垃圾焚燒二??英排放規(guī)律和深度控制技術(shù)研究

吳浩?蔡建軍?鐘日鋼

一、引言

隨著城市化進(jìn)程加速，生活垃圾（Municipal solid waste，MSW）產(chǎn)生量逐年攀升，垃圾處理成為各國面臨的重要環(huán)境問題。垃圾焚燒作為一種減量化、資源化的處理方法，在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。然而，垃圾焚燒過程中產(chǎn)生的二英等污染物排放問題，引發(fā)了公眾和環(huán)保組織的關(guān)注。

由于其生成機(jī)理復(fù)雜、影響因素眾多，如何有效控制垃圾焚燒過程中的二英排放，一直是環(huán)保領(lǐng)域的研究難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

為降低垃圾焚燒過程中的二英排放，推動垃圾焚燒行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，本文旨在通過系統(tǒng)總結(jié)垃圾焚燒過程中二英的生成機(jī)理、排放規(guī)律以及深度控制技術(shù)，為垃圾焚燒廠的二英排放控制提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。

二、垃圾焚燒二英沿程排放規(guī)律

本研究選擇的垃圾焚燒爐的煙氣凈化工藝包括：煙氣首先由過熱器冷卻后進(jìn)入省煤器；大顆?；以ㄟ^與過熱器和省煤器的碰撞而分離，之后被收集于垂直過熱器、省煤器下方的四個灰斗；然后，煙氣通過半干反應(yīng)器，此時大多數(shù)酸性氣體通過與熟石灰漿液反應(yīng)而去除；之后，通過添加活性炭來吸附二英，煙氣其他細(xì)灰和活性炭通過布袋除塵器去除；最后，通過選擇性催化還原（SCR）去除煙氣氮氧化合物。為了實(shí)現(xiàn)氮氧化合物超低排放，還應(yīng)用了非選擇性催化還原。結(jié)果表明，煙囪二英排放量為0.006 4 ng I-TEQ/Nm3，遠(yuǎn)低于中國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)（0.1 ng I-TEQ/Nm3）。立式省煤器與灰斗的組合有利于去除煙氣二英，去除效率達(dá)到59.83%。由于記憶效應(yīng)，煙氣二英含量遠(yuǎn)高于省煤器分離灰二英含量。在煙囪中，液相中二英的比例為53.67%，液相中二英的估計(jì)含量約為16.20 ng I-TEQ/t MSW。因此，二英排放限值應(yīng)考慮液相中的二英。此外，氯化水平影響了二英分配。液相中大占比二英的氯代水平低于固相，但高于氣相。液相中二英主要來源于細(xì)顆粒，細(xì)顆粒特性可以改變液相二英的排放量。在整個焚燒過程中，記憶效應(yīng)主要發(fā)生在立式省煤器中，其次是半干反應(yīng)器、SCR。

三、垃圾焚燒二英深度控制技術(shù)

本文基于研究和示范工程運(yùn)行結(jié)果，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，從垃圾入廠、燃燒控制、防止低溫生成、活性炭、布袋除塵器、爐膛清焦、煙道清理等技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)、分析，形成了系列二英深度控制技術(shù)。具體內(nèi)容如下。

（一）控制入廠垃圾、入爐垃圾

入爐垃圾特性對焚燒穩(wěn)定性和二英生成均具有影響，是控制二英達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)性環(huán)節(jié)。通過入爐垃圾有效管理，降低垃圾含水率，提高入爐垃圾熱值，減少高氯高重金屬含量和大塊垃圾集中入爐等，確保垃圾在爐內(nèi)穩(wěn)定、充分燃燒，最大程度地從源頭控制二英生成。入廠垃圾應(yīng)滿足《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014）及其修改單中入爐廢物要求，盡可能控制包括聚氯乙烯塑料等高氯和富含銅、鐵、鎳等過渡金屬的工業(yè)垃圾集中入爐。協(xié)同處置醫(yī)療廢物時，摻燒比例應(yīng)以不影響生活垃圾焚燒爐污染物排放達(dá)標(biāo)和焚燒爐正常運(yùn)行為前提。提高垃圾入爐前的均勻性，大塊垃圾應(yīng)及時分離或破碎，避免堵塞投料口、損壞爐排或燜火等。垃圾投加時應(yīng)保持連續(xù)、均勻進(jìn)料，避免或減少出現(xiàn)爐內(nèi)垃圾嚴(yán)重不均、偏料、偏燒、成團(tuán)等現(xiàn)象，提高燃燒性能。

