國內某垃圾焚燒發電廠二噁英檢測超標情況調研及應對措施

文_黃翩翩 上海環境衛生工程設計院有限公司

二噁英類化合物是指那些能與芳香烴受體Ah-R結合并能導致一系列生物化學效應的一大類化合物的總稱。目前我國大氣中的二噁英主要來自鋼鐵和有色金屬冶煉、汽車尾氣、焚燒產物。據有關資料表明，由于垃圾焚燒廠基本都采取了有效的煙氣處理設施，目前我國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色、無味的一類致癌物，而且其又不像其它污染物那樣能夠實現在線監測，民眾對有關二噁英的控制和排放表現出極大關注。我國對垃圾焚燒廠二噁英的排放也制定了極為嚴格的排放標準，已達到了國際最嚴格的歐盟2010的排放要求。

1 垃圾焚燒廠簡介

本項目建設規模為600t/d，焚燒爐采用往復式逆推機械爐排焚燒爐。設1臺余熱鍋爐和1臺12MW凝汽式汽輪發電機組。煙氣凈化采用“SNCR爐內脫氮＋半干法旋轉霧化器脫酸＋干法噴射+活性炭吸附＋布袋除塵”的工藝。焚燒廠主要設備參數見表1。

表1 主要設備技術參數

2 垃圾焚燒廠現狀調研

從運行情況看，本項目煙氣指標基本滿足國標排放要求，但是在某次環保檢查中發現，二噁英排放濃度為0.15ngTEQ/Nm3，超過我國《生活垃圾焚燒污染控制標準》（國標GB18485-2014）中0.1ngTEQ/Nm3的排放要求。

目前國內外降低垃圾焚燒后煙氣二噁英的措施主要集中在兩個方面：①從燃燒方面：使垃圾充分燃燒，并嚴格控制煙氣在爐膛內的停留時間和溫度（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，將活性炭以氣動形式通過噴射風機噴入除塵器前的煙道中，通過在濾袋上和煙氣的接觸進行吸附去除二噁英類物質。

基于上述原因，這次調研主要從燃燒和煙氣處理這兩個方面來進行。

2.1 燃燒系統的運行情況

垃圾焚燒設備主要包括焚燒爐、余熱鍋爐、輔助燃燒系統和燃燒空氣系統。

本項目焚燒爐為往復式逆推機械爐排，該爐排運行一年多基本故障率和爐排片更換率較少，從爐渣檢測數據看熱灼減率也都低于5%，因此焚燒爐方面沒有太大問題。

本項目余熱鍋爐蒸汽參數設計值為4.0MPa，450℃，鍋爐額定蒸發量為52t/h。本項目鍋爐為臥式布置結構，其中鍋爐一通道水冷壁表面澆筑了耐火材料層（即衛燃帶），其主要作用就是減小鍋爐管束的吸熱，保障整個爐膛主控溫度區空間的溫度達到850℃。

根據運行資料顯示，鍋爐爐膛的平均溫度為970℃，而且鍋爐一通道最上部的兩個溫度測點溫度也都超過了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計算可知，煙氣在一通道的平均流速為3.3m/s。二次風噴嘴最高點標高約為15m，一通道最高處溫度測點的標高約為28m，該段距離達到13m，故煙氣在900℃以上的停留時間達到了3.9s。因此從煙氣停留上看完全滿足850℃停留2s的要求。

輔助燃燒系統包括點火和輔助燃燒器，其作用是焚燒爐點火時爐內在無垃圾狀態下，通過輔助燃料燃燒使爐出口溫度至額定運轉溫度（850℃以上），然后才能開始向爐內投入垃圾，以防止垃圾在爐內低溫狀態投入造成二噁英等污染物超標。

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

本項目焚燒爐設置了3臺4.5MW的點火燃燒器，沒有設置輔助燃燒器。根據垃圾熱值6093kJ/Kg和垃圾處理量25000kg/h計算得到焚燒爐的額定熱負荷為42.3MW，現階段燃燒器功率僅為額定負荷的32%，難以滿足要求。

從運行人員處了解到本項目點火燃燒器在焚燒爐點火階段僅能將爐膛溫度加熱到400℃，因此后續還需要增加輔助燃燒器，以滿足850℃垃圾投料的環保要求。目前本項目已經考慮在焚燒爐側墻設置兩臺8MW的輔助燃燒器，則加裝后燃燒器總的功率達到29.5MW，達到焚燒爐額定負荷的70%，也可滿足規范的要求。

在垃圾的燃燒過程中，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，并根據垃圾的變化調節用量，使焚燒正常運行，煙氣充分混合。本焚燒爐的空氣系統由一次風、二次風、一二次風預熱器及風機風道組成。

2.1.1 一次風

一次風取自于垃圾倉，可以使垃圾倉保持一定的負壓，防止倉內臭氣的外逸并降低垃圾倉內可燃氣體濃度。每臺焚燒爐設有1臺一次風機，風機由變頻器控制。一次風沿爐排組下部進入焚燒爐，向上吹至垃圾料層，有效地減少了垃圾表面結焦。

