生活垃圾焚燒電廠二噁英控制技術研究

趙茹男，劉 曉，俞 玲，姜 勝

（武漢電力職業技術學院，湖北 武漢430079）

垃圾焚燒發電技術可以實現垃圾處理無害化、資源化、減量化。垃圾焚燒發電已經成為各個發達國家生活垃圾處理的主要方式。當前中國垃圾焚燒電廠布局由經濟發達的大城市逐步向三四線城市及中西部傾斜，呈現良好的發展勢頭。但是生活垃圾焚燒電廠的鄰避（NIMBY，Not In My Back Yard，不要建在我家后院）現象在中國很多區域還是突出問題，主要是公眾對垃圾焚燒所產生的號稱劇毒的二噁英的排放問題越發關注。二噁英為高沸點物質，氣化壓力很低，二噁英主要以顆粒狀態存在于煙氣中或者吸附在飛灰顆粒上，二噁英的控制技術是垃圾焚燒電廠煙氣污染物控制的重中之重。本文主要圍繞生活垃圾焚燒處理的副產物二噁英展開，介紹了二噁英的危害，剖析了二噁英的產生機理。結合垃圾焚燒電廠運行實際，提出電廠控制二噁英的處理技術，為相關專題技術研究的開展提供借鑒。

1 二噁英危害

二噁英是一種含氯有機化合物，即多氯二笨并二噁英，多氯二笨并呋喃及其同系物（PCDDs 和PCDFs），以氣體和固體形態存在，難溶于水，對酸堿穩定，易溶于脂肪，易在生物體內積聚，即使是在很微量的情況下，長期攝取也會引起癌癥、畸形等。

二噁英是目前已知毒性最強的有機化合物，其毒性是氰化鉀的1 000 倍，因此，在垃圾焚燒處理中應嚴格控制二噁英的產生。

2 二噁英的產生機理

二噁英的主要生成溫度范圍為200～650 ℃，在燃燒溫度大于800 ℃時二噁英發生分解。在垃圾焚燒爐中，焚燒煙氣在850 ℃的溫度停留2 s 以上可以使絕大部分二噁英分解，低于800 ℃后，一部分在高溫中分解的二噁英在200～500 ℃溫度范圍內會通過各種方式反應重新生成二噁英。二噁英的產生機理很復雜，大致可總結為如下幾點。

2.1 生活垃圾中存在氯和金屬時，有機物燃燒產生二噁英

氯化合物主要來自于垃圾中的塑料、橡膠，如聚氯乙烯塑料（PVC），廚余中的氯化鈉、氯化鎂。金屬主要來自垃圾中的廢電池、日光燈管、涂料、油漆、顏料、報紙等，其中含有汞Hg、鎘Cd、鉛Pb 等有害金屬元素。

2.2 原生垃圾中本身含有微量的二噁英

垃圾中自帶的二噁英在垃圾焚燒爐膛溫度保持在850 ℃時，大部分會被分解破壞，只有極少部分會隨著煙氣釋放出來。

2.3 生活垃圾燃燒不完全

由于燃燒工況組織不良，生活垃圾燃燒不完全易產生二噁英前驅體氯苯、氯酚、PCB 等，再經過復雜化學反應生成二噁英；生活垃圾燃燒不完全還會導致原生垃圾中的二噁英不能被全部分解；此外生活垃圾燃燒不完全導致一氧化碳含量增多，而煙氣中未燃盡的碳又會導致二噁英再合成。

2.4 尾部煙氣中二噁英再合成

二噁英的再合成是需要一定外界條件的，焚燒煙氣在第二燃燒室排出向后流動過程中，在較低溫度（200～500 ℃）下，二噁英類前驅物與氯化物及金屬催化劑（銅、鐵、鈦等）作用下形成二噁英。需要強調說明的是經研究證明氯化銅是高于其他金屬氧化物數百倍的二噁英再合成催化劑。

3 垃圾焚燒電廠對二噁英的控制

根據二噁英的產生機理，抑制二噁英的生成主要有4 種方式。

3.1 垃圾分揀控制二噁英生成的氯和金屬催化劑來源

筆者認為控制生活垃圾焚燒電廠二噁英首先要在爐前進行垃圾分類，生活垃圾一般分為可回收垃圾、廚余垃圾（濕垃圾）、有害垃圾、干垃圾（其他垃圾）4 大類。對垃圾進行分類后，可回收垃圾進入循環利用途徑，廢紙可作為造紙原料；金屬（如鐵、鋁）可回煉；玻璃可重用；塑料和橡膠可用于制造再生物質或隔離空氣裂化成石油類燃料等；廚余垃圾經過生物處理，可堆肥或制作沼氣等；有害垃圾進入危廢處理中心處理；入爐燃燒的主要是干垃圾。

