[科普中国]-垃圾焚烧烟气

目录1.释义2.垃圾焚烧烟气的特点3.垃圾焚烧气体的危害4.垃圾焚烧排放烟气连续监测5.垃圾焚烧烟气净化技术释义

垃圾在焚烧过程中，由于高温热分解、氧化的作用，燃烧物及其产物的体积和粒度减小，其中的不可燃物大部分滞留在炉排上以炉渣的形式排出，一小部分质小体轻的物质在气流携带及热泳力作用下，与焚烧产生的高温气体一起在炉膛内上升，经过热交换后从锅炉出口排出，形成含有颗粒物即飞灰的烟气流。飞灰中可能含有各种较高浸出浓度的重金属元素，如Pb、Cr、Cd等，属于要控制的危险废物的范畴。研究表明，垃圾焚烧飞灰中还含有二噁英，其含量超过了废弃物排放标准，必须经有效处理，才能进行填埋、资源化利用等最终处理。2生活垃圾焚烧处理后的烟气成分及数值与垃圾组成、燃烧方式、烟气处理工艺及设备有密切关系。同其他烟气相对比，其含HCl和O2浓度较高，粉尘中的盐分特别高。焚烧过程中一些PVC、橡胶等物质会产生有害气体，可与粉尘反应，转换成粉尘的一部分。垃圾中挥发性氯元素转化为HCl的转化率为100%，燃烧性硫转化为SO2的转化率也接近100%，氮元素转化为NOx的转化率为10%。

垃圾焚烧烟气的特点(1) 3污染物危害大，治理要求高 生活垃圾焚烧烟气的污染物包括：颗粒物(飞灰、粉尘)、酸性气体(HCl、HF、SO2、NO2等)、有机氯化物(二嗯英、呋喃)、重金属(Hg、Cd、Pb等)。在颗粒物中含有多种有毒物质，需要进行无害处理(如烧结、融化结晶、水泥固化、药剂中和等)，才可填埋或作为路基材料使用；酸性气体具有剧烈腐蚀性和刺激性，影响生态环境；有机氯化物中，二嗯英是剧毒致癌物质；重金属元素直接危害人体健康。

(2) 烟气湿度高，露点温度高 生活垃圾自身含水分较高并且多变，使焚烧烟气的含湿量较高，一般为25%～35%，最高可达50%～60%。同时由于烟气中含有酸性气体，因而烟气露点温度高达130～140℃。系统设计及设备选型必须充分考虑防结露、耐腐蚀措施。

(3) 烟气温度变化范围大，对温度控制要求高 由于垃圾成分、热值、含水率的多变以及燃烧工况的不稳定，造成烟气温度大幅度波动。、通常，余热锅炉出口温度为2000C左右，但瞬时高温可超过300℃，瞬时低温可低于150℃，需采取调温、控温措施。此外，250～600℃为二嗯英再聚合的适宜温度段，在选择冷却方式时应予规避。

(4) 烟尘颗粒细、密度小，并且有较强的吸湿性垃圾焚烧烟尘的平均粒径为20～30μm，小于30μm的占50%～60%，真密度为2.2～2.3g/cm，堆积密度仅为0.3～0.5g/cm。烟尘中脱酸生成物CaCl2，CaSO3等具有较强的吸湿粘附性，在管路、除尘器清灰以及输灰设计中应采取相应预防措施。

(5) 腐蚀性强垃圾焚烧烟气中含有HCl、SOx、HF、NOx。等多种酸性气体以及水分，烟气露点温度较高。当烟气温度控制不当时，容易产生积结，对反应塔、除尘器及烟道阀门具有较强的腐蚀性。在高湿低温条件下还会引起化纤滤料水解，使用寿命缩短。

垃圾焚烧气体的危害垃圾焚烧烟气中污染物会对周围环境和人体健康造成严重危害。主要表现：酸性气体(HCl、NOx和SO2等)对周围环境危害严重。HCl对人体危害可能腐蚀皮肤和黏膜，致使声音嘶哑、鼻黏膜溃疡、眼角膜浑浊、咳嗽直至咯血，严重者出现肺水肿以至死亡。对于植物，HCl会导致叶子褪色，进而坏死。HCI还会危害垃圾焚烧设备，会造成炉膛受热面的高温腐蚀损毁和尾部受热面的低温腐蚀。NOx对人体和动物的各组织都有损害，浓度达到一定程度会造成人和动物死亡，危害人类的生存环境。SO2对人体影响是呼吸系统，严重可引起肺气肿，甚至死亡。重金属的危害在于它不能被微生物分解且能在生物体内富集(生物累积效应)或形成其他毒性更强的化合物，通过食物链它们最终对人体造成危害。垃圾焚烧产生的粉尘中含有的重金属元素，在这些污染物中含有致癌、致突变、致畸化合物。二噁英等物质有剧毒，易溶于脂肪，易在生物体内积聚，能引起皮肤痤疮、头痛、失聪、忧郁、失眠等症状，即使很微量的情况下，长期摄取也会引起癌症、畸形等。我国正处于垃圾焚烧发展初期，尤其应关注垃圾焚烧的二次污染对人类造成的严重危害，二次污染物的控制技术是垃圾焚烧处理技术中的重要环节。

