生活垃圾焚烧发电项目污染防治技术探讨

2023-04-22王肖肖姜定森

皮革制作与环保科技 2023年22期

王肖肖，李进，姜定森

（温州龙湾伟明环保能源有限公司，浙江温州 325000）

引言

随着城市化的不断推进和人口增长的加速，生活垃圾处理问题愈发凸显。生活垃圾焚烧发电作为一种综合利用的技术手段，为城市垃圾处理带来了全新的可能性。但焚烧过程中所产生的污染物排放，特别是对环境和健康的潜在影响成为人们关注的焦点。在这一背景下，污染防治技术的研究和应用显得尤为重要。本文旨在探讨生活垃圾焚烧发电项目中的污染防治技术，从多个维度深入剖析如何减少焚烧过程对环境和人体健康造成的不利影响。通过对主要污染物种类与特点的分析，并结合各种防治技术的原理和应用，本文将逐一探讨垃圾分类与分拣、燃烧控制、排放气体处理、废渣资源化利用等方面的技术。此外，本文还将着重探讨技术投入与经济成本的关系，以及环境与经济协调的可持续发展策略。

1 生活垃圾焚烧发电项目污染物的排放与影响

生活垃圾焚烧发电项目在焚烧过程中会产生氮氧化物、二氧化硫、氢氯酸、挥发性有机物和颗粒物等污染物。其中，氮氧化物由氮氧反应生成；二氧化硫来自垃圾硫化物；氢氯酸为含氯废弃物燃烧产物；挥发性有机物源自垃圾有机化合物。颗粒物包括PM10和PM2.5，影响人体健康和生态环境。污染物主要通过气体和颗粒物途径排放，气体如氮氧化物、二氧化硫等在燃烧室产生后排放；颗粒物源自燃烧和挥发。污染物排放影响环境和健康，氮氧化物、二氧化硫会导致酸雨；氢氯酸、挥发性有机物影响臭氧生成；颗粒物影响空气质量，其携带的重金属影响人体健康；焚烧废渣污染土壤、水源，会对生态环境造成长期影响。

2 生活垃圾焚烧发电项目污染防治技术

2.1 预处理技术

2.1.1 垃圾分类与分拣

垃圾分类与分拣是生活垃圾焚烧发电项目污染防治的重要一环。通过对垃圾进行有效的分类与分拣，可以减少焚烧过程中的污染物排放，提高能源回收效率，降低环境影响。

垃圾分类与分拣过程主要包括手工分拣、机械分拣以及智能化分拣。手工分拣是人工将垃圾按照不同的类别进行分类，虽然效率相对较低，但适用于某些难以机械化处理的垃圾；机械分拣则借助传输带、振动筛等设备，通过物理力学原理进行分拣，可以高效地将大部分可回收物和有害物质分离出来；智能化分拣则运用图像识别、机器学习等技术，对垃圾进行自动辨识和分拣，提高了分类的准确性和分类效率[1]。

2.1.2 垃圾破碎与粉碎

垃圾破碎与粉碎技术是预处理阶段的关键步骤，旨在减小垃圾的体积并增加可燃物表面积，以便提高燃烧效率并减少有害物质排放。这些技术有助于改善垃圾的可燃性和稳定性，从而减少二次污染。

垃圾破碎通常使用破碎机、粉碎机等设备，将大块垃圾分解成较小的碎片。这些碎片有助于提高垃圾的混合性，使不同种类的垃圾更均匀地分布，从而促进更稳定的燃烧过程。此外，通过粉碎，垃圾的表面积增加，使得燃烧时的热量更容易传递到垃圾内部，提高燃烧效率。

需要注意的是，在垃圾破碎与粉碎过程中，应避免产生过多的细颗粒物，以免增加颗粒物排放。因此，相关人员在技术实施过程中应根据具体情况进行适当的控制和管理。

2.2 焚烧过程控制技术

2.2.1 燃烧温度与氧气调控

燃烧温度与氧气含量是影响焚烧过程中污染物生成和排放的关键参数。适当的燃烧温度和氧气含量可以有效促使垃圾中的有害物质充分燃烧，减少有毒气体的生成，从而减少环境污染。

燃烧温度通常受到炉内氧气供应量的影响，燃烧温度过低会导致燃烧不完全，产生大量的气体和颗粒物污染物；反之，过高的燃烧温度则可能导致更多氮氧化物生成。通过调控氧气供应量，可以控制燃烧温度在合适的范围内，例如在800～1 100 ℃之间，以达到污染物最小化的效果。

