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摘要：生活垃圾带来严重的环境污染。如何处理和利用这些垃圾,变废为宝,是全球范围内普遍关注的问题。目前,我国已有一些城市引进国外技术或采用国内自行开发的技术建设了一批垃圾焚烧发电厂,为了推动我国垃圾焚烧技术的良好发展,避免二次污染原国家环保总局已发布《生活垃圾焚烧污染控制标准》建设部也发布《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》。
关键词垃圾焚烧烟气净化
1烟气的产生与组分：垃圾焚烧厂产生的烟气主要有:酸性气体(HCl、HF、SOx等)、粉尘(颗粒物)、重金属(Hg、Pb、Cr等)和有机剧毒性污染物(二恶英、呋喃等)等几大类。1.1酸性气体(SOx、HCl、HF)：HCl和HF主要是由于垃圾中的氯或含氯塑料、树脂以及其他有机物在焚烧过程中产生的。烟气中原始HCl含量为600～1200mg/m3,HF含量为1～20mg/m3;SOx主要是由垃圾中所含的硫化合物在焚烧过程中产生的,其中以SO2为主,在重金属的催化作用下,则会生成少量SO3,烟气中原始SOx含量为200～800mg/m3。1.2粉尘：主要由焚烧产物中的无机组分构成,粒度范围≤200μm。通常在余热锅炉出口处,烟气的含尘量为2000～6000mg/m3。1.3重金属：重金属包括Hg、Cd、Pb、As等,主要来自垃圾中的废电池、日光灯管、含重金属的涂料、油漆等。余热锅炉出口处烟气中Hg含量为0.1～0.6mg/m3,其他重金属含量为5～30mg/m3。1.4二恶英和呋喃等有机物：垃圾在燃烧过程中还会产生二恶英类毒性很强的三环芳香族有机化合物,其已被世界卫生组织列为一级致癌物质。多氯二苯并二恶英(PCDD)及多氯二苯呋喃(PCDF)分别有75个和135个异构体,其中以2,3,7,7-四氯二苯并二恶英(2,3,7,8-TCDD)的毒性为最强。二恶英及呋喃主要是由含氯杀虫剂、除锈剂、塑料、合成树脂等成分的废弃物焚烧时产生的。当烟气温度达到850℃,停留时间≥2s且O2>6%时即可分解成二氧化碳和水等物质。
2烟气净化工艺选择：通常情况下,烟气净化工艺主要针对酸性气体(HCI、HF、SOx)、颗粒物、重金属及有机毒物二恶英等进行控制。1酸性气体脱除工艺的选择：酸性气体净化工艺按照有无废水排出分为干法、半干法和湿法三种,每种工艺有其组合形式,也各有优缺点。干法除酸：干法除酸可以有两种方式,一种是干式反应塔,干性药剂和酸性气体在反应塔内进行反应,然后一部分未反应的药剂随气体进入除尘器内与酸进行反应。另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂,药剂在除尘器内和酸性气体反应。除酸的药剂大多采用消石灰,让消石灰微粒表面直接和酸气接触,产生化学中和反应,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。消石灰吸附HCl等酸性气体并起中和反应,要有一个合适温度,约140℃,而从余热锅炉出来的烟气温度往往高于这个温度,为增加反应塔的脱酸效率,需通过换热器或喷水调整烟气温度,一般采用喷水法来实现降温。半干法除酸：半干法除酸的吸收剂一般采用氧化钙(CaO)或氢氧化钙(Ca(OH)2)为原料,制备成Ca(OH)2溶液,在烟气净化工艺流程中通常置于除尘设备之前,因为注入石灰浆后在反应塔中形成大量的颗粒物,必须由除尘器收集去除。由喷嘴或旋转喷雾器将Ca(OH)2溶液喷入反应器中,形成粒径极小的液滴。由于水分的挥发从而降低废气的温度并提高其湿度,使酸气与石灰浆反应成为盐类,掉落至底部。