垃圾焚烧排放烟气连续监测垃圾焚烧排放气体组成包括CO2、CO、SO2、NO、NO2、HCI、HF、NH3、H2O、O2等。由于排放气体中含有大量水分，如果冷却后再进行测量，CO2、SO2、HCl、HF、NH3等组分会溶于凝结水并和水一起排放掉，测量的误差很大，使测量结果失去意义。此外，HCI、HF溶于水形成强酸对样品系统的腐蚀性很强，设备难以长期运行。采用高温测量技术则可解决上述问题。4可使用西克麦哈克公司提供的垃圾焚烧烟气排放连续监测系统包括MCSlOOE高温型分析仪器和MCSl00HW高温型取样系统。

垃圾焚烧烟气净化技术5焚烧烟气在排入大气之前必须进行净化处理，使之达到排放标准。高效的焚烧烟气净化系统的设计和运行管理是防止垃圾焚烧厂二次污染的关键。烟气净化系统主要包括烟气除尘和烟气吸收净化两个部分。除尘器主要用于去除颗粒物，而其他污染物主要依靠烟气吸收净化装置去除。6焚烧烟气净化目前主要有湿法净化、半干法净化、干法净化、NQ净化、活性炭喷射等工艺。每种工艺有多种组合方式，也各有其优缺点，以下对各种净化工艺进行探讨。

(一) 湿法烟气净化工艺

该工艺在少数经济及技术发达的国家应用较多，通常是将烟气温度冷却至70℃左右，然后利用碱液对烟气进行清洗，其对HCl及SO2去除率高达95%以上，典型的工艺组成为喷射干燥器(调节控制烟气温度、清除较大颗粒物)+袋式除尘器(清除烟气中颗粒物)+烟气洗涤器(除酸并进一步除尘)。

烟气洗涤器吸收效率是由酸性气体扩散至碱性吸收液滴的速度所控制，必须尽可能增加气液相接触的时间及面积，以及增加提升液滴中吸收剂的浓度。

烟气洗涤器通常使用的碱液为NaOH溶液或Ca(OH)2溶液。在大规模的系统中通常采用消石灰溶液。消石灰溶液与酸性气体反应后形成碱盐，其循环洗涤水必须经澄清浓缩及过滤，以防止在设备中沉积，另外洗涤后的废水成分复杂，需作进一步处理后排放。

湿法烟气净化在国外的多年实绩验证可见，其对酸性物质、有机污染物及重金属有着高去除效率(相对干法、半干法)，是今后垃圾焚烧烟气净化的发展趋势。但也有其不足之处，主要表现在：产生高浓度无机氯盐及重金属的废水，需处理达标后方可排放；处理后烟气温度降低到露点以下，需再加热到140℃左右，以防止烟囱出口形成白烟现象；设备投资(为半干法的1．75倍)、运行费用也较高。

(二) 半干法烟气净化工艺

半干法烟气净化工艺是目前国内外垃圾焚烧厂广泛采用的一种垃圾焚烧烟气处理技术。其吸收剂主要采用Ca(OH)2溶液，典型工艺组合形式为喷雾干燥吸收塔+袋式除尘器。

工艺流程是石灰通过石灰浆制备系统形成石灰浆溶液(浓度10%)，然后输送至吸收塔顶的石灰浆高位槽；由高位槽入吸收塔上的喷嘴(喷嘴形式分为固定喷嘴和高速旋转喷嘴两种)，以喷雾的形式在吸收塔内完成对气态污染物的净化过程。石灰浆溶液中的水分在烟气的高温下蒸发，反应残留物则以干态的形式从吸收塔下部排出，携带有大量颗粒物的烟气从吸收塔排出后进入除尘器，经过除尘净化处理后经烟囱排放到大气中。在系统运行过程中，为了减少石灰吸收剂的用量，也可考虑将吸收塔下部排出含有大量未反应的吸收剂再次进入系统内部再循环。

