生活垃圾焚烧烟气净化处理技术浅析

生活垃圾焚烧烟气净化处理技术浅析

喻娇

喻娇

（广州环投花城环保能源有限公司）

前言

近年来，我国城镇生活垃圾收运网络日趋完善，生活垃圾处理设施数量和能力快速增长，城镇环境总体上有了较大改善。目前，我国城市生活垃圾的处理和处置方式主要有焚烧、生化处理和卫生填埋等处置方式。卫生填埋占城市垃圾处理的主要部分，是大部分城市采用的最终处置方式，但是占地面积大，存在较大的环境风险；生化处理的总占有率不高，其中采用好氧堆肥处理方式的规模较大，而采用厌氧处理方式的规模较小；焚烧处理方式在近十年来发展迅速，成为我国大中型城市缓解垃圾处理压力的主要发展方向。

为适应城市化快速发展的现状和缓解日益增加的城市生活垃圾处置压力，我国城市垃圾处理将逐渐采用具有显著减容化、无害化、稳定化和资源化的垃圾焚烧处理技术。

生活垃圾焚烧厂的作业系统主要包括燃料处理系统、焚烧系统、余热利用系统、烟气净化系统、污水处理系统、灰渣处理系统和供电及自控系统等七个系统。生活垃圾焚烧厂的烟气净化是整个作业系统的重要部分。烟气净化系统可以评价生活垃圾焚烧处理方式对环境的影响，以及评估生活垃圾焚烧处理方式的可行性。因此，本文着重对烟气净化系统进行论述。

1焚烧烟气的主要成分

垃圾焚烧法是指使垃圾中碳水化合物转换成二氧化碳和水，同时在高温下杀灭病毒、细菌，焚烧过程中所产生的热能可以得到合理利用的生活垃圾处理方法。

垃圾成分的复杂多样性导致焚烧时会产生二次污染物，比如煤、石油、天然气等燃料燃烧时容易产生SOx、NOx、粉尘等污染物。成分复杂的垃圾焚烧时，导致焚烧后产生的烟气组成更复杂、数量更多、毒性更大。垃圾焚烧后，烟气的主要成分为SOx、NOx、HCI等酸性气体，多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、甲醛，二恶英及呋喃等微量有机物，铅、镉等重金属，粉尘[1]。这些成分扩散到环境中，会对环境和人体造成严重的危害。

2烟气净化处理技术

高效的烟气净化系统的设计和运行管理，是防止垃圾焚烧厂二次污染的关键。烟尘净化处理技术系统包括烟尘的脱除，重金属及二噁英的脱除，酸性污染物的脱除工艺，氮氧化物的脱除。

2.1烟尘的脱除

烟尘的脱除主要采用除尘器。生活垃圾焚烧厂烟气净化系统必须设置袋式除尘器。目前，采用机械炉排炉的垃圾焚烧厂除尘装置多采用袋式除尘器；采用循环流化床的垃圾焚烧厂由于含尘量高，多采用“旋风除尘器+袋式除尘器”组合工艺。布袋除尘器最初用来除去废气中的粉尘等污染物的装置，现在的布袋除尘器常常被应用在生活垃圾焚烧炉后，并且有很大的改进。由于在焚烧烟气中加入了反应药剂熟石灰和吸附剂活性炭，废气中的有害气体会与反应药剂发生反应，同时被吸附剂吸附从而固定，最后由于布袋除尘器的过滤作用而除去。是目前国内外垃圾焚烧发电厂应用较为普遍的滤料，具备优良的水解稳定性、耐酸/碱性、耐磨性及氧化稳定性。PTFE的使用年限一般为3-4年，而其他滤料难以抵御垃圾焚烧炉烟气的腐蚀，使用寿命较短[2]。

2.2二噁英及重金属的脱除

生活垃圾在焚烧过程中，二噁英的生成机理相当复杂，主要有以下几方面：

（1）生活垃圾中本身含有微量的二噁英。由于二噁英具有一定的热稳定性，虽然大部分的二噁英在高温燃烧时会被分解，但是仍会有一部分的二噁英在燃烧以后被排放。

（2）在燃烧过程中，含氯前体物生成二噁英。含氯前体物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等，在燃烧中前体物分子通过重排、自由基缩合、脱氯或其他分子反应等过程会生成二噁英，这部分二噁英在高温燃烧条件下大部分也会被分解，但是仍然会有部分被释放出来。

（3）当燃烧不充分时，烟气中产生过多的未燃烬物质，在300℃-500℃的高温条件下遇到适量的触媒物质，主要为重金属，特别是铜等，已经分解的二噁英将重新生成。

传统的垃圾焚烧厂烟气中二噁英和重金属的常用脱除工艺为“活性炭+袋式除尘器”。此工艺能有效吸附烟气中的二噁英及重金属，活性炭的添加量为100mg/m3左右，脱除效率可达95%以上[3]。

