國(guó)內(nèi)某垃圾焚燒發(fā)電廠二噁英檢測(cè)超標(biāo)情況調(diào)研及應(yīng)對(duì)措施

文_黃翩翩 上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司

二噁英類化合物是指那些能與芳香烴受體Ah-R結(jié)合并能導(dǎo)致一系列生物化學(xué)效應(yīng)的一大類化合物的總稱。目前我國(guó)大氣中的二噁英主要來(lái)自鋼鐵和有色金屬冶煉、汽車尾氣、焚燒產(chǎn)物。據(jù)有關(guān)資料表明，由于垃圾焚燒廠基本都采取了有效的煙氣處理設(shè)施，目前我國(guó)垃圾焚燒廠向大氣排放的二噁英已大幅降低，僅占總量的1.4%。

然而由于二噁英為無(wú)色、無(wú)味的一類致癌物，而且其又不像其它污染物那樣能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，民眾對(duì)有關(guān)二噁英的控制和排放表現(xiàn)出極大關(guān)注。我國(guó)對(duì)垃圾焚燒廠二噁英的排放也制定了極為嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，已達(dá)到了國(guó)際最嚴(yán)格的歐盟2010的排放要求。

1 垃圾焚燒廠簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為600t/d，焚燒爐采用往復(fù)式逆推機(jī)械爐排焚燒爐。設(shè)1臺(tái)余熱鍋爐和1臺(tái)12MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。煙氣凈化采用“SNCR爐內(nèi)脫氮＋半干法旋轉(zhuǎn)霧化器脫酸＋干法噴射+活性炭吸附＋布袋除塵”的工藝。焚燒廠主要設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2 垃圾焚燒廠現(xiàn)狀調(diào)研

從運(yùn)行情況看，本項(xiàng)目煙氣指標(biāo)基本滿足國(guó)標(biāo)排放要求，但是在某次環(huán)保檢查中發(fā)現(xiàn)，二噁英排放濃度為0.15ngTEQ/Nm3，超過(guò)我國(guó)《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（國(guó)標(biāo)GB18485-2014）中0.1ngTEQ/Nm3的排放要求。

目前國(guó)內(nèi)外降低垃圾焚燒后煙氣二噁英的措施主要集中在兩個(gè)方面：①?gòu)娜紵矫妫菏估浞秩紵?，并?yán)格控制煙氣在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間和溫度（即煙氣溫度在850℃保證停留2秒以上）。②從煙氣處理方面：采用高效的吸附劑（通常為活性炭）+布袋除塵器的工藝，將活性炭以氣動(dòng)形式通過(guò)噴射風(fēng)機(jī)噴入除塵器前的煙道中，通過(guò)在濾袋上和煙氣的接觸進(jìn)行吸附去除二噁英類物質(zhì)。

基于上述原因，這次調(diào)研主要從燃燒和煙氣處理這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。

2.1 燃燒系統(tǒng)的運(yùn)行情況

垃圾焚燒設(shè)備主要包括焚燒爐、余熱鍋爐、輔助燃燒系統(tǒng)和燃燒空氣系統(tǒng)。

本項(xiàng)目焚燒爐為往復(fù)式逆推機(jī)械爐排，該爐排運(yùn)行一年多基本故障率和爐排片更換率較少，從爐渣檢測(cè)數(shù)據(jù)看熱灼減率也都低于5%，因此焚燒爐方面沒(méi)有太大問(wèn)題。

本項(xiàng)目余熱鍋爐蒸汽參數(shù)設(shè)計(jì)值為4.0MPa，450℃，鍋爐額定蒸發(fā)量為52t/h。本項(xiàng)目鍋爐為臥式布置結(jié)構(gòu)，其中鍋爐一通道水冷壁表面澆筑了耐火材料層（即衛(wèi)燃帶），其主要作用就是減小鍋爐管束的吸熱，保障整個(gè)爐膛主控溫度區(qū)空間的溫度達(dá)到850℃。

