经特殊的动力学路线在一定条件下转化为SO2[9]。

SO2是一种无色伴刺激性的剧毒性气体,会强烈刺激人体的皮肤、呼吸道,严重时可能导致人类死亡,还会破坏植物固有的叶绿素,从而影响植物成长。SO2释放到大气后,会与其他大气污染物发生催化氧化作用形成硫酸盐气溶胶,并产生雾霾、臭氧层损耗等污染现象。此外,在处理烟气过程中,SO2可能会造成设备老化和炉内催化剂失活等现象。SO3是一种无色的固体,易升华,具有生物毒性、较强腐蚀性,易在大气中与水分结合,形成的硫酸雾可被动物直接吸入,也会随降水进入土壤、河流等环境中,造成环境酸化污染。

2．2 NO x

氮氧化物有两种来源,一种是燃烧性氮氧化物,来源于含氮有机物的直接燃烧;另一种是热氮型氮氧化物,来源于氧气与空气中的氮气直接在焚烧过程中的氧化反应[10]。

NO 是一种无色、毒性较弱的气体,但它在接触大气后会被氧化成毒性较强的NO2,氧化速率会因大气中强氧化剂或催化剂的存在而加快。NO2是一种棕红色伴刺激性的有毒气体,对人体皮肤、眼睛、呼吸系统有强烈刺激和损害作用,可能是造成肺气肿及肺癌的病因之一。当其与大气中的某些物质发生光化学反应,形成对人体有更大危害的光化学烟雾,会危害眼睛和上呼吸道黏膜,引起人体眼睛红肿和喉炎。

2．3 颗粒物

焚烧过程中,生活垃圾在高温环境下会进行热分解和氧化作用,产生飞灰、炉渣等颗粒物[11]。其中滞留在炉排上的大都以炉渣的形式排出,小部分物质会在气流携带及热泳力的作用下,随高温气体在锅炉内热交换后形成气流排出。一般情况下,污染性较强的镉、铬、镍、铅等重金属元素主要存在于直径小于3μm 的可焚烧颗粒物之中[12]。

颗粒物的产生无法避免,粒径越小,越不易沉积;比表面积越大,越可富集空气中的各种有害气体及其他固态污染物。有毒有害物质在大气中的停留时间长、输送距离远,对人体健康和大气环境质量的影响更大。飞灰属于危险废物的一种,具有重金属和持久性有机污染物危害特性,一旦扩散到生产环境中,不可避免地会危害工作人员的生命健康。

2．4 酸性气体及中间挥发性气体

酸性气体包括氯化氢、氟化氢等类型[13]的气体。其中,氯化氢气体大部分来源于含氯生活垃圾的燃烧,包括含食盐浓度高的餐余垃圾、废纸、布匹等成分,也有小部分是由其他类型的氯化物与无机物反应产生的,不仅产出浓度最高,而且危害程度相比较也最大;不仅会对环境产生污染,还会对焚烧炉膛及其配套锅炉的过热器设备造成高温腐蚀,对尾部受热面造成低温腐蚀;在空气中与NOx结合可生成毒性更强的硝酰氯而影响人体健康[14]。生活垃圾中的含氟塑料的燃烧是产生HF的主要原因。据资料显示,城市生活垃圾的不完全燃烧(焚烧温度为250～350℃)会产生一氧化碳等物质,排放到大气中的二氧化碳浓度会在重金属元素的催化作用下大幅提升,而且碳氧化物的污染程度相对较高,在一定情况下会通过转变多氯代二苯并二口恶英等物质的理化性质来增强其致癌性[15]。

2．5 二口恶英类物质

生活垃圾焚烧产生二口恶英类物质的主要途径可能有三种:

(1)某些生活垃圾中可能含有微量二口恶英类物质或其前驱体物质,比如塑料袋、聚氯乙烯等,在焚烧不完全时(焚烧温度低于800 ℃),这些物质就会转变成二口恶英类物质进入焚烧烟气中;

