淺談垃圾焚燒爐煙氣治理

    垃圾焚燒是一種對(duì)城市生活垃圾進(jìn)行高溫?zé)峄瘜W(xué)處理的技術(shù)，將生活垃圾作為固態(tài)燃料送入爐膛內(nèi)燃燒，在800-1000℃的高溫條件下，可燃組分與空氣中的氧發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，釋放出熱量并轉(zhuǎn)化為高溫的燃燒氣體和少量的性質(zhì)穩(wěn)定的固體殘?jiān)．?dāng)生活垃圾有足夠的熱值時(shí)，生活垃圾能靠自身的能量維持自燃，而不用提供輔助燃料。

　　城市生活垃圾焚燒煙氣主要成分為CO2、N2、O2、水蒸氣及部分有害物質(zhì)如HCL、HF、SO2、NOX、CO、重金屬（Pb、Hg）和二噁英，因此，垃圾焚燒煙氣需要凈化處理后才能向大氣中排放。 

　　一、焚燒工藝

　　垃圾經(jīng)分揀壓縮處理后，投入焚燒爐中燃燒，高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐冷卻，并回收余熱用于供熱和發(fā)電，殘?jiān)盃t灰從爐底排出。生活垃圾含水率比較高，而熱值比較低。通常，當(dāng)?shù)臀粺嶂?gt;5000KJ/Kg時(shí)，燃燒效果較好；而當(dāng)?shù)臀粺嶂敌∮?350KJ/Kg時(shí)，需采取摻煤或燒油等助燃措施。

　　生活垃圾焚燒工藝較多，最常用的有爐排焚燒爐和流化床焚燒爐。

　?。?）爐排焚燒

　　機(jī)械爐排式焚燒爐采用層燃技術(shù)，以機(jī)械式的爐排塊構(gòu)成爐床，將垃圾進(jìn)行直接燃燒，爐排間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和垃圾本身的重力使垃圾不斷翻動(dòng)、攪拌并推向前進(jìn)，整個(gè)燃燒過程在一個(gè)爐膛進(jìn)行。垃圾首先進(jìn)入干燥段，為了保證垃圾能夠快速烘干、脫水，采用加熱后空氣從爐排底部對(duì)垃圾進(jìn)行烘干，同時(shí)爐內(nèi)燃燒垃圾也能對(duì)干燥段垃圾進(jìn)行烘烤；當(dāng)垃圾進(jìn)入燃燒段后，垃圾在900℃左右進(jìn)行高溫燃燒，可使其中的可燃成分和有害成分被徹底分解，同時(shí)爐底進(jìn)入空氣對(duì)爐排進(jìn)行冷卻，從而防止高溫對(duì)爐排的損害；當(dāng)垃圾進(jìn)入燃燼段后，垃圾處于降溫過程并徹底燃盡，完全變成灰渣，垃圾燃燒整個(gè)流程完成。

　　（2）流化床焚燒

　　流化床焚燒爐是在爐內(nèi)鋪設(shè)一定厚度，一定粒度范圍的石英砂，通過底部布風(fēng)板鼓入一定壓力的空氣，將砂粒吹起類似水的沸騰狀態(tài)。流化床內(nèi)氣固混合強(qiáng)烈，傳熱傳質(zhì)速率高，單位面積處理能力大，具有極好的著火條件。

　　垃圾入爐后即和熾熱的石英砂迅速處于完全混合狀態(tài)，垃圾受到充分加熱、干燥，有利于完全燃燒，床內(nèi)燃燒溫度控制在800-900℃。流化床爐采用石英砂作為熱載體，蓄熱量大，燃燒穩(wěn)定性較好，燃燒反應(yīng)溫度均勻，很少局部過熱。流化床焚燒爐能處理生活垃圾、工業(yè)廢物和污泥等廣泛的廢物種類。

　　二、垃圾焚燒煙氣特點(diǎn)

　　1）污染物危害大，治理要求高。煙氣中污染物包括顆粒物（粉塵、飛灰）、酸性氣體（HCL、HF、SOX、NOX等）、有機(jī)氯化物（二噁英、呋喃）、重金屬（Hg、Cd、Pb等），其中，二噁英是劇毒致癌物質(zhì)，重金屬元素直接危害人體健康。

