垃圾焚燒煙氣

垃圾在燃燒過程中，由於垃圾成分的複雜性和不均勻性，焚燒過程中發生了許多不同的化學反應。產生的煙氣中包括過量的空氣和二氧化碳外，還含有對人體和環境有直接和間接危害的成分。根據污染物性質的不同，可將其分為顆粒物，酸性氣體，重金屬和有機污染物四大類。這些物質視其數量和性質對環境都有不同程度的危害。因此垃圾焚燒所產生的煙氣是焚燒處理過程產生污染的主要來源。

基本介紹

• 中文名：垃圾焚燒煙氣
• 外文名：Waste incineration flue gas
• 定義：有害氣體混合物
• 套用學科：環境工程
• 排放標準：GB 18485-2014
• 性質：氣態污染物

目錄

1.釋義

2.垃圾焚燒煙氣的特點

3.垃圾焚燒氣體的危害

4.垃圾焚燒排放煙氣連續監測

5.垃圾焚燒煙氣淨化技術

釋義

垃圾在焚燒過程中，由於高溫熱分解、氧化的作用，燃燒物及其產物的體積和粒度減小，其中的不可燃物大部分滯留在爐排上以爐渣的形式排出，一小部分質小體輕的物質在氣流攜帶及熱泳力作用下，與焚燒產生的高溫氣體一起在爐膛內上升，經過熱交換後從鍋爐出口排出，形成含有顆粒物即飛灰的煙氣流。飛灰中可能含有各種較高浸出濃度的重金屬元素，如Pb、Cr、Cd等，屬於要控制的危險廢物的範疇。研究表明，垃圾焚燒飛灰中還含有二噁英，其含量超過了廢棄物排放標準，必須經有效處理，才能進行填埋、資源化利用等最終處理。生活垃圾焚燒處理後的煙氣成分及數值與垃圾組成、燃燒方式、煙氣處理工藝及設備有密切關係。同其他煙氣相對比，其含HCl和O₂濃度較高，粉塵中的鹽分特別高。焚燒過程中一些PVC、橡膠等物質會產生有害氣體，可與粉塵反應，轉換成粉塵的一部分。垃圾中揮發性氯元素轉化為HCl的轉化率為100%，燃燒性硫轉化為SO₂的轉化率也接近100%，氮元素轉化為NOx的轉化率為10%。

垃圾焚燒煙氣的特點

(1) 污染物危害大，治理要求高 生活垃圾焚燒煙氣的污染物包括：顆粒物(飛灰、粉塵)、酸性氣體(HCl、HF、SO₂、NO₂等)、有機氯化物(二嗯英、呋喃)、重金屬(Hg、Cd、Pb等)。在顆粒物中含有多種有毒物質，需要進行無害處理(如燒結、融化結晶、水泥固化、藥劑中和等)，才可填埋或作為路基材料使用；酸性氣體具有劇烈腐蝕性和刺激性，影響生態環境；有機氯化物中，二嗯英是劇毒致癌物質；重金屬元素直接危害人體健康。

(2) 煙氣濕度高，露點溫度高 生活垃圾自身含水分較高並且多變，使焚燒煙氣的含濕量較高，一般為25%～35%，最高可達50%～60%。同時由於煙氣中含有酸性氣體，因而煙氣露點溫度高達130～140℃。系統設計及設備選型必須充分考慮防結露、耐腐蝕措施。

(3) 煙氣溫度變化範圍大，對溫度控制要求高 由於垃圾成分、熱值、含水率的多變以及燃燒工況的不穩定，造成煙氣溫度大幅度波動。、通常，餘熱鍋爐出口溫度為2000C左右，但瞬時高溫可超過300℃，瞬時低溫可低於150℃，需採取調溫、控溫措施。此外，250～600℃為二嗯英再聚合的適宜溫度段，在選擇冷卻方式時應予規避。

(4) 煙塵顆粒細、密度小，並且有較強的吸濕性垃圾焚燒煙塵的平均粒徑為20～30μm，小於30μm的占50%～60%，真密度為2.2～2.3g/cm，堆積密度僅為0.3～0.5g/cm。煙塵中脫酸生成物CaCl₂，CaSO₃等具有較強的吸濕粘附性，在管路、除塵器清灰以及輸灰設計中應採取相應預防措施。

(5) 腐蝕性強垃圾焚燒煙氣中含有HCl、SOx、HF、NOx。等多種酸性氣體以及水分，煙氣露點溫度較高。當煙氣溫度控制不當時，容易產生積結，對反應塔、除塵器及煙道閥門具有較強的腐蝕性。在高濕低溫條件下還會引起化纖濾料水解，使用壽命縮短。