优化燃烧温度和氧气含量对焚烧发电影响很大。研究表明，在适宜的燃烧温度和氧气含量下，二氧化硫（SO2）的排放量可以降至较低水平，达到国家排放标准。同时，氮氧化物（NOx）的生成也可以在一定程度上得到控制，从而减少空气污染。

2.2.2 燃烧过程监测与控制系统

燃烧过程监测与控制系统是实现焚烧过程优化的关键工具。通过监测燃烧过程中的温度、氧气含量、烟气组成等关键参数，系统可以实时反馈数据，帮助操作人员进行调整和控制。

现代燃烧过程监测与控制系统通常采用自动化技术，结合传感器、数据采集与处理系统，实现对燃烧过程的实时监测和精确控制。这些系统可以根据监测到的数据，自动调整氧气供应、燃烧温度等参数，以保持最佳的燃烧状态。

通过实时监测燃烧过程中的关键参数，燃烧过程监测与控制系统可以在不同负荷情况下实现优化控制。例如，当垃圾负荷波动时，系统可以自动调整氧气供应量，保持稳定的燃烧温度，从而减少污染物的生成。燃烧过程监测与控制系统的应用，有效提高了焚烧发电的效率和环保性能[2]。

2.3 排放气体处理技术

2.3.1 酸性气体处理（SOx、HCl）

酸性气体处理技术主要针对焚烧过程中产生的硫氧化物（SOx）和氢氯酸（HCl）等酸性气体。这些气体不仅会对大气环境造成酸性污染，还可能导致酸雨的生成，损害土壤和水体质量。

酸性气体处理通常采用湿式脱硫和干式脱硫技术。湿式脱硫主要通过喷射吸收剂（如石灰石石膏浆液）来吸收SOx和HCl，形成石膏等固体废物；干式脱硫则采用吸附剂（如活性炭）或化学反应来吸附或转化酸性气体。这些技术在焚烧过程后期对烟气进行处理，可以大幅减少酸性气体排放。

2.3.2 氮氧化物（NOx）减排

氮氧化物（NOx）是焚烧过程中主要的氮污染物，其对空气质量和人体健康有重要影响。氮氧化物主要包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。

氮氧化物减排技术涉及选择性催化还原（SCR）、选择性非催化还原（SNCR）等方法。SCR利用催化剂，在一定温度下将氮氧化物转化为氮气和水，需要在烟气中注入氨或尿素；SNCR则是在烟气中喷射氨水或尿素水，利用温度和催化剂减少氮氧化物。这些技术可以有效降低氮氧化物排放量[3]。

2.3.3 颗粒物捕集与过滤

颗粒物是焚烧过程中产生的固体微粒，包括可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5），其会对人体健康和大气质量造成威胁。

颗粒物捕集与过滤技术包括静电除尘、袋式过滤等。静电除尘通过电场作用，使颗粒物带电并被集中收集；袋式过滤则通过纤维布袋将颗粒物过滤出去，确保净化的烟气排放。这些技术可以有效去除颗粒物，降低其排放浓度。

排放气体处理技术在生活垃圾焚烧发电项目中起到关键作用，通过对酸性气体、氮氧化物和颗粒物的处理，可以大幅减少环境污染和健康风险。不同技术可以根据实际情况进行组合应用，以达到最佳污染防治效果。

2.4 能源回收与废渣处理

2.4.1 能源回收技术（蒸汽循环发电）

生活垃圾焚烧发电项目的核心目标之一是能源回收。在焚烧过程中，垃圾中的有机物和其他可燃物质被燃烧释放出大量的热能。这些高温高压的热能，如果得不到有效回收利用，将会造成资源浪费。蒸汽循环发电技术就是一种有效回收这些热能的方式，其将热能转化为蒸汽，进而驱动发电机产生电能。

在蒸汽循环发电过程中，烟气和热量并没有被直接排放，而是被用来加热水，将水蒸发为蒸汽，这个过程通常在余热锅炉中进行。余热锅炉将烟气和水隔开，通过烟气与水之间的热交换，将水加热并转化为蒸汽，蒸汽会通过管道输送到涡轮机组。

蒸汽驱动涡轮机组是将热能转化为机械能的关键环节。蒸汽的高温高压状态使得涡轮叶片在蒸汽冲击下高速旋转，并带动连接的轴和发电机一起旋转。涡轮机的转动产生机械能，而发电机将这种机械能转化为电能。因此，通过这种方式，焚烧产生的热能最终转化为可供人们使用的电能。