根據(jù)運(yùn)行資料顯示，鍋爐爐膛的平均溫度為970℃，而且鍋爐一通道最上部的兩個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)溫度也都超過(guò)了900℃。一通道爐膛截面積為42.56m2(寬10.64m、深4m)，按額定煙氣量110110Nm3/h計(jì)算可知，煙氣在一通道的平均流速為3.3m/s。二次風(fēng)噴嘴最高點(diǎn)標(biāo)高約為15m，一通道最高處溫度測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高約為28m，該段距離達(dá)到13m，故煙氣在900℃以上的停留時(shí)間達(dá)到了3.9s。因此從煙氣停留上看完全滿足850℃停留2s的要求。

輔助燃燒系統(tǒng)包括點(diǎn)火和輔助燃燒器，其作用是焚燒爐點(diǎn)火時(shí)爐內(nèi)在無(wú)垃圾狀態(tài)下，通過(guò)輔助燃料燃燒使?fàn)t出口溫度至額定運(yùn)轉(zhuǎn)溫度（850℃以上），然后才能開始向爐內(nèi)投入垃圾，以防止垃圾在爐內(nèi)低溫狀態(tài)投入造成二噁英等污染物超標(biāo)。

同樣在正常停爐過(guò)程中，在爐內(nèi)垃圾未完全燃盡狀態(tài)下也需要燃燒器投入來(lái)維持爐內(nèi)煙氣溫度在850℃以上，同時(shí)使燃燒爐排上殘留的未燃物完全燃燒。由于焚燒爐的運(yùn)行負(fù)荷一般為60%～110%，因此一般認(rèn)為點(diǎn)火燃燒器與助燃燃燒器的功率之和達(dá)到焚燒爐額定工況（MCR）下垃圾燃燒負(fù)荷的60%以上即可認(rèn)為能夠獨(dú)立將爐膛溫度加熱至850℃。

本項(xiàng)目焚燒爐設(shè)置了3臺(tái)4.5MW的點(diǎn)火燃燒器，沒(méi)有設(shè)置輔助燃燒器。根據(jù)垃圾熱值6093kJ/Kg和垃圾處理量25000kg/h計(jì)算得到焚燒爐的額定熱負(fù)荷為42.3MW，現(xiàn)階段燃燒器功率僅為額定負(fù)荷的32%，難以滿足要求。

從運(yùn)行人員處了解到本項(xiàng)目點(diǎn)火燃燒器在焚燒爐點(diǎn)火階段僅能將爐膛溫度加熱到400℃，因此后續(xù)還需要增加輔助燃燒器，以滿足850℃垃圾投料的環(huán)保要求。目前本項(xiàng)目已經(jīng)考慮在焚燒爐側(cè)墻設(shè)置兩臺(tái)8MW的輔助燃燒器，則加裝后燃燒器總的功率達(dá)到29.5MW，達(dá)到焚燒爐額定負(fù)荷的70%，也可滿足規(guī)范的要求。

在垃圾的燃燒過(guò)程中，空氣起著非常重要的作用，它提供燃燒所需要的氧氣，使垃圾能充分燃燒，并根據(jù)垃圾的變化調(diào)節(jié)用量，使焚燒正常運(yùn)行，煙氣充分混合。本焚燒爐的空氣系統(tǒng)由一次風(fēng)、二次風(fēng)、一二次風(fēng)預(yù)熱器及風(fēng)機(jī)風(fēng)道組成。

2.1.1 一次風(fēng)

一次風(fēng)取自于垃圾倉(cāng)，可以使垃圾倉(cāng)保持一定的負(fù)壓，防止倉(cāng)內(nèi)臭氣的外逸并降低垃圾倉(cāng)內(nèi)可燃?xì)怏w濃度。每臺(tái)焚燒爐設(shè)有1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)由變頻器控制。一次風(fēng)沿爐排組下部進(jìn)入焚燒爐，向上吹至垃圾料層，有效地減少了垃圾表面結(jié)焦。