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,其主要目的均为维持烟气与石灰浆微粒充分反应的接触时间,以获得高的除酸效率。半干式反应塔内未反应完全的石灰,可随烟气进入除尘器,若除尘设备采用袋式除尘器,部分未反应物将附着于滤袋上与通过滤袋的酸气再次反应,使脱酸效率进一步提高,相应提高了石灰浆的利用率。2除尘工艺的选择：垃圾焚烧厂的粉尘控制可以采用静电分离、过滤、离心沉降及湿法洗涤等几种形式。常见的设备有电除尘器、布袋除尘器、文丘里洗涤器等。文丘里除尘器的能耗高且存在后续的水处理问题,所以此处仅对静电除尘器和布袋除尘器进行比较。袋式除尘器可除去粒状污染物及重金属。袋式除尘器通常包含多组密闭集尘单元,其中包含多个由笼骨支撑的滤袋。烟气由袋式除尘器下半部进入,然后由下向上流动,当含尘烟气流经滤袋时,粒状污染物被滤布过滤,并附着在滤布上。滤袋清灰方法通常有下列三种:反吹清灰法、摇动清除法及脉冲喷射清除法。清除下来的粉尘掉落至灰斗并被运走。在袋式除尘器的设计上,气布比是非常重要的因素,对投资费用及去除效率有决定性的影响。袋式除尘器的缺点是滤袋材质脆弱;对烟气高温、化学腐蚀、堵塞及破裂等问题甚为敏感。由于薄膜本身的低表面摩擦系数、疏水性及耐温、抗化学特性,使过滤材料拥有极佳的捕集效果。袋式除尘器目前已广泛应用于新建的城市垃圾焚烧厂及老厂改造上。随着环保要求的日益严格,电除尘器不仅不能满足脱除有机物(二恶英等)、重金属的需要同时也不能满足粉尘排放的要求,所以,现在已基本不再采用静电除尘器作为焚烧垃圾厂的粉尘处理装置。GB18485—2001《生活垃圾焚烧污染控制标准》中明确规定生活垃圾焚烧炉除尘装置必须采用布袋除尘器3NOx去除工艺的选择：NOx的去除工艺有选择性非催化还原法(SNCR)、选择性催化还原法(SCR)等。SCR法：SCR法是在催化剂的存在下NOx被还原成N2,为了达到SCR法还原反应所需的400℃温度,烟气在进入催化脱氮器之前需要加热,试验证明SCR法可以将NOx排放浓度控制在50mg/m3以下。SNCR法：SNCR法是在高温(800～1000℃)条件下,利用还原剂将NOx还原成N2。SNCR法不需要催化剂,但其还原反应所需的温度比SCR法高得多,因此需设置在焚烧炉膛内完成。该工艺是以氨水(NH3?H2O)或尿素作为还原剂,将其喷入焚烧炉内,在有O2存在的情况下,温度为850～1050℃之范围内,与NOx进行选择性反应,使NOx还原为N2和H2O,达到脱NOx之目的。两种方法相比较,SCR法不仅需要催化剂,同时还要在除尘器后进行重新加热,需要耗用大量热能,因此,工程上SNCR法比SCR法应用得更多一些。4重金属及二恶英去除工艺的选择：垃圾焚烧产生废气中挥发状态的重金属污染物,部分在温度降低时可自行凝结成颗粒、在飞灰表面凝结或被吸附,从而被布袋除尘器收集去除。因此,垃圾焚烧烟气净化系统的温度越低,则重金属的净化效果越好。部分无法凝结及被吸附的重金属的氯化物,可利用其溶于水的特性,经湿式洗气塔液自废气中吸收下来。二恶英控制及净化工艺：在生活垃圾焚烧过程中,垃圾中的含氯有机化合物如氯乙烯、氯化苯、五氯苯酚等物质,在适宜温度并在氯化铁和氯化铜的催化作用下与O2、HCl反应,通过分子重排、自由基综合、脱氯等过程生成二恶英类物质(PCDD、PCDF)。二恶英类物质的控制措施应包括以下几个方面:(1)源头控制含氯垃圾进入焚烧炉;(2)控制烟气在炉膛内的停留时间和温度,使垃圾充分燃烧;(3)控制进入除尘器入口的温度低于200℃,防止焚烧后再合成;(4)采用活性碳+布袋净化除去二恶英类物质。
3结论
通过上述分析可以看出,采用“SNCR系统?—半干式反应塔系统—石灰浆系统—活性炭系统—布袋除尘器系统”的工艺,可使垃圾焚烧炉排放的烟气中各种污染物浓度均达到欧盟2000标准。