生活垃圾焚燒過程二英控制技術(shù)探討

施勇

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司，合肥 230051）

1 概述

焚燒技術(shù)因其減量化、資源化及無害化等優(yōu)點(diǎn)，近年逐漸成為我國處置生活垃圾的首選方式，但焚燒過程中會產(chǎn)生大量有毒、有害物質(zhì)需要處理，尤其二英污染問題更是各方面關(guān)注的重點(diǎn)。2016年1月1日,《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18485—2014）正式實(shí)施，生活垃圾焚燒爐煙氣中二英排放標(biāo)準(zhǔn)限值從1ngTEQ/m3修訂為0.1ngTEQ/m3。如何保證二英長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放已成為垃圾焚燒企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。

2.1 焚燒前控制

2.2 焚燒過程中控制

現(xiàn)階段我國已建成投產(chǎn)的焚燒爐，大部分處理量都處在350～500t/d，該類爐型蓄熱能力相對較差，當(dāng)遇到熱值低或分散度差的垃圾入爐后，會導(dǎo)致爐溫迅速下降，給后段二英控制帶來諸多問題。近幾年我國焚燒廠大多開始采用600～850t/d焚燒爐，該類爐型蓄熱能力大大加強(qiáng)，正常焚燒時爐溫大多能達(dá)到或超過1000℃,熱分解步驟③都可以完成，二英前驅(qū)物大部分都能完全分解，當(dāng)遇到分散度差的垃圾入爐后，也能很好地保證焚燒爐爐溫≥850℃，充分完成熱分解步驟①和②，保證二英被分解。

從鍋爐出來的煙氣冷卻至300℃～500℃時，在CuCl2、FeCl3等催化劑的作用下，C6H5Cl和C6H4ClOH類前驅(qū)物會重新組合生成二英。圖1反映了不同溫度下二英再合成相對量。從圖1中可以看出，在350℃～450℃是二英再合成的最佳溫度[5]。但現(xiàn)在大多生活垃圾焚燒發(fā)電廠在該溫度區(qū)間并沒有合適的控制措施，增加了二英再次合成的幾率。只有少部分小型垃圾焚燒發(fā)電廠采用小爐型，產(chǎn)生的熱量不回收利用，采用噴水急冷降溫技術(shù)，將煙氣溫度急速冷卻到200℃以下，從而快速躍過二英易合成的溫度區(qū)。但噴水急冷降溫易造成煙氣中的濕度大大增加，這會對后續(xù)袋除塵器的差壓和輸灰系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。

圖1 各溫度相對400℃的二英生成量

2.3 焚燒后控制

2.3.1 活性炭噴射+高效袋式收塵器

活性炭細(xì)粉擁有巨大的表面積及極強(qiáng)的吸附性能，能同時吸附固態(tài)二英和氣態(tài)二英，由于活性炭噴射+高效袋式收塵器組合工藝具有操作容易、前期投入低、費(fèi)效比較高等優(yōu)點(diǎn)，在我國生活垃圾焚燒廠得到廣泛應(yīng)用，但這種組合工藝在實(shí)際運(yùn)用中也存在一定的局限性，二英吸附聚集在飛灰中并未被分解破壞，還須對高濃度含二英的飛灰進(jìn)行后續(xù)處理，同時也會對飛灰固化產(chǎn)生不利影響[6]。由于二英數(shù)值不能在線監(jiān)測，造成活性炭噴入量只是經(jīng)驗(yàn)值，各廠的焚燒爐及燃燒工況千差萬別，實(shí)際產(chǎn)生的二英量也有很大差別，采用經(jīng)驗(yàn)值很難保證二英的實(shí)際排放值能長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放；活性炭的性能指標(biāo)、袋式除塵器的除塵效率對二英的去除效果也有很大影響[7]。

2.3.2 催化分解技術(shù)

實(shí)際采用較多的技術(shù)是將除塵器后的煙氣加熱至180℃～230℃，進(jìn)入SCR反應(yīng)器進(jìn)行脫硝反應(yīng)，同時完成部分二英催化降解，該技術(shù)在國內(nèi)多個垃圾焚燒發(fā)電廠已有多套應(yīng)用實(shí)例。袋式除塵器出口二英濃度控制在0.1ng/Nm3，經(jīng)過SCR反應(yīng)器后的濃度可降至0.05ng/Nm3以下，脫除效率〉50%。

國內(nèi)外已有廠商嘗試開發(fā)濾袋除塵之外的功能，如將催化劑浸漬在濾袋纖維上，開發(fā)出帶有除塵、脫硝、脫二英等多功能的濾袋。根據(jù)有關(guān)資料，荷蘭焚燒（泰國）有限公司在某垃圾焚燒發(fā)電廠采用二層（一層除塵、二層浸漬催化劑脫除二英）布袋，運(yùn)行時不再噴射活性炭，二英的測量結(jié)果是：進(jìn)口濃度6ng/Nm3、出口＜0.02ng/Nm3、脫除效率〉99.5%、粉塵排放＜3mg/Nm3。