蒸汽循环发电技术的效率取决于多种因素，其中燃烧温度、热能回收效率、涡轮机组和发电机的性能等都会影响最终的电能产生效果。随着技术的不断创新和优化，新型材料、高效涡轮机设计、热能回收设备改进等都有望进一步提升能源回收效率，使得焚烧发电技术更加环保和经济。

2.4.2 废渣处理与资源化利用

焚烧过程产生的废渣包括飞灰和底渣，它们的合理处理是确保焚烧发电项目环保性的关键。飞灰是由于燃烧过程中颗粒物的生成而形成的细小颗粒的固体废物；底渣则是较大颗粒的固体废物，它们含有残留的无机物质、重金属等成分，可能对环境造成污染。

飞灰处理主要包括静电除尘等技术，通过电场的作用将飞灰捕集。静电除尘可以有效去除飞灰中的细小颗粒，从而减少颗粒物排放。此外，飞灰中可能含有一些有价值的金属元素，如铝、铁等，通过适当的处理和回收，可以实现资源的再利用。

底渣通常需要更复杂的处理方式。固化是一种常见的处理方法，通过将底渣与固化剂混合，可以将其转化为稳定的块状固体，降低其对环境的影响。另一种方法是填埋，但需要注意避免渗漏导致的地下水污染。而更加可持续的方式是底渣的资源化利用，就是将其中的可回收物质如金属、矿物质等分离出来；废渣中的无机成分也可用作建筑材料，实现废渣的循环利用。

废渣处理与资源化利用是焚烧发电项目的重要环节，它能够减少废渣对环境的负面影响，降低环境污染风险。同时，通过提取和利用废渣中有价值的物质，可实现资源的循环再利用，符合可持续发展的理念，促进了循环经济的发展。

3 环境与经济效益评估

3.1 污染防治对环境效益的影响评估

在生活垃圾焚烧发电项目中，污染防治技术的应用直接影响环境效益。通过减少污染物的排放，这些技术可以显著改善空气质量、水质和土壤质量，减少大气污染、酸雨、水体污染等环境问题。例如，通过酸性气体处理和氮氧化物减排技术，可以有效降低大气酸性物质的浓度，改善大气环境质量；颗粒物捕集与过滤技术则可以降低颗粒物悬浮在空气中的浓度，改善空气质量。通过评估环境因素的变化，可以量化这些污染防治技术对环境效益的积极影响[4]。

3.2 技术投入与经济成本分析

污染防治技术的引入需要一定的技术投入，但其带来的经济成本往往可以通过环境和资源的长期保护得到回报。技术投入与经济成本分析需要综合考虑设备购置、运维、维护等方面的开支，同时还需考虑潜在的附加成本，如排放标准的提升、政策法规的遵循等。在经济成本分析中，应将环境污染的外部成本也纳入考虑范围，从而更准确地评估技术投入的经济成本与效益。

3.3 环境与经济协调的可持续发展策略

环境与经济之间的协调关系对于项目的可持续发展至关重要。在制定环境与经济协调可持续发展策略时，相关人员需要权衡环境效益和经济效益之间的关系。例如，虽然污染防治技术可能带来一定的经济成本，但它们可以提升项目的环保形象，降低环境风险，吸引更多投资和市场份额。在经济效益分析中，可以考虑长期的回报，如可再生能源发电、碳排放权交易等带来的经济增益。综合环境和经济效益制定策略，既可实现经济效益最大化，也可确保环境的可持续性。

环境与经济效益评估是生活垃圾焚烧发电项目规划和实施过程中不可或缺的环节。通过综合分析污染防治对环境效益的影响、技术投入与经济成本，以及环境与经济协调的可持续发展策略，可以为项目提供科学的决策依据。通过明确的评估，我们可以更好地平衡环境保护与经济发展的目标，确保项目在长期内达到双赢的局面[5]。

4 风险控制与监管

生活垃圾焚烧发电项目存在潜在的环境与健康风险，产生的废气和废渣中可能含有有害物质，需进行适当处理；焚烧可能产生噪音、振动，影响居民生活。监管政策和法规要求包括排放标准、废渣处理和环评审批等，运营商需遵守这些政策法规以避免处罚和环境风险。风险管理需识别、评估和控制潜在风险，科学实施应急预案，保障环境和公共安全。风险控制与监管是项目成功实施的基础，相关部门及人员通过综合考虑与详细分析，可确保项目的可持续发展及环境保护与社会责任的落实。