此外，每個(gè)爐排下灰斗配置獨(dú)立的一次風(fēng)接口可以對(duì)不同爐排區(qū)域的工況進(jìn)行更有效和更準(zhǔn)確的控制。一次風(fēng)送取設(shè)備主要有：進(jìn)口濾網(wǎng)、風(fēng)管、空氣預(yù)熱器、變頻速風(fēng)機(jī)等。MCR工況下，一次風(fēng)風(fēng)量為68360Nm3/h，最高風(fēng)溫為260℃，一次風(fēng)機(jī)風(fēng)壓7500Pa。

2.1.2 二次風(fēng)

二次風(fēng)取自于鍋爐頂部，有利于鍋爐間的散熱。每臺(tái)焚燒爐設(shè)有1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)由變頻器控制。在焚燒爐前后拱的喉口位置設(shè)置了74個(gè)噴嘴（前墻42，后墻32），二次風(fēng)由噴嘴高速噴入焚燒爐，可造成煙氣紊流并使煙氣中的可燃成份進(jìn)一步完全燃燒從而抑制二噁英的產(chǎn)生。MCR工況下，二次風(fēng)風(fēng)量為17090Nm3/h，最大風(fēng)溫為150℃。

根據(jù)本項(xiàng)目一次風(fēng)系統(tǒng)流程，焚燒爐下部設(shè)置四個(gè)風(fēng)管入口（為干燥段、燃燒1、2段和燃盡段），每段入風(fēng)口設(shè)置了調(diào)節(jié)風(fēng)門，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的分段控制，從設(shè)計(jì)上看也較為合理。

二次風(fēng)主要是在焚燒爐出口位置形成湍流，一般風(fēng)速應(yīng)大于50m/s。而根據(jù)運(yùn)行人員介紹，由于本項(xiàng)目為控制爐膛溫度，二次風(fēng)一般都是常溫運(yùn)行，并且二次風(fēng)量一般在10000Nm3/h，結(jié)合二次風(fēng)噴嘴口DN45x4的口徑計(jì)算噴嘴流速還不到40m/s。

經(jīng)過(guò)計(jì)算如果二次風(fēng)采用常溫風(fēng)，流量至少應(yīng)達(dá)到13000Nm3/h才能滿足二次風(fēng)噴嘴流速大于50m/s的要求。

二次風(fēng)的另一個(gè)重要的作用是調(diào)節(jié)鍋爐出口含氧量。鍋爐出口氧含量是顯示垃圾燃燒狀況的重要參數(shù)，對(duì)于生活垃圾，要達(dá)到充分燃燒，需要一定的過(guò)量空氣，比較公認(rèn)的過(guò)量空氣系數(shù)是1.4～1.9（本項(xiàng)目設(shè)計(jì)值為1.7），反應(yīng)在鍋爐出口氧含量上就是6%～10%。

《生活垃圾焚燒處理工程技術(shù)規(guī)范》CJJ90要求焚燒鍋爐出口氧含量應(yīng)控制在6%～10%。本項(xiàng)目運(yùn)行時(shí)鍋爐出口氧含量一般都控制在3%～5%，偏低，主要是因?yàn)闊焽杼幒趿科撸ㄗ罡呖沙^(guò)11%），因此將鍋爐出口氧量降低。

2.2 煙氣處理系統(tǒng)的運(yùn)行情況

本項(xiàng)目煙氣去除二噁英采用活性炭+布袋除塵器的工藝，活性炭采用氣力輸送的方式送入煙道，從工藝設(shè)計(jì)上來(lái)講，是國(guó)內(nèi)外較為通用和可靠的。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料顯示，本項(xiàng)目煙氣處理區(qū)域煙氣額定流量為120300Nm3/h，為保證二噁英的吸附，活性炭與煙氣噴霧比為100mg/m3(NTP)，因此通過(guò)計(jì)算可知，本項(xiàng)目活性炭耗量需要滿足12kg/h。