（二）控制垃圾在爐排上燃燒穩(wěn)定

垃圾均衡進(jìn)料，爐排上垃圾厚度均勻，保障燃燒穩(wěn)定。減少爐排翻動次數(shù)，減少煙氣飛灰含量，進(jìn)而減少二英低溫再生成。爐排上料層厚度應(yīng)呈階梯遞減分布，控制推料器速度調(diào)節(jié)爐排中間段料層平均厚度保持在300～500 mm，爐排運(yùn)動均勻?？刂评贌幚砹?，避免超負(fù)荷運(yùn)行。實(shí)際處理量宜為設(shè)計(jì)值的80%～110%，實(shí)際入爐垃圾熱值高于最大連續(xù)蒸發(fā)量熱值時，應(yīng)適量減少垃圾處理量，避免過度焚燒導(dǎo)致爐溫過高，發(fā)生爐膛主控溫度區(qū)上移。配置并投入使用自動燃燒控制系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)至少具備兩個主要功能：一是可根據(jù)爐膛主控溫度區(qū)溫度自動控制輔助燃燒器啟停；二是可根據(jù)鍋爐出口氧含量或煙氣一氧化碳濃度自動控制焚燒爐二次風(fēng)供風(fēng)量。焚燒設(shè)施正常運(yùn)行時，若爐膛主控溫度區(qū)溫度低于850 ℃或下降速度較快，應(yīng)立即啟動輔助燃燒器保持爐膛溫度高于850 ℃。爐膛出口氧量值宜控制在3%～8%，采用低氮燃燒技術(shù)時爐膛出口氧量宜維持在2%～5%，或滿足低氮燃燒技術(shù)設(shè)計(jì)要求。根據(jù)爐排上干燥段、燃燒段和燃燼段的正常工況需求，合理分配和控制各段的一次風(fēng)風(fēng)量和風(fēng)壓。應(yīng)控制滲濾液、濃縮液回噴比例，回噴時應(yīng)保持良好霧化，保證燃燒工況穩(wěn)定。當(dāng)燃燒不穩(wěn)定或爐膛內(nèi)燃燒溫度偏低時，不宜進(jìn)行滲濾液爐內(nèi)回噴。注意滲濾液回噴對煙氣含水率的影響，一般煙氣含水率不超過20%。

（三）“3T＋E”燃燒控制

焚燒爐應(yīng)滿足“3T＋E”燃燒條件，確保焚燒過程中二英完全分解。爐膛主控溫度區(qū)燃燒溫度應(yīng)在850 ℃以上，不宜高于1050 ℃，且避免溫度波動過大。煙氣在二次風(fēng)入口后的主控溫度區(qū)停留時間大于或等于2秒。應(yīng)盡量避免垃圾爆燃現(xiàn)象，焚燒煙氣一氧化碳排放濃度小時均值宜小于20 mg/Nm3，且應(yīng)連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。運(yùn)行時一、二次風(fēng)分配合理，氧量控制在6%～8%，依據(jù)一氧化碳的濃度（60 mg/ Nm3以下）調(diào)整氧量，采取措施減少運(yùn)行期間爐內(nèi)結(jié)焦。應(yīng)檢查鍋爐尾部煙道漏風(fēng)情況，確保尾部煙道漏風(fēng)系數(shù)不超過3%。鍋爐兩側(cè)煙溫應(yīng)均勻，過熱器兩側(cè)煙溫差一般不宜超過30～40 ℃。燃燒室負(fù)壓應(yīng)穩(wěn)定保持在0～-50 Pa，不允許正壓運(yùn)行。根據(jù)余熱鍋爐出口煙氣含氧量合理配風(fēng)，應(yīng)維持爐膛內(nèi)過量空氣系數(shù)在1.2～1.6。當(dāng)過量空氣系數(shù)過低時，應(yīng)增加二次風(fēng)量。合理分配一、二次風(fēng)量，二次風(fēng)量宜采用多層布置且風(fēng)量占比應(yīng)大于總風(fēng)量的40%。