(2)在焚烧不完全时,一些含二口恶英类的前驱体物质可能会在垃圾焚烧过程中反应生成二口恶英类物质进入烟气;

(3)二口恶英类物质的化合物和其前驱体物质,可能会在适当温度及合适催化剂存在的条件下,重新反应合成二口恶英类物质排放入烟气中。

大众对二口恶英类物质的敏感性很强,因为它会对人类器官产生严重毒害作用,容易造成染色体损害、心衰气竭、癌症等严重病症,还会影响动植物的自然生长,是已知的毒性最大的物质之一[16]。

3 生活垃圾焚烧烟气净化技术

3．1 焚烧烟气污染物控制标准

我国在2014年出台了与生活垃圾焚烧污染物相关的控制标准,国内垃圾焚烧发电厂也因此经历了一次大变革。随着“十三五”期间大力推行垃圾焚烧处理,各地政府也相应推出了很多关于污染物组分超低排放的控制标准,有些省市执行的地方标准甚至严于国家标准和欧盟标准(两者之间比较如表2所示)。举例来说,上海市的地方标准首先将非危险废物焚烧颗粒物排放的限值执行10 mg/m3标准;深圳市的相关规范中首次补充了国内有关HF气体标准的排放限值,大部分污染物标准限值远比国家标准严格:“现有设施”焚烧烟气污染物排放标准与2010/75/EU《欧盟工业排放指令》基本一致,“新建设施”焚烧烟气污染物排放标准严于《欧盟工业排放指令》;海南省第一次明确提出SO224 h均值有关标准为20 mg/Nm3;河北省的相关条例中首次明确规定了生活垃圾焚烧烟气中氨的浓度限值[17]。

表2 现行各标准对烟气污染物限值规定 单位:mg/Nm3

3．2 SO x

生活垃圾焚烧烟气中SO2的脱除技术主要包括半干法、干法以及湿法三种,三种技术所采用的中和剂不同,净化后的效果也各有千秋,在实际应用中多种组合脱硫工艺应运而生。

3．2．1 湿 法

湿法大多借助碱性剂与烟气中的酸性物质中和,在反应工序中多采用吸收塔、文丘里洗涤器。现代常用湿法石灰脱硫,技术便捷、净化效率好,在现代生活垃圾焚烧烟气处理中广泛使用,其缺点是文丘里洗涤器使用后会出现污水,增加处理成本。比如深圳市东部6×850 t/d生活垃圾焚烧厂,采用烟气湿法脱酸后的废水需要再处理才能进入电厂循环水系统[18]。

3．2．2 干 法

干法脱硫技术主要有两种设置方式:一种是添加干式反应塔;另一种是在袋式除尘器前的烟道上设置喷射点作为辅助手段,在滤袋表面通过喷入中和剂来完成主要反应任务,这种方式目前在垃圾焚烧行业应用很多。采用消石灰粉脱硫,湿度与喷水量成正比,烟气中水蒸气分压的增大,水在浆滴中蒸发相应的也就变慢,脱硫效率提高;采用碳酸氢钠粉脱硫,适宜的反应温度、配置研磨机增大药剂与烟气的接触面,脱硫效率会有质的飞跃。

干法净化效率略低、应用步骤复杂,但因其还可以借助活性炭的强吸附性对二口恶英与呋喃等物质进行处理,且其设备投资和运行成本较低,可以以超低排放工艺的前沿技术进行研究,缺陷是活性炭需要频繁更换。荷兰Delfzijl生活垃圾焚烧厂“双布袋”烟气净化工艺可直接处理高温烟气,并且采用干法脱硫技术,节能节水,实现超净排放,有效降低运营成本[19]。