噴入煙道中的活性炭在與煙氣充分混合后會(huì)吸附重金屬和二噁英，并且在通過(guò)布袋除塵器的濾布被阻留而形成濾層，當(dāng)煙氣通過(guò)由顆粒物形成的濾層，二噁英仍能與濾層中未反應(yīng)的活性炭發(fā)生反應(yīng)而得到進(jìn)一步凈化。因此，合理設(shè)計(jì)通過(guò)布袋的過(guò)濾風(fēng)速也可促進(jìn)二噁英的吸收，一般布袋過(guò)濾風(fēng)速0.7～1m/min即認(rèn)為合理。

本項(xiàng)目布袋除塵器采用PTFE材質(zhì)，濾袋面積為4630m2，設(shè)計(jì)煙氣流量和溫度分別為134000Nm3/h和190℃。根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算本項(xiàng)目的布袋過(guò)濾風(fēng)速為0.82m/min，因此布袋除塵器的設(shè)計(jì)也是較為合理的。

3 建議和措施

通過(guò)對(duì)垃圾焚燒廠現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，認(rèn)為本項(xiàng)目在焚燒和煙氣凈化上均采用了國(guó)內(nèi)較為成熟的工藝，僅從設(shè)計(jì)角度上考慮，基本可以滿足二噁英的排放要求的，但是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)行人員的交流，發(fā)現(xiàn)了一些需要改進(jìn)的地方。

3.1 從燃燒系統(tǒng)考慮

本項(xiàng)目焚燒工藝總體可滿足垃圾充分燃燒，并且鍋爐換熱面的布置和二次風(fēng)噴嘴的設(shè)置也可滿足煙氣850℃停留2s的要求。但是通過(guò)運(yùn)行人員介紹，本項(xiàng)目二次風(fēng)主要是用于控制爐膛溫度，這和二次風(fēng)主要用于控制鍋爐出口含氧量不相符合，這樣在出口含氧量偏低時(shí)，由于沒(méi)有足夠的空氣，垃圾可能會(huì)因?yàn)槿紵怀浞侄鴮?dǎo)致二噁英的生成。

另外本項(xiàng)目鍋爐出口含氧量相對(duì)偏低，建議調(diào)整至6%～10%，而關(guān)于煙囪處含氧量偏高的問(wèn)題，建議排查煙氣系統(tǒng)設(shè)備和管道的密封性，尤其是落灰閥的位置，防止漏風(fēng)情況的發(fā)生。

3.2 從煙氣處理系統(tǒng)考慮

本項(xiàng)目煙氣處理采用了國(guó)內(nèi)外較為普遍的脫除二噁英的工藝。布袋面積和吸附劑的選用也基本滿足規(guī)范的要求。但是從項(xiàng)目活性炭的檢測(cè)報(bào)告上看，本項(xiàng)目活性炭的性能指標(biāo)有一定的偏差，因此建議本項(xiàng)目嚴(yán)格把控活性炭的質(zhì)量，選擇優(yōu)質(zhì)的供貨商，從源頭上保證二噁英的脫除效果。

表2為采購(gòu)活性炭的技術(shù)要求，這其中比表面積和碘吸附值都是需要嚴(yán)格考核的項(xiàng)目。

表2 活性炭質(zhì)量指標(biāo)一覽表

另外，從現(xiàn)場(chǎng)看本項(xiàng)目脫酸塔和除塵器距離較近，為4～5m，可能會(huì)使得噴入煙道內(nèi)的活性炭與煙氣混合時(shí)間較短而導(dǎo)致混合不均勻。如果現(xiàn)場(chǎng)安裝條件允許，建議在這段煙道中加一段變徑管路，增加煙氣的擾動(dòng)使得活性炭和煙氣充分混合。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果及分析，為減少二噁英的排放，本項(xiàng)目需從兩方面改進(jìn)。一方面通過(guò)調(diào)整鍋爐出口含氧量，減少二噁英的生成；另一方面在脫酸塔和除塵器之間的煙道增加變徑管，使得二噁英和煙氣充分混合，同時(shí)嚴(yán)格把控活性炭的質(zhì)量，提高二噁英的去除率，最終實(shí)現(xiàn)二噁英達(dá)標(biāo)排放。