（四）低溫再合成控制

省煤器換熱面積應(yīng)有充足余量，保證省煤器內(nèi)工質(zhì)流動，鍋爐排煙溫度宜控制在190～210 ℃。宜控制布袋除塵器進(jìn)口煙氣溫度不高于180 ℃，必要時可增加減溫措施。應(yīng)設(shè)定適宜吹灰周期，采用蒸汽、脈沖或組合式吹灰方式對鍋爐尾部受熱面進(jìn)行吹灰，在鍋爐正常運(yùn)行周期內(nèi)保持受熱面清潔。二英再合成多發(fā)生在鍋爐尾部的受熱面或煙道積灰部位，應(yīng)盡可能減少受熱面和尾部煙道的積灰，提高受熱面換熱效率，將煙氣在250～650 ℃溫度區(qū)間的停留時間保持在合理范圍。停爐檢修時，低溫再合成區(qū)250～650 ℃溫度區(qū)間的受熱面和煙道應(yīng)進(jìn)行徹底清灰。

（五）活性炭投加控制

活性炭每次入廠應(yīng)檢測其吸附碘值、顆粒度，不合格的拒絕接收。安裝活性炭在線計(jì)量裝置，活性炭投加量不低于0.3kg/t垃圾?；钚蕴糠蹏娚淞坎粦?yīng)低于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值，且噴入量不低于60 mg/Nm3?；钚蕴客都討?yīng)當(dāng)均勻給料。定期檢查活性炭噴槍，更換磨損噴頭。

（六）布袋除塵器運(yùn)行控制

布袋除塵器濾料優(yōu)先選用聚四氟乙烯（PTFE）濾料加PTFE覆膜或更好材料，新投運(yùn)的布袋應(yīng)進(jìn)行預(yù)噴涂處理。布袋過濾風(fēng)速不超過0.8 m/min。布袋除塵系統(tǒng)顆粒物24小時均值排放濃度設(shè)計(jì)值宜小于10 mg/m3。布袋除塵系統(tǒng)工作溫度宜控制在140～180 ℃，如選用特殊材質(zhì)的布袋，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)值控制其工作溫度。布袋除塵系統(tǒng)正常運(yùn)行期間，應(yīng)采用自動清灰方式，確保除塵系統(tǒng)進(jìn)/出口差壓不超過1800 Pa。正常運(yùn)行時，布袋除塵器進(jìn)口煙氣溫度應(yīng)控制在140～180 ℃。運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)顆粒物排放異常時，應(yīng)及時檢查，如發(fā)現(xiàn)濾袋破損應(yīng)及時更換。采購的濾袋使用年限不宜超過5年；旁路門封閉嚴(yán)密，禁止開啟，運(yùn)行期間檢查旁路門前后的溫度，確定是否關(guān)閉嚴(yán)密。布袋除塵器定期查漏，更換泄漏的濾袋（圖1）。布袋除塵器頂蓋保溫、密封良好。

