生活垃圾焚燒電廠二噁英控制技術研究

趙茹男，劉 曉，俞 玲，姜 勝

（武漢電力職業(yè)技術學院，湖北 武漢430079）

垃圾焚燒發(fā)電技術可以實現(xiàn)垃圾處理無害化、資源化、減量化。垃圾焚燒發(fā)電已經(jīng)成為各個發(fā)達國家生活垃圾處理的主要方式。當前中國垃圾焚燒電廠布局由經(jīng)濟發(fā)達的大城市逐步向三四線城市及中西部傾斜，呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。但是生活垃圾焚燒電廠的鄰避（NIMBY，Not In My Back Yard，不要建在我家后院）現(xiàn)象在中國很多區(qū)域還是突出問題，主要是公眾對垃圾焚燒所產(chǎn)生的號稱劇毒的二噁英的排放問題越發(fā)關注。二噁英為高沸點物質(zhì)，氣化壓力很低，二噁英主要以顆粒狀態(tài)存在于煙氣中或者吸附在飛灰顆粒上，二噁英的控制技術是垃圾焚燒電廠煙氣污染物控制的重中之重。本文主要圍繞生活垃圾焚燒處理的副產(chǎn)物二噁英展開，介紹了二噁英的危害，剖析了二噁英的產(chǎn)生機理。結合垃圾焚燒電廠運行實際，提出電廠控制二噁英的處理技術，為相關專題技術研究的開展提供借鑒。

1 二噁英危害

二噁英是一種含氯有機化合物，即多氯二笨并二噁英，多氯二笨并呋喃及其同系物（PCDDs 和PCDFs），以氣體和固體形態(tài)存在，難溶于水，對酸堿穩(wěn)定，易溶于脂肪，易在生物體內(nèi)積聚，即使是在很微量的情況下，長期攝取也會引起癌癥、畸形等。

二噁英是目前已知毒性最強的有機化合物，其毒性是氰化鉀的1 000 倍，因此，在垃圾焚燒處理中應嚴格控制二噁英的產(chǎn)生。

2 二噁英的產(chǎn)生機理

二噁英的主要生成溫度范圍為200～650 ℃，在燃燒溫度大于800 ℃時二噁英發(fā)生分解。在垃圾焚燒爐中，焚燒煙氣在850 ℃的溫度停留2 s 以上可以使絕大部分二噁英分解，低于800 ℃后，一部分在高溫中分解的二噁英在200～500 ℃溫度范圍內(nèi)會通過各種方式反應重新生成二噁英。二噁英的產(chǎn)生機理很復雜，大致可總結為如下幾點。

2.1 生活垃圾中存在氯和金屬時，有機物燃燒產(chǎn)生二噁英

氯化合物主要來自于垃圾中的塑料、橡膠，如聚氯乙烯塑料（PVC），廚余中的氯化鈉、氯化鎂。金屬主要來自垃圾中的廢電池、日光燈管、涂料、油漆、顏料、報紙等，其中含有汞Hg、鎘Cd、鉛Pb 等有害金屬元素。

2.2 原生垃圾中本身含有微量的二噁英

垃圾中自帶的二噁英在垃圾焚燒爐膛溫度保持在850 ℃時，大部分會被分解破壞，只有極少部分會隨著煙氣釋放出來。

2.3 生活垃圾燃燒不完全

由于燃燒工況組織不良，生活垃圾燃燒不完全易產(chǎn)生二噁英前驅體氯苯、氯酚、PCB 等，再經(jīng)過復雜化學反應生成二噁英；生活垃圾燃燒不完全還會導致原生垃圾中的二噁英不能被全部分解；此外生活垃圾燃燒不完全導致一氧化碳含量增多，而煙氣中未燃盡的碳又會導致二噁英再合成。

2.4 尾部煙氣中二噁英再合成

二噁英的再合成是需要一定外界條件的，焚燒煙氣在第二燃燒室排出向后流動過程中，在較低溫度（200～500 ℃）下，二噁英類前驅物與氯化物及金屬催化劑（銅、鐵、鈦等）作用下形成二噁英。需要強調(diào)說明的是經(jīng)研究證明氯化銅是高于其他金屬氧化物數(shù)百倍的二噁英再合成催化劑。

3 垃圾焚燒電廠對二噁英的控制

根據(jù)二噁英的產(chǎn)生機理，抑制二噁英的生成主要有4 種方式。

3.1 垃圾分揀控制二噁英生成的氯和金屬催化劑來源

筆者認為控制生活垃圾焚燒電廠二噁英首先要在爐前進行垃圾分類，生活垃圾一般分為可回收垃圾、廚余垃圾（濕垃圾）、有害垃圾、干垃圾（其他垃圾）4 大類。對垃圾進行分類后，可回收垃圾進入循環(huán)利用途徑，廢紙可作為造紙原料；金屬（如鐵、鋁）可回煉；玻璃可重用；塑料和橡膠可用于制造再生物質(zhì)或隔離空氣裂化成石油類燃料等；廚余垃圾經(jīng)過生物處理，可堆肥或制作沼氣等；有害垃圾進入危廢處理中心處理；入爐燃燒的主要是干垃圾。