3．2．3 半干法

该法通常设置喷嘴或旋转雾化器装置将石灰浆变成液滴,加大与烟气的接触面,从而充分进行热交换,获得干燥反应物。机械旋转喷雾半干法脱硫工艺的核心设备是转速很高的机械旋转雾化器,经其处理后的雾滴粒径为30～50μm。目前普遍采用国外进口产品,如丹麦Niro旋转雾化器及美国Ko mline-Sanderson旋转雾化器,北京有焚烧厂就采用更为高效的Niro雾化器,国内可继续通过升级半干反应塔雾化器来对此技术进行优化。

固定喷嘴法的工艺核心是配置了双流体喷嘴,将高浓度Ca(OH)2粉末变成低浓度、雾滴粒径在80μm左右的石灰浆,可实现约90%的脱硫效率,设备简单、投资成本低,特别适用于垃圾处理量为300 t/d的单条线小型烟气处理系统。研究表明,可通过增加喷淋层或浆液泵、增大药剂喷射量和反应时间[20]、Ca(OH)2更换为活性更强的Na HCO3粉末等方法对此技术进行优化[21]。永济市生活垃圾焚烧发电工程采用半干法脱酸,在线备用Na OH 溶液喷射系统,脱酸效率为85．0%[22]。福州市红庙岭垃圾焚烧发电厂采用的废气治理技术为半干式喷雾塔,常用的治理设备有文丘里洗涤器[13]。

半干法脱硫效率高、流程短、运行成本低,但浆液制备较复杂、操作难度较大,很容易出现磨损、堵塞雾化器的现象,也易发生系统不稳定的问题[23]。

3．2．4 组合工艺

目前国内多进行半干法和干法组合工艺的优化。比如,河北某2×300 t/d垃圾焚烧项目在半干法系统中创新增加脱硫系统,采用二流体碱液,最终实现SOx浓度超低排放[24];如宁波市海曙区垃圾焚烧发电厂创新在布袋除尘器后增加湿法脱硫设施,脱硫效率可达95%以上[9]。

3．2．5 新型工艺

新型工艺陶瓷管同步脱硫除尘目前还在实验室阶段,刘海弟等[25]的研究将Na HCO3负载于陶瓷管表面,形成粉饼层介质,进行脱硫反应,温度适应范围广、占地面积小,可实现SO2的超净排放,适用于低温、低流量、低浓度烟气中SO2的脱除。

新型工艺脉冲放电等离子体烟尘处理,通过高压产生高能电子,激发气体电离产生强氧化性自由基,将烟气中SO2氧化成高价的硫氧化物,然后反应生成可重复利用的硫酸或硫酸铵等副产物[26]。

3．3 NO x

NOx控制技术主要分为燃烧过程控制和燃烧后控制两种。前者主要包括低NOx燃烧过程控制技术、烟气再循环技术等;后者主要包括选择性非催化还原技术(SNCR)、选择性催化还原技术(SCR)等。由于垃圾焚烧烟气中NOx的浓度很高,实际多采用两者耦合的方式净化。

3．3．1 SNCR 工 艺

SNCR 工艺通过喷射氨基还原剂(主要有液氨、质量分数为5%左右的氨水或尿素溶液)于炉膛中,在高温环境中(反应温度区间一般在850～1 100 ℃)分解出的NH3与烟气中NOx反应,会生成对环境无害的绿色产物(N2和H2O)。虽然该工艺操作简单、投资成本低、运行能耗较小,但此种工艺的脱硝效率只在40%～60%左右,通过单纯增加还原剂的喷入量可以增加脱硝效率,但极易造成氨逃逸的现象,并带来锅炉结垢甚至堵塞等一系列问题,设置SNCR 系统无法满足NOx超低排放的要求。

江苏省灌南县2×350 t/d生活垃圾焚烧项目,通过控制前端燃烧方式,采用SNCR 脱硝工艺,还原剂采用质量分数为25%的氨水,可以将前端控制的NOx排放质量浓度由300～400 mg/m3降低到200 mg/m3以下[27]。

