生活垃圾焚燒廠廢氣治理措施
摘要:結(jié)合國內(nèi)某生活垃圾焚燒廠煙氣治理流程，介紹了煙氣中污染物產(chǎn)生的機(jī)理及污染物的處理措施，并對不同工藝的處理效率進(jìn)行了分析比較。
關(guān)鍵詞:生活垃圾焚燒廠,大氣污染物,治理措施
生活垃圾焚燒技術(shù)以具有能對垃圾進(jìn)行減量化、資源化和無害化處理，可大量減少垃圾填埋占地面積等特點而受到關(guān)注。目前全國（除港、澳、臺外）已建成垃圾焚燒廠68座，處理能力達(dá)到33000噸/日，焚燒處理率已由2001年的2.9%上升至目前的12.9%。
由于生活垃圾的特殊性，在焚燒過程中不可避免地會產(chǎn)生大量的氣態(tài)污染物，如果不進(jìn)行有效治理，將對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，危害人體健康。
1 垃圾焚燒廠焚燒煙氣產(chǎn)生機(jī)理
生活垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的污染物主要包括四大類：顆粒物（煙塵）、酸性氣體（CO、NOX、SO2、HCl等）、重金屬（Hg、Cr、Pb等）及有機(jī)污染物（主要因子為二惡英類）。
（1）HCl來源于生活垃圾中含氯廢物。
（2）SO2來源于含硫生活垃圾的高溫氧化過程。
（3）NOX來源于生活垃圾焚燒過程中N2和O2的氧化反應(yīng)及含氮有機(jī)物的燃燒，其中95％為NO，NO2所占比例很少。
（4）CO是由生活垃圾中有機(jī)可燃物不完全燃燒產(chǎn)生的。
（5）金屬類污染物源于焚燒過程中生活垃圾所含重金屬及其化合物。
（6）有機(jī)污染物的產(chǎn)生機(jī)理非常復(fù)雜，會伴隨多種化學(xué)反應(yīng)。首先形成中間產(chǎn)物，最后形成終產(chǎn)物。二惡英是其中毒性最強(qiáng)的化合物，在垃圾焚燒過程中其生成途徑主要有：1）生活垃圾中本身含有的微量二惡英大部分會在高溫下分解，但由于其具有熱穩(wěn)定性，少量會隨煙氣排放；2）在燃燒過程中由氯源生成，大部分在高溫條件下也會被分解，但有少部分排放；3）當(dāng)燃燒不充分時，煙氣中會產(chǎn)生過多的未燃盡物質(zhì)，在遇觸媒（重金屬Cu等）及300℃～500℃條件下，已分解的二惡英會重新生成。
2 生活垃圾焚燒廠廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)
選擇廢氣治理技術(shù)首先要明確需執(zhí)行的排放標(biāo)準(zhǔn)，生活垃圾焚燒廠廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。
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目前國內(nèi)大多數(shù)的生活垃圾焚燒廠按《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18485－2001）進(jìn)行建設(shè)，有少數(shù)焚燒廠參考?xì)W盟2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。
3 廢氣治理技術(shù)的應(yīng)用
3.1 焚燒煙氣治理流程
國內(nèi)某生活垃圾焚燒發(fā)電廠采用的煙氣治理流程如下圖：
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（1）NOX控制系統(tǒng)
目前國內(nèi)很多工程采用低氮燃燒法控制煙氣中NOX濃度，具體控制條件包括降低過量空氣系數(shù)、降低爐膛溫度以及煙氣充分混合等。通過這些措施，NOX產(chǎn)生濃度基本可控制在300mg/Nm3左右，能夠滿足國標(biāo)限值。如果按歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，還可以考慮SNCR（選擇性無催化還原）工藝去除氮氧化物，即向焚燒爐內(nèi)噴入尿素溶液，起到脫除NOX的目的。
（2）降溫塔系統(tǒng)
來自鍋爐的煙氣首先進(jìn)入降溫塔，將煙氣溫度從200℃降至約150℃，以滿足后續(xù)袋式除塵的要求。降溫塔由冷卻裝置與飛灰排出裝置組成，冷卻水被壓縮空氣霧化后噴入降溫塔內(nèi)與煙氣直接接觸，降溫塔的高度設(shè)置足夠高以確保噴入的霧化水可以完全蒸發(fā)。降溫的同時煙氣中部分的粉塵落入降溫塔塔底的料斗中，然后經(jīng)輸送機(jī)送至飛灰貯倉。
（3）熟石灰及活性炭噴射系統(tǒng)
熟石灰與活性炭均用噴射風(fēng)機(jī)噴入降溫塔和袋式除塵器之間的管道中，在此，熟石灰與煙氣中的酸性氣體（SO2、HCl等）進(jìn)行反應(yīng)，可以去除煙氣中70%的 HCl與30%的SO2，活性炭將吸收煙氣中的二惡英和重金屬等有害物質(zhì)。與熟石灰和活性炭反應(yīng)后的煙氣帶著飛灰和各種粉塵進(jìn)入袋式除塵器。
（4）袋式除塵器系統(tǒng)
從降溫塔來的煙氣，經(jīng)熟石灰及活性炭噴射系統(tǒng)進(jìn)行除酸和吸附后，再進(jìn)入袋式除塵器，從隔倉頂部排出；焚燒產(chǎn)生的煙塵、消石灰反應(yīng)劑和生成物、凝結(jié)的重金屬、噴入的活性炭等各種顆粒物均附著于濾袋表面，形成一層濾餅；煙氣中的酸性氣體在此與過量的反應(yīng)劑進(jìn)一步起反應(yīng)，使酸性氣體的去除效率進(jìn)一步提高；活性炭也在濾袋表面進(jìn)一步起吸附作用。附著于濾袋外表面的飛灰經(jīng)壓縮空氣反吹排入除塵器灰斗，飛灰經(jīng)輸灰系統(tǒng)排出。