生活垃圾中可回收的含氯塑料、橡膠及電器、廚余垃圾中的NaCl 等含氯合物、有害垃圾中的廢舊電池等被分揀后，入爐焚燒的垃圾中氯含量和金屬含量降低，從而減少二噁英生成。因此，垃圾入爐焚燒前進行分揀不僅提高垃圾資源化利用程度，更可從源頭控制二噁英生成氯來源和金屬催化劑來源。要做好爐前垃圾分類，更重要的是減少城市垃圾產(chǎn)生源，改變居民的生活方式，樹立全民環(huán)保的意識，人人參與環(huán)境保護，盡量減少生活垃圾的產(chǎn)生。

3.2 垃圾充分燃燒

為確保垃圾充分燃燒，垃圾焚燒電廠燃燒控制要滿足“3T+E”原則，即爐膛(二次燃燒室)內(nèi)任意點溫度不小于850 ℃（Temperature）；煙氣在二次燃燒室內(nèi)停留時間大于2 s（time）；保持充分的氣固湍動程度（Turbulence），加強爐內(nèi)紊動，促進空氣擴散混合；保證爐內(nèi)足夠的空氣量（Excess），氧量控制在6%～8%。

要確保垃圾熱值在設計范圍內(nèi)，熱值過低時需配備輔助燃燒器，過高會減少入爐垃圾量；煙氣量也應在設計范圍內(nèi)；檢修期間爐膛內(nèi)壁要清焦徹底，清理一、二次風各進風口結焦，更換變形、磨損的風口，運行時一、二次風分配合理，氧量正常，依據(jù)一氧化碳的濃度，調(diào)整氧量。此外垃圾要均衡進料，爐排上垃圾厚度均勻，燃燒穩(wěn)定。

這樣才能保證垃圾充分燃燒，垃圾自身含有的二噁英及在焚燒過程中產(chǎn)生的二噁英及其他有毒害氣體能得到徹底燃燼分解，同時減少了氯苯及氯酚等二噁英前驅物生成。還能避免未完全燃燒產(chǎn)生的有機碳和一氧化碳為二噁英的再合成提供碳源。因此，提高焚燒爐的燃燒效率，確保垃圾充分燃燒是控制二噁英生成的有效手段。

3.3 降低燃后區(qū)低溫再生成

用余熱鍋爐將煙氣由850 ℃迅速降至300 ℃以下，時間控制在2 s 以內(nèi)，盡量縮短煙氣在200～500 ℃溫度區(qū)的停留時間，減少二噁英類物質(zhì)重新生成。

運行中可以改善焚燒工藝減少生成二噁英類物質(zhì)的前驅體物質(zhì)，利用蒸汽吹灰、激波吹灰裝置減少飛灰在設備表面的沉積，從而減少二噁英類物質(zhì)生成所需要的催化劑載體等。

3.4 提高尾氣凈化效率

目前大部分垃圾焚燒電廠都采用活性炭吸附+布袋除塵方式去除煙氣中的二噁英，兩者配合后，尾部煙氣中的二噁英脫除率可達98%以上。

當煙氣穿過布袋除塵器時，二噁英便會被過濾并逐漸積聚在粉層上。同時煙氣凈化裝置在布袋除塵器前加噴活性炭，可對二噁英起到吸附作用，吸附后的活性炭被布袋除塵器過濾下來，焚燒煙氣中所含的大部分二噁英可被去除。

運行中注意定期檢查活性炭噴槍，更換磨損的噴頭，保證活性炭在煙氣內(nèi)噴灑均勻。布袋除塵器及濾袋嚴密不泄漏是關鍵，采購質(zhì)量最好的濾袋，濾袋使用年限不宜超過5 年；用布袋除塵器定期清灰，壓差穩(wěn)定；應定期查漏，更換泄露的濾袋。

此外有些垃圾焚燒電廠在布袋除塵器后還布置有SCR脫硝設備，SCR 脫硝催化劑在一定條件下有一定分解氣相二噁英的功能；SCR 脫硝運行工況穩(wěn)定，催化劑也會吸附固態(tài)二噁英。

總之垃圾焚燒的二噁英控制技術從“爐前、爐中和爐后”3 個環(huán)節(jié)實現(xiàn)全面控制，通過上述技術舉措，中國目前的垃圾焚燒電廠，在二噁英被排放到大氣前會進行嚴格凈化，最終排放的二噁英都能達到國際最高標準0.1 ng-TEQ/Nm3。有些電廠甚至還遠超國際標準，只有0.01～0.03 ng-TEQ/Nm3。

由于實時檢測二噁英等物質(zhì)的難度較大，檢測費用較高，目前大多數(shù)生活垃圾焚燒電廠的二噁英并未被實時檢測并對公眾公示。有研究表明，煙氣中一氧化碳含量對二噁英再生成有直接作用，因此，一氧化碳濃度可以作為衡量二噁英濃度的間接性指標，而不僅是焚燒爐燃燒效率的指示指標。

當前生活垃圾焚燒電廠中主要通過一氧化碳濃度、焚燒溫度、煙氣停留時間三個指標協(xié)同作為二噁英類物質(zhì)控制的指示性指標，通過對這三個指標在線監(jiān)測與管理部門監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)向公眾公示間接反應二噁英的實時排放情況。

4 結束語

本文根據(jù)垃圾焚燒電廠對副產(chǎn)物二噁英的控制，重點分析了二噁英的產(chǎn)生機理，并指出了目前垃圾焚燒電廠控制二噁英的具體措施，為垃圾焚燒電廠控制二噁英研究提供借鑒。