3．3．2 SCR 工 艺

SCR 工艺多将SCR 反应器布置在脱酸塔和除尘设备之后,该位置反应温度较低,而催化剂反应温度区间一般在320 ～420 ℃,需先将烟气升温后再喷入脱硝还原剂,确保催化剂在低尘、低SO2的环境中稳定长期运行。SCR 脱硝效率的主要影响因素包括反应温度(反应温度不能过低)、空间速度、氨氮物质的量比(氨氮比＜1)、催化剂四种。催化剂(降低反应活化能)是技术的核心,目前国内垃圾发电厂多采用优化后的低温钒系催化剂,在180～230 ℃反应温度区间时可表现出较高的脱硝效率,在与烟气混合之后进入SCR 反应器进行NOx的脱除。比如,浙江省某3×750 t/d垃圾焚烧项目,SCR 催化剂选用单元孔数30×30 孔的低温蜂窝式钒钛系催化剂,运行温度在设计时可低于180 ℃,实际运行后,氨逃逸在2．5 mg/m3以内,脱硝效率在70%附近,氮氧化物排放限值为75 mg/m3[28]。

虽然该工艺实际应用脱硝效率可达85%以上、还原剂来源便宜广泛、绿色环保生产、氨逃逸浓度低,但工程和运行耗费成本高,升温消耗蒸汽影响发电量,费用昂贵的催化剂需要定期更换且废弃后属于危险废弃物,处理工艺复杂。以某500 t/d生活垃圾焚烧发电厂为例,为进行SCR 反应,升高烟气温度会消耗大量蒸汽能,大幅降低收益。因此,近年来实际应用中单独配置SCR 的技术项目很少,越来越多的升级改造项目联合采用SCR 工艺保证氮氧化物超低排放[29]。

3．3．3 高分子选择性脱硝(PNCR)系统

高分子干法脱硝技术使用气力正压将高分子脱硝剂输送进入储料仓,在适宜的反应温度下(反应温度区间一般为800～900 ℃)与烟气中NOx于炉膛内发生反应实现脱硝,脱硝效率可达到80%以上。

要控制氮氧化物达到日均值为120 mg/m3的超低排放要求,可以在焚烧炉上通过增加喷嘴来增加喷射PNCR 药剂[30]。PNCR 系统投资和运行成本适中、脱硝效率高,但在运行中氨逃逸高、故障率高。可以看出该系统并不成熟,还需研究如何改进,以进一步发挥其在NOx超低排放、运行成本低等方面的优势。例如,河北某企业增加PNCR 脱硝设施,能将氮氧化物排放浓度完美控制在超低排放要求120 mg/m3以下[31]。

3．3．4 联合工艺

从工艺程序的特点、投资与运营的成本、实际处理效率等各方面考虑,在垃圾焚烧发电项目中SNCR 和SCR 联合技术更适合推广运用,因为在SNCR 区段可以去除大部分NOx,在SCR 区段,反应器占地面积变小、催化剂量减少,投资成本相应降低。

南京市某4×500 t/d生活垃圾焚烧发电项目,是我国应用SNCR 和SCR 联合技术较早的项目之一,可将NOx控制在80 mg/m3以内、氨逃逸小于5 mg/Nm3[27]。中国澳门特别行政区垃圾焚烧中心在余热锅炉炉膛内使用SNCR 技术,采用稀释后浓度较低的氨水作为还原剂,再设置SCR 系统,通过使用催化剂和还原剂(氨水),不需要另外加热,处理后的洁净烟气降温后可直接由引风机排入大气[32]。广东某2 000 t/d生活垃圾焚烧厂采用组合工艺净化,添加SCR 系统置于除尘器的下端,采用低温催化剂,将NOx的排放浓度由200 mg/m3降至110 mg/m3[29]。