（七）爐外脫硝催化分解控制

SCR設(shè)計(jì)的工作溫度范圍應(yīng)控制在170～240 ℃，SCR運(yùn)行溫度應(yīng)平穩(wěn)，溫差不超過設(shè)計(jì)溫度5 ℃，確保催化劑活性。參照設(shè)計(jì)流量、煙囪氮氧化物濃度，及時調(diào)整脫硝劑、除鹽水、壓縮空氣投加量；定期抽出檢查脫硝噴槍，清理噴槍、噴頭結(jié)焦，更壞損壞的噴槍、噴頭（圖2）。

（八）濕法脫酸工藝控制

煙氣濕法脫酸是采用洗滌塔形式，煙氣進(jìn)入洗滌塔后與堿性溶液充分接觸得到充分的脫酸效果。濕法脫酸系統(tǒng)應(yīng)安裝于布袋除塵器下游，對氯化氫、二氧化硫和重金屬等具有較好的去除效率。正常運(yùn)行時應(yīng)按比例或定期排出并補(bǔ)充堿液，防止堿液中二英濃度過高造成洗滌塔出現(xiàn)二英“記憶效應(yīng)”。定期對濕法洗滌系統(tǒng)內(nèi)結(jié)晶鹽、洗滌液和底泥等樣品二英濃度進(jìn)行分析，避免高濃度二英“記憶效應(yīng)”的影響。

（九）清灰控制“記憶效應(yīng)”影響

檢修期間徹底清除水平煙道受熱面、煙道底部、煙道出口變徑處的積灰。運(yùn)行期間激波清灰、振打清灰運(yùn)行正常。檢修期間清理布袋除塵器、旁路煙道、熱風(fēng)循環(huán)煙道、布袋除塵器出口至煙囪取樣點(diǎn)之間的主煙道內(nèi)部灰塵，消除二英的“記憶效應(yīng)”影響。檢修期間爐膛內(nèi)壁清焦徹底，一、二次風(fēng)各進(jìn)風(fēng)口結(jié)焦清理，更換變形、磨損的風(fēng)口，修復(fù)或更換測量異常的溫度測點(diǎn)（圖3）。

（十）啟停爐控制

啟停爐過程中二英排放不易受控，特別是啟爐時二英排放量會成倍增加，同時會產(chǎn)生一定二英“記憶效應(yīng)”，應(yīng)盡量減少焚燒爐啟停爐次數(shù)。啟爐時，爐膛主控溫度區(qū)升至850 ℃后，焚燒爐開始投入垃圾，并應(yīng)在4個小時內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定工況。停爐時，當(dāng)爐膛主控溫度區(qū)溫度低于850 ℃時，應(yīng)立即啟動輔助燃燒器保持溫度850 ℃，直至爐內(nèi)垃圾燃盡。焚燒爐在啟動、停止、壓火時，應(yīng)啟用或保持煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行，適量增加脫酸劑和活性炭噴射量。當(dāng)啟動工況正常后，恢復(fù)脫酸劑和活性炭正常噴射量；在停止和壓火工況時，應(yīng)待焚燒爐全部停止運(yùn)行后再終止凈化系統(tǒng)運(yùn)行。停爐時應(yīng)對鍋爐受熱面、布袋除塵設(shè)備、SCR催化劑（若配有）及第一、二、三煙道等進(jìn)行徹底吹灰，消除二英“記憶效應(yīng)”的影響。啟爐前應(yīng)檢查煙氣管道、布袋除塵設(shè)施是否有泄漏，及時修復(fù)漏點(diǎn)。檢查脫酸劑、活性炭等環(huán)保物料給料系統(tǒng)是否正常，及時處理。應(yīng)嚴(yán)格控制焚燒爐啟停爐時間和故障或事故的時間，一個自然年內(nèi)累計(jì)不應(yīng)超過60 h，焚燒爐每次故障或者事故持續(xù)時間不應(yīng)超過4 h。宜保持每條焚燒線年運(yùn)行時間不低于8000 h且不宜超過8400 h。盡可能減少焚燒生產(chǎn)線停運(yùn)頻次，建議做到年度計(jì)劃檢修與非計(jì)劃檢修次數(shù)不超過4次。