此外，每個爐排下灰斗配置獨立的一次風接口可以對不同爐排區域的工況進行更有效和更準確的控制。一次風送取設備主要有：進口濾網、風管、空氣預熱器、變頻速風機等。MCR工況下，一次風風量為68360Nm3/h，最高風溫為260℃，一次風機風壓7500Pa。

2.1.2 二次風

二次風取自于鍋爐頂部，有利于鍋爐間的散熱。每臺焚燒爐設有1臺二次風機，風機由變頻器控制。在焚燒爐前后拱的喉口位置設置了74個噴嘴（前墻42，后墻32），二次風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一步完全燃燒從而抑制二噁英的產生。MCR工況下，二次風風量為17090Nm3/h，最大風溫為150℃。

根據本項目一次風系統流程，焚燒爐下部設置四個風管入口（為干燥段、燃燒1、2段和燃盡段），每段入風口設置了調節風門，可實現風量的分段控制，從設計上看也較為合理。

二次風主要是在焚燒爐出口位置形成湍流，一般風速應大于50m/s。而根據運行人員介紹，由于本項目為控制爐膛溫度，二次風一般都是常溫運行，并且二次風量一般在10000Nm3/h，結合二次風噴嘴口DN45x4的口徑計算噴嘴流速還不到40m/s。

經過計算如果二次風采用常溫風，流量至少應達到13000Nm3/h才能滿足二次風噴嘴流速大于50m/s的要求。

二次風的另一個重要的作用是調節鍋爐出口含氧量。鍋爐出口氧含量是顯示垃圾燃燒狀況的重要參數，對于生活垃圾，要達到充分燃燒，需要一定的過量空氣，比較公認的過量空氣系數是1.4～1.9（本項目設計值為1.7），反應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規范》CJJ90要求焚燒鍋爐出口氧含量應控制在6%～10%。本項目運行時鍋爐出口氧含量一般都控制在3%～5%，偏低，主要是因為煙囪處含氧量偏高（最高可超過11%），因此將鍋爐出口氧量降低。

2.2 煙氣處理系統的運行情況

本項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，從工藝設計上來講，是國內外較為通用和可靠的。

根據設計資料顯示，本項目煙氣處理區域煙氣額定流量為120300Nm3/h，為保證二噁英的吸附，活性炭與煙氣噴霧比為100mg/m3(NTP)，因此通過計算可知，本項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吸附重金屬和二噁英，并且在通過布袋除塵器的濾布被阻留而形成濾層，當煙氣通過由顆粒物形成的濾層，二噁英仍能與濾層中未反應的活性炭發生反應而得到進一步凈化。因此，合理設計通過布袋的過濾風速也可促進二噁英的吸收，一般布袋過濾風速0.7～1m/min即認為合理。

本項目布袋除塵器采用PTFE材質，濾袋面積為4630m2，設計煙氣流量和溫度分別為134000Nm3/h和190℃。根據上述數據計算本項目的布袋過濾風速為0.82m/min，因此布袋除塵器的設計也是較為合理的。

3 建議和措施

通過對垃圾焚燒廠現場調研，認為本項目在焚燒和煙氣凈化上均采用了國內較為成熟的工藝，僅從設計角度上考慮，基本可以滿足二噁英的排放要求的，但是通過現場和運行人員的交流，發現了一些需要改進的地方。

3.1 從燃燒系統考慮

本項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噴嘴的設置也可滿足煙氣850℃停留2s的要求。但是通過運行人員介紹，本項目二次風主要是用于控制爐膛溫度，這和二次風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，由于沒有足夠的空氣，垃圾可能會因為燃燒不充分而導致二噁英的生成。

另外本項目鍋爐出口含氧量相對偏低，建議調整至6%～10%，而關于煙囪處含氧量偏高的問題，建議排查煙氣系統設備和管道的密封性，尤其是落灰閥的位置，防止漏風情況的發生。

3.2 從煙氣處理系統考慮

本項目煙氣處理采用了國內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范的要求。但是從項目活性炭的檢測報告上看，本項目活性炭的性能指標有一定的偏差，因此建議本項目嚴格把控活性炭的質量，選擇優質的供貨商，從源頭上保證二噁英的脫除效果。

表2為采購活性炭的技術要求，這其中比表面積和碘吸附值都是需要嚴格考核的項目。

表2 活性炭質量指標一覽表

另外，從現場看本項目脫酸塔和除塵器距離較近，為4～5m，可能會使得噴入煙道內的活性炭與煙氣混合時間較短而導致混合不均勻。如果現場安裝條件允許，建議在這段煙道中加一段變徑管路，增加煙氣的擾動使得活性炭和煙氣充分混合。

4 結語

根據現場調研結果及分析，為減少二噁英的排放，本項目需從兩方面改進。一方面通過調整鍋爐出口含氧量，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，同時嚴格把控活性炭的質量，提高二噁英的去除率，最終實現二噁英達標排放。