还有以“烟气再循环联合SNCR”“SNCR+PNCR”为主的脱氮工艺。比如青岛某炉排厂中以烟气再循环技术为主,可控制NOx浓度小于180 mg/m3。若出现浓度波动,再投入SNCR 系统,确保焚烧烟气中NOx排放浓度达标[29]。广东省某3×500 t/d垃圾焚烧项目,运行以SNCR(还原剂为质量分数20%氨水)为主、PNCR 为辅,可控制NOx排放浓度小于100 mg/m3[33]。

3．4 颗粒物

有明确技术规定在生活垃圾焚烧烟气净化系统中必须使用袋式除尘器,我国对于颗粒物的去除目前主要采用活性炭吸附和布袋除尘联合的烟气净化系统,可吸附烟气中的超细粉尘和重金属物质。比表面积大的活性炭对颗粒物和大部分的重金属有较好的脱除效率,还可以通过后面的布袋除尘器将吸附后的活性炭和烟气中的颗粒物进一步拦截,通常在余热锅炉出口处烟气质量浓度为20～80 g/Nm3,被处理的颗粒物粒径一般小于200μm,并可能携带重金属。固体颗粒物会在布袋的外表面聚结成块,较大的颗粒会随重力作用下沉降到料斗底,固体灰渣会随着布袋的清洁过程降落至料斗底部。附着在飞灰中的重金属等有害物质也会被袋式除尘器捕获,对Hg、Pb等重金属的去除率可达90%,此烟气净化系统不仅强力稳定、操作简捷、除尘有效,还能采取自动化管控,可达到人们预想的效果,因此获得了更加广泛的运用[34]。

通过定期检修和更换袋式除尘器布袋普遍采用的覆膜滤料,并且加强操作过程管理等措施,颗粒物日均值可稳定到8 mg/m3。河北、北京、深圳和海南等地的4家垃圾焚烧厂均采用覆膜滤料的袋式除尘器去除颗粒物,颗粒物排放水平基本保持在5 mg/m3以下[31],9种检出重金属污染物的排放浓度在μg/m3水平[35]。王纪伟等[36]发现,滤袋及时更换和维护,可以使除尘效果明显提高,还能降低大气环保税费51%左右。建议同类型焚烧电厂科学及时地对滤袋进行更换和维护。

3．5 酸性气体

3．5．1 碱液吸收法

HF可与水完全混合,HCl极易溶于水,但其溶解度会随温度升高而降低,可用水作为吸收剂直接将酸性气体转化产生稀酸,可资源化循环利用。但仅仅用水吸收效果有限,可以向水中加入Na OH、Ca(OH)2等无机碱固定HCl等其他酸性气体,其与湿法脱酸结合后效率高达99%。钠碱是常用的脱卤剂,溶解度较高、吸收能力强、来源更丰富且便于运输和储存,用有机碱吸收酸性气体有水溶性更强、黏度更高的优点,但是价格更高,产物处理更难[37]。一般工业都会在系统中穿插使用此三种吸收方法。

3．5．2 碱性氧化物法

碱性氧化物(如Mg O、Mn O2、Al2O3等)对HCl有较强的吸收能力。干法是让吸收剂在干式反应塔内接触酸性气体,通过接触发生中和反应来去除烟气中的酸性气体。吸收液便于循环利用,吸收效率也较高。半干法主要包括旋转喷雾、循环流化床等方法,其脱酸效率取决于浆液粒径、烟气温度、石灰品质等。湿法将吸收剂制成浆液净化气体,吸收液对HCl的脱除率较高。虽然湿法脱除效率较高,但是投资成本和运行成本也较高。半干法相对湿法工艺而言,具有占地面积小、投资成本少、无废水排放等特点[38]。某垃圾焚烧电厂主要采用半干法中的旋转喷雾法,可有效脱除烟气中的HCl,HCl浓度会随着石灰浆喷量的增加而降低。在实际运行过程中,往往通过增加石灰浆喷入量来降低烟气指标,从而导致石灰浆过喷现象[39]。镇江市某生活垃圾焚烧发电厂采取半干法组合干法技术,保证HCl连续稳定的去除,净化后可实现其排放值在规定标准以下,同时还能减少石灰的使用量,该工程优化减排设备和运行参数后可实现HCl减排60%以上[40]。