　　2）煙氣濕度高，露點(diǎn)溫度高。生活垃圾自身含水分較高并且多變，使焚燒煙氣的含濕量較高，一般為25-35%,最高可達(dá)50-60%。同時(shí)由于煙氣中含有酸性氣體，導(dǎo)致煙氣露點(diǎn)溫度高達(dá)130-140℃，設(shè)計(jì)必須充分考慮防結(jié)露、耐腐蝕措施。

　　3）煙氣溫度變化大，對(duì)溫度控制要求高。余熱鍋爐出口煙氣溫度為200℃左右，但瞬時(shí)溫度可超過300℃，瞬時(shí)低溫可能低于150℃，須采取調(diào)溫、控溫措施，此外，由于250-600℃為二噁英再聚合的適宜溫度段，在選擇冷卻方式時(shí)應(yīng)予規(guī)避。

　　三、煙氣凈化技術(shù)

　　1）除塵

　　垃圾焚燒爐煙氣中所含煙塵，平均粒徑為20-30um，堆積密度為0.3-0.5g/cm3，原始含塵濃度為1.5-15g/m3（標(biāo)態(tài)），摻加有害氣體處理劑后可達(dá)到15-25 g/m3。煙氣含濕量一般為30%左右，最高可達(dá)60%左右。目前，GB/T18485明確規(guī)定，垃圾焚燒爐除塵必須采用袋式除塵器。

　　袋式除塵器不僅是顆粒物除塵器，還是有害氣體凈化反應(yīng)床，除塵器必須具有良好的清灰再生性能，同時(shí)選用耐溫、耐腐、耐水解濾料。

　　2）脫酸

　　垃圾焚燒爐煙氣中，SO2濃度為200-500mg/m3（標(biāo)態(tài)），HCL濃度為400-1200mg/m3（標(biāo)態(tài)），最高可達(dá)1800 mg/m3（標(biāo)態(tài)），通常采用噴堿中和處理，按噴堿方式可分為干法、半干法和濕法。其中濕法由于廢液及腐蝕等問題應(yīng)用較少

　　干法脫酸，分為爐內(nèi)噴入法和煙道噴入法。爐內(nèi)噴入法直接將碳酸鈣或白云石噴入爐內(nèi)，脫除效率較低，一般在30-50%之間。煙道噴入法，是在除塵器前煙道噴入消石灰粉塵，使之隨煙氣均布在除塵器濾袋表面，對(duì)煙氣中酸性物質(zhì)進(jìn)行捕集。對(duì)于酸性物質(zhì)，溫度越低，脫除效率越高，因此，通常在除塵器前增設(shè)噴霧冷卻塔，控制進(jìn)入除塵器的煙氣溫度在160-180℃左右。

　　半干法，是在反應(yīng)塔噴入消石灰漿液，控制反應(yīng)塔內(nèi)煙氣溫度在140-150℃之間，酸氣脫除率可達(dá)到90%以上，再經(jīng)布袋除塵器粉塵層二次接觸，可使SO2濃度降為10-30mg/m3（標(biāo)態(tài)），HCL濃度降為20-50mg/m3（標(biāo)態(tài)）.半干法常用的有噴霧干燥法和循環(huán)流化床法。

　　噴霧干燥法是一種常用的煙氣脫酸技術(shù)噴霧干燥煙氣脫酸反應(yīng)過程包含以下4個(gè)步驟，即：吸收劑制備、吸收劑漿液霧化、霧化漿液和煙氣混合，吸收酸性氣體并被干燥、反應(yīng)產(chǎn)物排出。

　　噴霧干燥煙氣脫酸技術(shù)主要是利用噴霧干燥的原理，將濃度為9％～13％的石灰石漿液經(jīng)吸收塔頂部的霧化器霧化，其粒徑可小于100μm，一經(jīng)與煙氣接觸，便發(fā)生強(qiáng)烈的熱質(zhì)交換和化學(xué)反應(yīng)，迅速地將大部分水分蒸發(fā)并將酸性氣體吸收固化在反應(yīng)物中，漿滴被加熱干燥成粉末狀后，隨煙氣進(jìn)入除塵器。