生活垃圾中可回收的含氯塑料、橡膠及電器、廚余垃圾中的NaCl 等含氯合物、有害垃圾中的廢舊電池等被分揀后，入爐焚燒的垃圾中氯含量和金屬含量降低，從而減少二噁英生成。因此，垃圾入爐焚燒前進行分揀不僅提高垃圾資源化利用程度，更可從源頭控制二噁英生成氯來源和金屬催化劑來源。要做好爐前垃圾分類，更重要的是減少城市垃圾產生源，改變居民的生活方式，樹立全民環保的意識，人人參與環境保護，盡量減少生活垃圾的產生。

3.2 垃圾充分燃燒

為確保垃圾充分燃燒，垃圾焚燒電廠燃燒控制要滿足“3T+E”原則，即爐膛(二次燃燒室)內任意點溫度不小于850 ℃（Temperature）；煙氣在二次燃燒室內停留時間大于2 s（time）；保持充分的氣固湍動程度（Turbulence），加強爐內紊動，促進空氣擴散混合；保證爐內足夠的空氣量（Excess），氧量控制在6%～8%。

要確保垃圾熱值在設計范圍內，熱值過低時需配備輔助燃燒器，過高會減少入爐垃圾量；煙氣量也應在設計范圍內；檢修期間爐膛內壁要清焦徹底，清理一、二次風各進風口結焦，更換變形、磨損的風口，運行時一、二次風分配合理，氧量正常，依據一氧化碳的濃度，調整氧量。此外垃圾要均衡進料，爐排上垃圾厚度均勻，燃燒穩定。

這樣才能保證垃圾充分燃燒，垃圾自身含有的二噁英及在焚燒過程中產生的二噁英及其他有毒害氣體能得到徹底燃燼分解，同時減少了氯苯及氯酚等二噁英前驅物生成。還能避免未完全燃燒產生的有機碳和一氧化碳為二噁英的再合成提供碳源。因此，提高焚燒爐的燃燒效率，確保垃圾充分燃燒是控制二噁英生成的有效手段。

3.3 降低燃后區低溫再生成

用余熱鍋爐將煙氣由850 ℃迅速降至300 ℃以下，時間控制在2 s 以內，盡量縮短煙氣在200～500 ℃溫度區的停留時間，減少二噁英類物質重新生成。

運行中可以改善焚燒工藝減少生成二噁英類物質的前驅體物質，利用蒸汽吹灰、激波吹灰裝置減少飛灰在設備表面的沉積，從而減少二噁英類物質生成所需要的催化劑載體等。

3.4 提高尾氣凈化效率

目前大部分垃圾焚燒電廠都采用活性炭吸附+布袋除塵方式去除煙氣中的二噁英，兩者配合后，尾部煙氣中的二噁英脫除率可達98%以上。

當煙氣穿過布袋除塵器時，二噁英便會被過濾并逐漸積聚在粉層上。同時煙氣凈化裝置在布袋除塵器前加噴活性炭，可對二噁英起到吸附作用，吸附后的活性炭被布袋除塵器過濾下來，焚燒煙氣中所含的大部分二噁英可被去除。

運行中注意定期檢查活性炭噴槍，更換磨損的噴頭，保證活性炭在煙氣內噴灑均勻。布袋除塵器及濾袋嚴密不泄漏是關鍵，采購質量最好的濾袋，濾袋使用年限不宜超過5 年；用布袋除塵器定期清灰，壓差穩定；應定期查漏，更換泄露的濾袋。

此外有些垃圾焚燒電廠在布袋除塵器后還布置有SCR脫硝設備，SCR 脫硝催化劑在一定條件下有一定分解氣相二噁英的功能；SCR 脫硝運行工況穩定，催化劑也會吸附固態二噁英。

總之垃圾焚燒的二噁英控制技術從“爐前、爐中和爐后”3 個環節實現全面控制，通過上述技術舉措，中國目前的垃圾焚燒電廠，在二噁英被排放到大氣前會進行嚴格凈化，最終排放的二噁英都能達到國際最高標準0.1 ng-TEQ/Nm3。有些電廠甚至還遠超國際標準，只有0.01～0.03 ng-TEQ/Nm3。

由于實時檢測二噁英等物質的難度較大，檢測費用較高，目前大多數生活垃圾焚燒電廠的二噁英并未被實時檢測并對公眾公示。有研究表明，煙氣中一氧化碳含量對二噁英再生成有直接作用，因此，一氧化碳濃度可以作為衡量二噁英濃度的間接性指標，而不僅是焚燒爐燃燒效率的指示指標。

當前生活垃圾焚燒電廠中主要通過一氧化碳濃度、焚燒溫度、煙氣停留時間三個指標協同作為二噁英類物質控制的指示性指標，通過對這三個指標在線監測與管理部門監控聯網向公眾公示間接反應二噁英的實時排放情況。

4 結束語

本文根據垃圾焚燒電廠對副產物二噁英的控制，重點分析了二噁英的產生機理，并指出了目前垃圾焚燒電廠控制二噁英的具體措施，為垃圾焚燒電廠控制二噁英研究提供借鑒。