鐵路站車生活垃圾熱解煙氣治理技術(shù)分析

劉海嬌，薛 強(qiáng)，閆伯駿，盧曉東，馬 麒，賈同穎，朱兆立，杜雅蘭

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081）

1 概述

近年來，我國鐵路事業(yè)發(fā)展迅速，客貨運(yùn)量逐年提升，鐵路站車生活垃圾產(chǎn)生量亦隨之增加[1]。以某客運(yùn)站為例，候車室和站臺(tái)日均產(chǎn)生垃圾分別為5 t和18 t，年產(chǎn)站車生活垃圾量超過9 000 t，而大型客運(yùn)站日均產(chǎn)生垃圾50 t 以上，高峰期甚至超過百噸[2]，大型車站的生活垃圾處理可以納入當(dāng)?shù)厥姓幚硐到y(tǒng)，但無市政收集輸運(yùn)和處理?xiàng)l件的站區(qū)一般需采用自行填埋、焚燒等技術(shù)進(jìn)行處置?！毒G色鐵路客站評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(TB/T 10429—2014)[3]中明確提出了對(duì)鐵路客運(yùn)站產(chǎn)生的垃圾進(jìn)行分類收集、處理處置的要求。因此，解決無市政收集輸運(yùn)和處理?xiàng)l件站區(qū)的鐵路生活垃圾處置處理問題，才能加快“綠色鐵路”“綠色車站”的建設(shè)。

鐵路站車生活垃圾的成分與農(nóng)村地區(qū)的生活垃圾較為相似，包括含量較高的廚余垃圾、塑料、廢紙等；車站職工生產(chǎn)生活產(chǎn)生的煤渣、廢舊衣服、廢日用品等；含量較少但不易處理的垃圾有碎玻璃、舊燈管、廢電池、藥品等。鐵路站車生活垃圾組分相對(duì)單一、含水率低、熱值低、可回收物含量低[4]。無市政收集輸運(yùn)和處理?xiàng)l件站區(qū)的工作人員較少，垃圾混合收集，不易實(shí)現(xiàn)集中處理與處置，無法實(shí)現(xiàn)有效的資源化利用，處理費(fèi)用高，難以通過運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)市政處置[5-6]。

解決無市政收集輸運(yùn)和處理?xiàng)l件站區(qū)生活垃圾的處理問題，是鐵路環(huán)保工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，需要充分結(jié)合站車生活垃圾產(chǎn)生和處置特點(diǎn)研究解決辦法?，F(xiàn)有生活垃圾的主要處理工藝有衛(wèi)生填埋、堆肥、焚燒、熱解，相較于衛(wèi)生填埋、堆肥等處理效率低和減量化效果不佳且容易產(chǎn)生二次污染的傳統(tǒng)處理方式，焚燒或熱解方式更適合鐵路站車生活垃圾的處理和消納。垃圾熱解技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)，資源利用率高，熱解裝備可滿足小型化、移動(dòng)化需求，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、減量化等各方面的比較，熱解技術(shù)更適用于無市政收集輸運(yùn)和處理?xiàng)l件的鐵路站車生活垃圾處理[7-8]。

2 煙氣凈化技術(shù)

生活垃圾的成分基本為有機(jī)物，組成元素主要是碳、氫、氧等，還包括氮、磷、硫和鹵素等，以上元素在熱解氣化焚燒中發(fā)生一系列的氧化還原反應(yīng)，過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境和人體有危害的污染物，主要包括酸性氣體(SO2、HCl、NOx等)、粉塵顆粒物、重金屬和有機(jī)毒性污染物(如二英、呋喃)等[9]。為了降低垃圾處理處置過程中造成的污染危害，煙氣必須經(jīng)過嚴(yán)格的末端治理，并達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18485—2014)[10]規(guī)定濃度后才能排放到大氣中，控制標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。遵循的排放標(biāo)準(zhǔn)越嚴(yán)格，需要投入的煙氣治理凈化設(shè)備的投資和運(yùn)行費(fèi)用也越高，在項(xiàng)目實(shí)施過程中還需要對(duì)各地排放標(biāo)準(zhǔn)和政策做進(jìn)一步的明確，以配套相應(yīng)的治理設(shè)備。

表1 國內(nèi)生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)[10]

（1）爐內(nèi)控制。焚燒爐通過較成熟的“3T+E”原則，對(duì)焚燒溫度(Temperature)、煙氣停留時(shí)間(Time)、湍流強(qiáng)(Turbulence)、過量空氣量(Ex-cessoxygen)進(jìn)行控制，以有效減少二英合成。對(duì)于生活垃圾氣化爐或熱解爐而言，不能完全通過“3T+E”原則來實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)的控制[11]，需要考慮二英的形成機(jī)理，熱解爐設(shè)置一燃室和二燃室，一燃室床層溫度450～650℃，缺氧燃燒，在此溫度下能夠有效抑制酸性污染物的生成；二燃室溫度大于850℃，停留2 s以上可將生成的氣化產(chǎn)物燃盡，爐內(nèi)控制示意如圖1所示。

圖1 爐內(nèi)控制示意圖

2.2 脫酸處理工藝

垃圾熱解產(chǎn)生的主要酸性氣體污染物為SO2、HCL、HF 等，采用堿性介質(zhì)中和、吸收是目前最為常用和有效的方法。工業(yè)上堿性介質(zhì)普遍采用氫氧化鈣或氫氧化鈉，各種脫酸工藝均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，分別適用于不同處理環(huán)境的脫酸處理，干法、半干法和濕法的技術(shù)比較如表2所示。