3．5．3 新型技术

采用活性炭纤维和贝壳等固体吸附剂用于脱除生活垃圾焚烧烟气中的HCl,因具有孔隙丰富的特点,对HCl的最大脱除率可接近90%,现在还处于实验室研发状态[41]。

3．6 二口恶英

3．6．1 一般控制措施

一般可以采用以下三种措施来控制烟气中二口恶英类物质的浓度:一是对燃烧室温度的科学把控,以及对固废垃圾在装置里停留时间进行精细控制,降低固废烟气中的二口恶英类物质前驱体的产生,该措施要求在垃圾焚烧之前对含氯有机物和过渡金属垃圾进行前处理;二是降低烟气在特定温度段(200～500 ℃)的停留时长,或者在焚烧炉中添加氨、硫、尿素或其他抑制剂,以减少甚至消除二口恶英物质在炉外的产生[42];三是对烟气采取科学完备的净化措施,来进一步除掉微量的二口恶英类物质,例如利用活性炭或多孔性吸附剂等净化,或者采用多种烟气联合净化工艺充分有效地净化烟气中的二口恶英浓度。

3．6．2 活性炭喷射联合袋式除尘器

降低排放浓度需要选择科学完备的焚烧控制工序和净化工艺,目前主要通过活性炭喷射联合袋式除尘器系统来吸附烟气中含有的二口恶英。相关工厂运行实验表明,于烟道尾端增设活性炭喷射设置,在合适条件下脱硝催化剂能进行部分脱除,可达到96%以上的脱除率[43]。某垃圾焚烧企业采用活性炭喷射加布袋除尘工艺处理烟气,去除效率达96．6%～99．4%[44]。此外,还可以采用活性炭喷射加急冷喷雾工艺,例如,上饶市富旺环保科技有限公司和玉山县飞隆环保固废利用有限公司均采用此工艺,在喷淋塔顶部喷入自来水与烟气直接接触使烟气温度急速下降,从800 ℃及600 ℃骤冷至180 ℃,停留时间小于0．8秒,从而避开二口恶英再合成的温度段,最后使用活性炭系统进行喷射,有效地吸附二口恶英,使其脱除效果达97%～98%。但若烟气中二口恶英含有率很低时,少量会被脱附出,而且活性炭吸附仅是将其从气相转移为固相,经过布袋捕集后的物质中会含有大量二口恶英,这会加重企业处理的难度和处置成本。

3．6．3 新型技术

光催化技术主要利用半导体材料加快二口恶英类物质吸收光能后化学键断裂的速度,继而将其分解去除。Ti O2光催化降解技术具有处理效率高、环保和无毒等优点,如果在实际中使用,可能引起生活垃圾焚烧烟气净化甚至整个环境治理领域的重大突破性变革。但是由于我国在此领域起步较晚,在实际应用中还有许多问题尚未解决,光催化技术目前还停留在研究阶段。

电子束分解技术净化含二口恶英烟气,具有处理效率高、设备流程便捷及操作简单等优点。另外,此技术还可以同时实现烟气脱硫脱硝,多种副产物可作为优质的化肥原材料,但现有装备的电子束能量和分解程度还不足以处理焚烧烟气中性质特别的二口恶英。因此,以电子束分解为基础的高效协同催化降解技术非常值得研究[45]。

4 结论与展望

本文综合分析了国内很多现行的联合使用技术,也总结了一些去除污染物的创新装置和技术。生活垃圾焚烧烟气净化技术不断创新,但从实验室应用到实际工程中投入使用还需要克服很多现实障碍,未来也更需要与智能化科技进行联合。以新兴传感、物联网和人工智能算法技术为支撑,全过程自动运行的无人化智慧综合焚烧发电系统,或许将成为垃圾焚烧厂需要迫切发展的核心技术。