　　循環(huán)流化床煙氣凈化技術(shù)是根據(jù)循環(huán)流化床原理而設(shè)計(jì)，其原理為當(dāng)煙氣進(jìn)入反應(yīng)塔底部時(shí)，煙氣在塔內(nèi)文丘里段被加速，將進(jìn)入塔內(nèi)的吸收劑和循環(huán)物料吹起，形成沸騰床體，氣體和物料無論處于流化床的過渡段還是穩(wěn)定段，都處于強(qiáng)烈的紊流狀態(tài)，物料之間的碰撞、摩擦、反應(yīng)、傳熱傳質(zhì)等物理化學(xué)過程非常強(qiáng)烈；系統(tǒng)工況在一定范圍內(nèi)變化所引起的波動(dòng)會(huì)在這種強(qiáng)烈的紊流狀態(tài)下迅速達(dá)到新的平衡。目前循環(huán)流化床煙氣凈化已發(fā)展了多種形式，如德國WULFF公司的回流式煙氣循環(huán)流化床（RCFB），山東大學(xué)的雙循環(huán)流化床煙氣半干法懸浮脫硫裝置、奧地利能源與環(huán)境公司的循環(huán)流化床煙氣凈化工藝等。

　　3）脫硝

　　垃圾焚燒煙氣中NOX濃度通常為300-1000mg/m3（標(biāo)態(tài)），脫硝通常采用選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）、袋式除塵器法和活性焦炭吸附法。

　　SCR是在有催化劑的條件下將NOX還原成N2。為了達(dá)到SCR還原反應(yīng)所需的350℃溫度，煙氣在進(jìn)入催化脫氮器之前需要再加熱。試驗(yàn)證明SCR可以將NOX排放濃度控制在50mg/Nm3以下。低溫催化劑活性溫度在160-250℃左右。

　　使用低溫催化劑系統(tǒng)，在布袋除塵器出口煙氣溫度為150-190℃的區(qū)間，不需要加熱，煙氣直接與還原劑混合，在催化劑的作用下，脫除NOx。而在中溫催化劑的系統(tǒng)中，需要對(duì)煙氣進(jìn)行再加熱，才能發(fā)生還原反應(yīng)。在系統(tǒng)布置上要增加蒸汽預(yù)熱器以及煙氣-煙氣換熱器。

　　袋式除塵器法是在入口管道噴入氨水，NH3在粉塵層催化作用下與NOX發(fā)生還原反應(yīng)，生成硝酸鹽顆粒物，被布袋捕集。

　　活性焦炭吸附法是在布袋除塵器之后增加吸附劑移動(dòng)床，利用活性焦炭的吸附催化作用深度還原脫硝，同時(shí)去除二噁英和氣態(tài)汞等有害物質(zhì)。

　　四、關(guān)于二噁英的控制

　　二噁英是氯二苯并二噁英和多氯二苯并呋喃的統(tǒng)稱，共有210種同族體。二噁英有劇毒，是迄今人類發(fā)現(xiàn)的毒性最強(qiáng)的物質(zhì)，其毒性是氰化鈉的1000倍，目前發(fā)達(dá)國家對(duì)二噁英的排放標(biāo)準(zhǔn)控制在0.1ng-TEQ/m3.

　　垃圾焚燒中，二噁英產(chǎn)生的適宜條件為：

　　1）溫度300-500℃，主要發(fā)生在焚燒開始和煙氣冷卻過程中；

　　2）燃料中含有金屬和含氯有機(jī)物，如聚氯乙烯、氯化鐵、氯化銅和廢舊電池等。

　　垃圾焚燒煙氣脫除二噁英的主要控制方法為：

　　1）布袋除塵器法，由于布袋除塵器適用溫度一般在250℃以下，這種情況下的二噁英主要以固體形態(tài)存在，因此，設(shè)置高效布袋除塵器可以脫除大部分二噁英。

　　2）活性炭吸附，一種方法是在布袋除塵器前煙道噴入活性炭，另一種是在煙囪前設(shè)活性炭吸附塔，吸附塔的設(shè)計(jì)空速一般為500-1500h-1。

　　3）催化分解技術(shù)，利用催化劑，如V、Ti、W的氧化物在300-400℃之間選擇性催化還原二噁英。