（5）濕式洗滌塔
自袋式除塵器出來的煙氣從濕式洗滌塔底部進(jìn)入向上運行，與向下噴射的堿液充分接觸，將煙氣溫度逐漸降低，同時堿液與煙氣中部分的酸性氣體HCl、HF、SO2等進(jìn)行反應(yīng)，生成鹽類。堿液定期補(bǔ)充，生成的含鹽溶液及時排出。
3.2 煙氣治理措施分析
（1）SNCR工藝
在爐膛內(nèi)噴入的尿素溶液與水和氧氣發(fā)生反應(yīng)，最終生成氮氣。
反應(yīng)方程式如下：
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SNCR工藝脫氮效率約為50%[2]，NOX排放濃度能夠低于200mg/m3，可以達(dá)到設(shè)計排放標(biāo)準(zhǔn)。
（2）二惡英和重金屬處理措施
減少垃圾焚燒廠煙氣中二惡英濃度的主要方法是控制二惡英的生成條件，控制措施主要包括以下幾個方面。
1）選擇合適的爐膛和爐排結(jié)構(gòu)，使垃圾在焚燒爐內(nèi)得以充分燃燒。
2）控制爐膛及二次燃燒室內(nèi)，或進(jìn)入余熱鍋爐前煙道內(nèi)的煙氣溫度不低于850℃，煙氣在爐膛及二次燃燒室內(nèi)的停留時間不小于2s，O2濃度不低于6%，并合理控制助燃空氣的風(fēng)量、溫度和注入位置。
3）縮短煙氣在處理和排放過程處于300℃～500℃溫度區(qū)域的時間，控制余熱鍋爐的排煙溫度不超過250℃。
4）采取活性炭吸附措施，并設(shè)置高效袋式除塵器。噴入的活性炭可吸附煙氣中的二惡英類及汞等重金屬。
這樣，在袋式除塵器除塵的過程中，附著在粉塵中的二惡英同時被除去；被活性炭吸附的二惡英類及汞等重金屬也被袋式除塵器除去。
根據(jù)有關(guān)資料[3]，國內(nèi)某生活垃圾焚燒廠采取噴射活性炭和袋式除塵措施后，二惡英排放濃度為0.065TEQng/m3，可以達(dá)到設(shè)計要求。瑞典一家采用“半干法+袋式除塵”凈化工藝的垃圾焚燒廠的測試數(shù)據(jù)表明，煙氣排放顆粒物中的Hg可以達(dá)到測不出的水平，而氣態(tài)Hg的排放濃度范圍則為0.012～0.065mg/m3。對于鉛和鎘揮發(fā)性較差的重金屬化合物，其排放濃度將會更低。
（3）酸性氣體處理技術(shù)
酸性氣體凈化工藝可分為干法、半干法和濕法三種，每種工藝在工程上都有廣泛應(yīng)用，也各有優(yōu)缺點。三種方法的比較結(jié)果見表2。
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1）干法凈化工藝近年來在日本的焚燒廠建設(shè)中采用較多，其工藝比較簡單，投資低，運行維護(hù)方便，在排放要求不高的條件下是理想的選擇。但干法工藝凈化效率相對較低。
2）半干法凈化工藝可達(dá)到較高的凈化效率，投資和運行費用低，流程簡單，不產(chǎn)生廢水，歐洲的焚燒廠采用半干法的較多，丹麥、法國、德國采用半干法的比例分別約為20％、40％和30％。半干法工藝在國內(nèi)也有較多成功應(yīng)用的實例，積累了一定的運行經(jīng)驗，適用于排放標(biāo)準(zhǔn)要求較高的焚燒廠。
3）濕法凈化工藝的污染物凈化效率最高，可滿足最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求，其工藝組合形式也多種多樣，但由于其流程復(fù)雜，配套設(shè)備較多，使用藥劑相對較貴，一次性投資和運行費用較高，而且存在廢水處理和煙氣再加熱問題，在發(fā)達(dá)國家應(yīng)用較多。
根據(jù)發(fā)達(dá)國家煙氣中污染物實測數(shù)據(jù)[4]，濕法對HCl的去除效率達(dá)到99%以上，對SO2的去除效率達(dá)到95%以上。
（4）顆粒物處理技術(shù)
由于顆粒物既包括垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的煙塵，還包括噴射石灰和活性炭過程中產(chǎn)生的粉塵，垃圾焚燒廠工程設(shè)計中一般采用袋式除塵器對顆粒物進(jìn)行凈化。國內(nèi)某垃圾焚燒廠采取袋式除塵設(shè)備后[3]，煙塵排放濃度為8.12～9.13mg/m3，完全能夠滿足煙塵排放國家標(biāo)準(zhǔn)；如果工程設(shè)計中擬采用歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)，可以考慮在袋式除塵的基礎(chǔ)上增加濕法洗滌設(shè)備，可進(jìn)一步去除顆粒物，確保穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。
4 小結(jié)
生活垃圾焚燒煙氣中含有顆粒物、酸性氣體、重金屬、二惡英等多種污染物，采用SNCR+活性炭吸附+袋式除塵器+濕式洗滌塔工藝，能夠?qū)ξ廴疚镞M(jìn)行有效凈化，各項污染物排放濃度能夠滿足國標(biāo)限值或歐盟2000的要求；采用濕式洗滌塔需考慮廢水處理及煙氣再加熱的問題。
參考文獻(xiàn)：
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[4] 張益，趙由才. 生活垃圾焚燒技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
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