2.3.3 其他技術(shù)

3 飛灰的處理技術(shù)

垃圾焚燒飛灰占入爐焚燒垃圾處理總量的3%～5%，是由煙氣凈化裝置收集的細(xì)顆粒物質(zhì)，包括用化學(xué)藥劑處理煙氣時產(chǎn)生的飛灰（注入的化學(xué)藥劑及化學(xué)反應(yīng)后的產(chǎn)物），其在灰渣中占10%～20%（質(zhì)量計(jì)）。某垃圾焚燒發(fā)電廠飛灰呈灰黑色，含水率約為3%、密度為2.43g/cm3、比表面積233cm3/g；顆粒尺寸細(xì)小，45μm篩余為30.4%，80μm篩余為5.5%。其化學(xué)分析、重金屬分析以及二英毒性分析結(jié)果分別見表1、表2和表3。

表1 某垃圾焚燒發(fā)電廠飛灰化學(xué)分析/%

表2 飛灰中重金屬含量ICP方法測定結(jié)果/（mg/kg）

表3 二英毒性分析（17個2,3,7,8－PCDD/Fs）

表3 二英毒性分析（17個2,3,7,8－PCDD/Fs）

飛灰-1 7.24 0.754 0.678飛灰-2 6.90 0.722 0.651飛灰-3 8.24 0.826 0.742

3.1 飛灰控制技術(shù)

目前廣泛采用的技術(shù)是飛灰穩(wěn)定化，主要針對處理重金屬和溶解鹽，而對二英并無破壞或降解作用。飛灰經(jīng)過穩(wěn)定固化后就離開了垃圾焚燒發(fā)電廠進(jìn)入填埋廠或其他處理工廠，這造成二英只是被捕集，并沒有很好被處理。因此，飛灰成為生活垃圾焚燒全過程二英污染控制和風(fēng)險管理中最為薄弱的環(huán)節(jié)。

3.2 水泥窯協(xié)同技術(shù)

水泥窯協(xié)同處置生活垃圾焚燒飛灰，通過氣力輸送管道將飛灰送至儲倉中，根據(jù)不同技術(shù)特點(diǎn)再進(jìn)行下一步工藝處理，現(xiàn)階段較成熟的技術(shù)有窯頭投加和窯尾投加兩種工藝路線。

3.2.1 窯頭投加

窯頭投加是利用水泥窯噴煤管的噴射技術(shù)，將原燃燒器從三通道改成四通道，利用正壓輸送將飛灰噴射至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)燒成區(qū)煅燒溫度高，物料的煅燒溫度為1450℃，窯內(nèi)氣體最高溫度達(dá)2000℃，遠(yuǎn)高于焚燒爐的850℃和1200℃，二英可以被徹底破壞；物料停留時間長，氣體在超過1000℃的區(qū)域停留時間長達(dá)8s，而在焚燒爐中則只有2s；水泥窯中的堿性氣氛有利于揮發(fā)分在氣體階段進(jìn)行吸附，對HF、HCl、SO2有很強(qiáng)的中和作用；1450℃時的熟料反應(yīng)溫度可把重金屬以化學(xué)方式固化到熟料中，且由于硬化水泥石的致密性，經(jīng)適當(dāng)處理，可以有效阻止飛灰中有害物質(zhì)的溶出；廢氣的冷卻速度較快，避免了二英與呋喃的重新合成。焚燒飛灰顆粒微細(xì)，比表面積大，除少量有害物質(zhì)和氯、硫、堿含量過高外，主要成分不僅與水泥熟料相近，而且與水泥工業(yè)普遍利用的粉煤灰、礦渣等廢物差別不大，可以作為原料的一部分得到充分利用，徹底實(shí)現(xiàn)資源化而避免進(jìn)入填埋場。飛灰中含有大量的氯離子，會造成窯內(nèi)硫結(jié)圈和預(yù)熱器氯結(jié)皮，生產(chǎn)過程中需進(jìn)行旁路放風(fēng)。

3.2.2 窯尾投加限公司建設(shè)了一套生活垃圾焚燒飛灰水泥窯協(xié)同處置示范線（主要工藝流程見圖2）。入窯飛灰中的二英削減率在99%以上，對飛灰中的二英實(shí)現(xiàn)了較為徹底的降解[11]。

圖2 水洗+水泥窯協(xié)同處置飛灰工藝流程圖

4 建議和展望