生活垃圾焚燒過(guò)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(wú)害化等優(yōu)點(diǎn)，近年逐漸成為我國(guó)處置生活垃圾的首選方式，但焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒、有害物質(zhì)需要處理，尤其二英污染問(wèn)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(zhǎng)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(guò)程中控制

現(xiàn)階段我國(guó)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(duì)較差，當(dāng)遇到熱值低或分散度差的垃圾入爐后，會(huì)導(dǎo)致?tīng)t溫迅速下降，給后段二英控制帶來(lái)諸多問(wèn)題。近幾年我國(guó)焚燒廠大多開(kāi)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(shí)爐溫大多能達(dá)到或超過(guò)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(lái)的煙氣冷卻至300℃～500℃時(shí)，在CuCl2、FeCl3等催化劑的作用下，C6H5Cl和C6H4ClOH類前驅(qū)物會(huì)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(duì)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(méi)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(guò)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(huì)對(duì)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(duì)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(shí)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(guó)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(duì)高濃度含二英的飛灰進(jìn)行后續(xù)處理，同時(shí)也會(huì)對(duì)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(cè)，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(wàn)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(zhǎng)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(duì)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(shí)完成部分二英催化降解，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)多個(gè)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(guò)SCR反應(yīng)器后的濃度可降至0.05ng/Nm3以下，脫除效率〉50%。

國(guó)內(nèi)外已有廠商嘗試開(kāi)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(kāi)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(guó)）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(shí)不再噴射活性炭，二英的測(cè)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(shí)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(jiàn)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(cè)定結(jié)果/（mg/kg）

表3 二英毒性分析（17個(gè)2,3,7,8－PCDD/Fs）

表3 二英毒性分析（17個(gè)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(duì)處理重金屬和溶解鹽，而對(duì)二英并無(wú)破壞或降解作用。飛灰經(jīng)過(guò)穩(wěn)定固化后就離開(kāi)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(méi)有很好被處理。因此，飛灰成為生活垃圾焚燒全過(guò)程二英污染控制和風(fēng)險(xiǎn)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(guò)氣力輸送管道將飛灰送至儲(chǔ)倉(cāng)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(shí)間長(zhǎng)，氣體在超過(guò)1000℃的區(qū)域停留時(shí)間長(zhǎng)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(duì)HF、HCl、SO2有很強(qiáng)的中和作用；1450℃時(shí)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(guò)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(chǎng)。飛灰中含有大量的氯離子，會(huì)造成窯內(nèi)硫結(jié)圈和預(yù)熱器氯結(jié)皮，生產(chǎn)過(guò)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(jiàn)圖2）。入窯飛灰中的二英削減率在99%以上，對(duì)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