吸收塔内烟气和石灰浆常采用顺流设计，也有少部分使用逆流设计。无论采用何种流动方式，其主要目的均为维持烟气与石灰浆微粒有充分反应的接触时间，以获得较高去除效率。半干法烟气净化对焚烧烟气酸性气体的去除率可达85%以上，此外对一般有机污染物及重金属也具有良好的去除效率，而且吸收塔不会产生废水排放。其缺点是对吸收剂品质、操作水平及喷嘴提出了较高的要求。

(三) 干法烟气净化工艺

干法烟气净化工艺是比较传统的垃圾焚烧厂烟气处理工艺，管理方便。在20世纪80年代前采用最多，随着日趋严格的环保标准的推出，其应用的业绩已越来越少。典型工艺组合为干法吸收反应器(或干法管路喷射)+除尘器。

垃圾焚烧产生的烟气直接进入干法反应吸收器(或干法喷射管道)，与吸收器(或管道)内喷入的Ca(OH)2粉末发生化学反应。同时干法反应吸收器还有一定的降温作用，从反应吸收器出来的“气-固”两相混合物进人高效除尘器进一步反应，并经高效过滤后，由烟囱排放到大气中。在该工艺过程中，除尘器捕集的颗粒物中含有大量未反应的吸收剂，为了降低系统的运行成本，可以考虑将其中的一部分回用，将它们混入到新的吸收剂后进入下一轮吸收净化循环。

与上述两种净化工艺相比较，干法净化工艺简单，投资费用低，操作水平要求也不高，也不存在废水的排出。缺点是药剂的使用量(吸收剂实际喷射量)的过量系数一般要达到3以上，除酸效率也只能达50%～80%。由于药剂使用量大，也造成后续设备负荷增加，效率降低。同时，为了增加HCl等气体同吸收剂接触的几率，要求Ca(OH)2微粒能均匀分布在烟气流的横截面中，这对喷头及设备也提出了很高的要求。因而，为了顺应越来越高的环境要求，一般大型的城市垃圾焚烧较少采用此方法。

(四) NOx净化工艺

上述的几种工艺对颗粒物、HCl、SO2等具有很高的净化效率，同时对重金属、二曙英、呋喃等也有较高的去除效率，对NOx的去除效果则不是很明显。随着今后排放标准的提高，对烟气中NOx控制也提上了日程。

目前国外NOx净化工艺主要有两种方法：一是选择性非催化还原法(SNCR)；二是选择性催化还原法(SCR)。前者是以尿素为还原剂，通过向垃圾焚烧炉第二燃烧区的烟气流中有控制喷加来还原，净化效率可达30%～50%，国外一些先进的垃圾焚烧厂已广泛采用此项技术。后者是在催化剂存在的条件下，NOx被还原剂(一般为氨)还原成对环境无害的N2的净化方式，由于有了催化剂该反应不像SNCR需在800～1000℃下进行，在400℃以下即可完成净化。由于烟气经过除尘器后温度较低，为了达到理想的反应温度，在烟气进入催化脱氮器前必须对烟气进行加热。国外实验证明，采用此净化方法其Nq排放可以控制在50mg/m³以下，故是今后焚烧烟气处理配置的发展方向。

(五) 活性炭喷射吸附

为了满足今后越来越严格的垃圾焚烧烟气排放标准，确保重金属(尤其是Hg)和有机毒物(二噁英，呋喃)达到最低的排放，除严格控制焚烧工艺及其相关的技术参数外，国外一些环保工程公司正逐步采用活性炭喷射来吸附上述物质作为烟气净化的辅助措施。

活性炭的特点在于其具有极大的比表面积，因而，即使喷人较少数量的活性炭，只要保证与烟气均匀混合及混合的时间，就可以达到较高的吸附净化效率。其与烟气的均匀混合一般是通过强烈的湍流来实现的，而足够长的接触吸附时间完全可以由后续的袋式除尘器来保证。一般来讲，活性炭的喷射应与袋式除尘器配套使用，活性炭的喷射位置尽可能安置在袋式除尘器的前端管路上(尽量靠前)，这样活性炭通过喷嘴喷人烟气路中，与烟气强烈混合并吸附一定数量的污染物，即使其未达到饱和状态，它还可以吸附在袋式除尘器滤袋上与穿过的烟气再次充分接触，最终达到对重金属及有机毒物的吸附净化，使之降低到最低限度。