2.3酸性污染物的脱除工艺

垃圾焚烧烟气中酸性污染物的脱除工艺，国内外常用的方法主要有干法、湿法和半干法3种。

2.2.1干法工艺

干法脱酸技术是向进入除尘器前的烟道内喷入干性药剂，大多采用熟石灰粉，药剂在烟道及除尘器内和酸性气体反应。熟石灰微粒表面直接和酸气接触，发生化学中和反应，生成无害的中性盐颗粒，在除尘器里，反应产物连同烟气中粉尘和未参加反应的吸收剂一起被捕集下来，达到净化酸性气体的目的。熟石灰吸附HCl等酸性气体并发生中和反应，而从余热锅炉出来的烟气温度较高，导致较低的反应效率，因此需要通过喷洒冷却水来降低烟气温度。此种方法的特点是：

（1）工艺简单，不需配置复杂的石灰浆制备和分配系统，设备故障率低，维护简便，运行费用较低。

（2）不产生废水，耗水量较湿式洗涤塔少。

（3）药剂使用量大。

（4）未反应物产生量较大，飞灰处理成本较高。

（5）除酸效率相比湿法和半干法低。

2.2.2湿法工艺

湿法脱酸采用洗涤塔形式，洗涤塔分为吸收部和减湿部，在吸收部喷入石灰溶液或NaOH溶液。若采用石灰溶液只需理论值的1.2倍，而采用NaOH溶液，烟气进入吸收部后经过与NaOH溶液充分接触得到很高的脱酸效果，且可喷入少量的螯合剂去除烟气中的Hg。经吸收部处理后的烟气进入减湿部，在减湿部喷入大量自来水，使烟气急骤冷却达到饱和温度以下，降低烟气中水分。洗涤塔设置在除尘器的下游，以防止粒状污染物阻塞喷嘴而影响其正常操作。湿法洗涤塔产生的废水经处理后，其产生的污泥经浓缩脱水以干态形式排出。此种方式的特点是：

（1）净化效率很高，国外应用多年的业绩均可证明其对HCl的脱除效率可达99%以上，对SO2亦可达90%以上，并且对重金属和各种有机污染物去除效率高。

（2）产生含高浓度无机氯盐及重金属的废水，需根据环保排放要求，采用相应处理工艺对该废水进行处理。

（3）处理后的烟气因温度降低至烟气露点温度以下，为防止烟囱出口形成白烟现象，以及防止对后续建筑物的腐蚀，需要配置再加热装置。

（4）设备投资高，运行费用也较高。

2.2.3半干法工艺

半干法除酸的吸收剂一般以氧化钙[CaO]或氢氧化钙[Ca(OH)2]为原料，制备成氢氧化钙[Ca(OH)2]浆液（也可使用其它碱液）。由喷嘴或旋转喷雾器将Ca(OH)2浆液喷入反应器中，形成粒径极小的液滴，石灰用量一般为理论值的2倍。水分蒸发降低烟气的温度并提高其湿度，使酸性气体与石灰浆反应生成的盐类形成固态反应产物，掉落至底部的灰斗。烟气和石灰浆采用顺流或逆流设计，无论反应器采用何种流动方式，其主要的目的均为维持烟气与石灰浆液滴充分反应的接触时间，以获得较高的除酸效率。半干式反应塔内未反应完全的石灰，可随烟气进入除尘器，部分未反应物将附着于滤袋上与通过滤袋的酸性气体再次反应，使脱酸效率进一步提高，同时提高了石灰浆的利用率。此种方式的特点是：

（1）脱酸效率较高，对HCl的去除率可达95%以上，此外对一般有

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机污染物及重金属也具有良好的去除效率，配合活性炭可提高捕集能力。

（2）不产生废水排放，耗水量较湿式洗涤塔少。

（3）工艺流程较简单，投资和运行费用较低。

（4）石灰浆制备系统较复杂。

2.4氮氧化物的脱除

控制NOx的方法包括低NOx燃烧法、选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）。

SNCR法是在烟气温度850℃-1100℃，在O2存在的条件下，向炉膛中直接喷入氨水溶液或尿酸溶液，将NOx还原为氮气和水。此方法中不采用催化剂，从而避免了催化剂堵塞和毒化的问题。其反应效率取决于反应物的接触条件，因此具体设计需根据炉膛结构形式、烟道等调整。SNCR法脱除效率大约在50%。若为了提高效率而增加药剂喷入量，则会增加药剂的逃逸量。也会产生氯化铵及硫酸氢铵等副产物在尾部受热面的沉积。SNCR法的投资和维护成本要低于SCR法。

SCR法是以氨水溶液作为药剂，在烟气温度200℃-400℃范围内，在一定O2含量下，烟气通过TiO2-V2O5等催化剂作用下，与喷入的药剂反应，将NOx还原成氮气和水。SCR法脱除效率可在85%以上。

3结语

垃圾焚烧烟气净化处理是垃圾焚烧工程必不可少的环节。采用合理的烟气净化工艺，可以实现在生活垃圾资源化的过程中，减少烟气中污染物的排放。

参考文献：

[1]陈平，程建光，陈俊.垃圾焚烧过程中的烟气污染及其控制[J].环境科学与管理，2006，31(5)：116-169.

[2]陆银甫，王北平，贝娟玉.城市生活垃圾处理的发展及袋式除尘器在垃圾焚烧烟气治理中的应用[C].全国袋式除尘技术研讨会论文集（2007-2009），2009.

[3]白良成.生活垃圾焚烧处理工程技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.