針對(duì)酸性氣體，濕法脫酸投資費(fèi)用大，產(chǎn)生廢水為二次污染，不建議采用；干法脫酸雖然投資費(fèi)用低，但脫除效率低。因此，建議使用半干法脫酸工藝，同時(shí)，為了達(dá)到更好的凈化效果，可以在半干法脫酸塔后、袋式除塵前預(yù)留安裝干法脫酸裝置的位置，以協(xié)助脫酸的效率。

2.3 脫硝處理工藝

從NOx的生成機(jī)理考慮脫硝處理工藝，有效的控制措施包括：爐內(nèi)控制，減少NOx的生成；煙氣處理，對(duì)垃圾處置過程中產(chǎn)生的NOx進(jìn)行去除。

選擇性催化還原工藝(SCR)和選擇性非催化還原工藝(SNCR)是主要的2種脫硝處理工藝。SCR工藝是通過注射氨或尿素等還原劑，在催化劑的作用下，選擇性將NOx還原成N2；SNCR 工藝直接通過爐內(nèi)注射還原劑，在750～900℃的溫度區(qū)間，不需要催化劑可將NOx還原成N2[14]。2 種處理工藝效率、配套設(shè)施、投資、運(yùn)行等方面的比較如表3所示。

2.4 重金屬處理工藝

根據(jù)圖2，用風(fēng)機(jī)向文丘里噴射器內(nèi)注入高速氣流，在文丘里管喉部產(chǎn)生負(fù)壓，吸入料倉中的活性炭粉末，混合了活性炭粉末的空氣經(jīng)文丘里噴射器噴入煙道，強(qiáng)烈的氣流攪動(dòng)產(chǎn)生湍流并與未經(jīng)充分處理的煙氣均勻混合，由于活性炭粉末具有較大的比表面積，活性炭孔隙可以充分吸附粉塵顆粒物、重金屬及二英等煙氣污染物。

表2 脫酸處理技術(shù)比較

表3 SCR和SNCR技術(shù)比較

圖2 活性炭噴射吸附系統(tǒng)示意

2.5 顆粒物處理工藝

煙氣經(jīng)脫硫系統(tǒng)、活性炭噴射吸附系統(tǒng)后還含有大量細(xì)小的顆粒物，需要通過除塵設(shè)備加以去除。常用的除塵設(shè)備為袋式除塵器和靜電除塵器2種。

靜電除塵器的工作原理是利用高壓電場作用吸附帶電粉塵，除塵效率與氣體性質(zhì)、粉塵性質(zhì)、電場強(qiáng)度和除塵器結(jié)構(gòu)等相關(guān)，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)重金屬的脫除效果好，可在高溫下使用等，但靜電除塵器對(duì)于粒徑小于1.0 μm的顆粒物捕集效率較低，占地面積大，一次性投資大。

袋式除塵器的工作原理是通過過濾材料制作的濾袋，對(duì)含塵煙氣中的顆粒物進(jìn)行阻截去除，從而達(dá)到氣固分離的目的。袋式除塵器的過濾效率除了與濾料自身的性能有關(guān)外，還與微小顆粒被阻截后在濾袋上形成的顆粒物濾層有關(guān)。袋式除塵器的阻力隨著除塵過程而增加，達(dá)到一定阻力值后，需要進(jìn)行清灰處理，清灰方式有機(jī)械振打、氣流反吹、脈沖噴吹等。

3 煙氣凈化工藝流程

在滿足國家污染物限制標(biāo)準(zhǔn)及不同地區(qū)污染物限制標(biāo)準(zhǔn)的情況下，根據(jù)站車?yán)某煞旨霸O(shè)備安裝、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性對(duì)煙氣凈化設(shè)備進(jìn)行合理選擇。綜合考慮治理效率、治理成本、工藝實(shí)施的難易程度等，設(shè)計(jì)鐵路站車生活垃圾熱解煙氣凈化工藝流程如圖3所示。

圖3 煙氣凈化工藝流程

根據(jù)圖3 所示的工藝流程，高溫?zé)煔鈨艋幹孟到y(tǒng)包含：引風(fēng)機(jī)、急冷裝置、SCR 脫硝、石灰漿制備、半干法噴霧脫酸、干粉噴射脫酸、活性炭噴射、除塵器、飛灰處置等。該組合工藝具有以下特點(diǎn)。

（1）半干法備用干法脫酸的方式，既可調(diào)低石灰漿液的濃度，又能降低半干法系統(tǒng)的故障率。2 種工藝同時(shí)運(yùn)行，互為補(bǔ)充，可以更好地保證煙氣排放達(dá)標(biāo)。

（2）在脫酸塔和布袋除塵器之間的管道，通過噴射活性炭來吸附二英及重金屬，結(jié)構(gòu)簡單、投資少、脫除效率高。

（3）采用布袋除塵器吸附燃燒產(chǎn)生的顆粒物、脫酸后的部分消石灰顆粒物及活性炭顆粒，這些吸附在布袋上的消石灰及活性炭可以起到二次脫酸脫硫的作用。

（4）SCR的脫硝設(shè)備較簡單，技術(shù)先進(jìn)，工藝成熟，經(jīng)濟(jì)合理，經(jīng)急冷處理后的煙氣溫度剛好為反應(yīng)器的最佳反應(yīng)溫度。

（5）組合工藝運(yùn)行費(fèi)用較低、運(yùn)行維護(hù)簡單。

4 結(jié)論

針對(duì)鐵路站車生活垃圾熱解處置過程中產(chǎn)生的酸性氣體(SO2、HCl、NOx等)、粉塵顆粒物、重金屬和有機(jī)毒性污染物(如二英、呋喃)等煙氣污染物處理處置展開研究討論，結(jié)論如下。