四、垃圾焚燒二英深度控制技術(shù)工程應(yīng)用效果

一是開展了400 t級焚燒爐和750 t級焚燒爐沿程二英產(chǎn)生規(guī)律及減排方法的研究，研究結(jié)果表明：焚燒爐在額定設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行時，“850 ℃/2 s＋活性炭吸附＋布袋除塵”可以實(shí)現(xiàn)二英達(dá)到GB 18485—2014排放水平；“3T＋E”穩(wěn)定控制與6段煙氣凈化工藝組合，煙氣二英排放數(shù)值可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)于GB 18485—2014、《歐洲議會和歐盟理事會關(guān)于工業(yè)排放的第2010/75/EU號指令》一個數(shù)量級的超低排放水平。

二是開展了垃圾焚燒爐協(xié)同處置其他固廢（市政污泥、餐廚垃圾及醫(yī)療廢物等）對二英的影響，研究結(jié)果表明：摻燒5%污泥不會提高垃圾焚燒廠二英的排放水平；按照餐廚垃圾與生活垃圾1 ： 5單獨(dú)摻燒餐廚垃圾與協(xié)同摻燒餐廚垃圾和市政干污泥相比對二英排放濃度影響不大；開展了垃圾焚燒爐二英固—?dú)狻喝嘞鄳B(tài)分布研究，解釋了二英同系物的濃度水平變化規(guī)律，由于液相二英濃度占比均值達(dá)到了53.7%，認(rèn)為不可以忽略對液相二英的毒性當(dāng)量研究。除此之外，設(shè)計(jì)并開發(fā)了二英高溫取樣裝置。

三是開展了SCR脫硝系統(tǒng)協(xié)同脫除焚燒煙氣二英的機(jī)理研究。研究結(jié)果證明了SCR對二英具有良好的協(xié)同脫除效果，這為常規(guī)“3T＋E”及煙氣處理工藝不能滿足二英達(dá)標(biāo)排放要求時提供了新的二英削減路徑。開展了濕法脫酸系統(tǒng)對二英排放水平的影響研究，研究結(jié)果表明要關(guān)注濕法填料對二英的“記憶效應(yīng)”影響。

四是開展了生活垃圾分類對煙氣末端二英排放的影響。生活垃圾分類能夠顯著降低煙氣末端二英排放水平，有助于實(shí)現(xiàn)垃圾焚燒二英超低排放目標(biāo)。對四條焚燒線示范工程開展了六個月連續(xù)二英檢測分析，以達(dá)成垃圾焚燒特征污染物全過程減排示范工程處理規(guī)模達(dá)到1400 t/d、生活垃圾焚燒特征污染物全過程減排示范工程二英排放濃度小于0.05 ng I-TEQ/Nm3的目標(biāo)。

五、結(jié)論

通過掌握垃圾焚燒二英沿程排放規(guī)律，形成了系列二英深度控制技術(shù)，成功應(yīng)用于實(shí)際工程。技術(shù)要點(diǎn)包括：焚燒爐參數(shù)優(yōu)化和煙氣凈化工藝設(shè)計(jì)是減少二英排放的基礎(chǔ)，“3T+E”能夠確保絕大部分二英實(shí)現(xiàn)高溫分解，活性炭與布袋除塵的組合能夠確保去除低溫再合成二英，煙道清灰可以減少積灰吸附的二英產(chǎn)生的“記憶效應(yīng)”，使用SCR催化劑協(xié)同脫除二英可進(jìn)一步降低煙氣二英?；谏鲜黾夹g(shù)，對四條焚燒線示范工程進(jìn)行了六個月連續(xù)二英檢測分析，結(jié)果顯示二英排放濃度低于0.05 ng I-TEQ/Nm3，達(dá)到GB 18485—2014中0.1ng I-TEQ/Nm3的限值要求。

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（責(zé)任編輯：榮榮）