垃圾焚燒氣體的危害

垃圾焚燒煙氣中污染物會對周圍環境和人體健康造成嚴重危害。主要表現：酸性氣體(HCl、NOx和SO₂等)對周圍環境危害嚴重。HCl對人體危害可能腐蝕皮膚和黏膜，致使聲音嘶啞、鼻黏膜潰瘍、眼角膜渾濁、咳嗽直至咯血，嚴重者出現肺水腫以至死亡。對於植物，HCl會導致葉子褪色，進而壞死。HCI還會危害垃圾焚燒設備，會造成爐膛受熱面的高溫腐蝕損毀和尾部受熱面的低溫腐蝕。NOx對人體和動物的各組織都有損害，濃度達到一定程度會造成人和動物死亡，危害人類的生存環境。SO₂對人體影響是呼吸系統，嚴重可引起肺氣腫，甚至死亡。重金屬的危害在於它不能被微生物分解且能在生物體內富集(生物累積效應)或形成其他毒性更強的化合物，通過食物鏈它們最終對人體造成危害。垃圾焚燒產生的粉塵中含有的重金屬元素，在這些污染物中含有致癌、致突變、致畸化合物。二噁英等物質有劇毒，易溶於脂肪，易在生物體內積聚，能引起皮膚痤瘡、頭痛、失聰、憂鬱、失眠等症狀，即使很微量的情況下，長期攝取也會引起癌症、畸形等。我國正處於垃圾焚燒發展初期，尤其應關注垃圾焚燒的二次污染對人類造成的嚴重危害，二次污染物的控制技術是垃圾焚燒處理技術中的重要環節。

垃圾焚燒排放煙氣連續監測

垃圾焚燒排放氣體組成包括CO₂、CO、SO₂、NO、NO₂、HCI、HF、NH3、H₂O、O₂等。由於排放氣體中含有大量水分，如果冷卻後再進行測量，CO₂、SO₂、HCl、HF、NH₃等組分會溶於凝結水並和水一起排放掉，測量的誤差很大，使測量結果失去意義。此外，HCI、HF溶於水形成強酸對樣品系統的腐蝕性很強，設備難以長期運行。採用高溫測量技術則可解決上述問題。可使用西克麥哈克公司提供的垃圾焚燒煙氣排放連續監測系統包括MCSlOOE高溫型分析儀器和MCSl00HW高溫型取樣系統。

垃圾焚燒煙氣淨化技術

焚燒煙氣在排入大氣之前必須進行淨化處理，使之達到排放標準。高效的焚燒煙氣淨化系統的設計和運行管理是防止垃圾焚燒廠二次污染的關鍵。煙氣淨化系統主要包括煙氣除塵和煙氣吸收淨化兩個部分。除塵器主要用於去除顆粒物，而其他污染物主要依靠煙氣吸收淨化裝置去除。焚燒煙氣淨化目前主要有濕法淨化、半乾法淨化、乾法淨化、NQ淨化、活性炭噴射等工藝。每種工藝有多種組合方式，也各有其優缺點，以下對各種淨化工藝進行探討。

(一) 濕法煙氣淨化工藝

該工藝在少數經濟及技術發達的國家套用較多，通常是將煙氣溫度冷卻至70℃左右，然後利用鹼液對煙氣進行清洗，其對HCl及SO₂去除率高達95%以上，典型的工藝組成為噴射干燥器(調節控制煙氣溫度、清除較大顆粒物)+袋式除塵器(清除煙氣中顆粒物)+煙氣洗滌器(除酸並進一步除塵)。

煙氣洗滌器吸收效率是由酸性氣體擴散至鹼性吸收液滴的速度所控制，必須儘可能增加氣液相接觸的時間及面積，以及增加提升液滴中吸收劑的濃度。

煙氣洗滌器通常使用的鹼液為NaOH溶液或Ca(OH)₂溶液。在大規模的系統中通常採用消石灰溶液。消石灰溶液與酸性氣體反應後形成鹼鹽，其循環洗滌水必須經澄清濃縮及過濾，以防止在設備中沉積，另外洗滌後的廢水成分複雜，需作進一步處理後排放。

濕法煙氣淨化在國外的多年實績驗證可見，其對酸性物質、有機污染物及重金屬有著高去除效率(相對乾法、半乾法)，是今後垃圾焚燒煙氣淨化的發展趨勢。但也有其不足之處，主要表現在：產生高濃度無機氯鹽及重金屬的廢水，需處理達標後方可排放；處理後煙氣溫度降低到露點以下，需再加熱到140℃左右，以防止煙囪出口形成白煙現象；設備投資(為半乾法的1．75倍)、運行費用也較高。

(二) 半乾法煙氣淨化工藝

半乾法煙氣淨化工藝是目前國內外垃圾焚燒廠廣泛採用的一種垃圾焚燒煙氣處理技術。其吸收劑主要採用Ca(OH)₂溶液，典型工藝組合形式為噴霧乾燥吸收塔+袋式除塵器。

工藝流程是石灰通過石灰漿製備系統形成石灰漿溶液(濃度10%)，然後輸送至吸收塔頂的石灰漿高位槽；由高位槽入吸收塔上的噴嘴(噴嘴形式分為固定噴嘴和高速旋轉噴嘴兩種)，以噴霧的形式在吸收塔內完成對氣態污染物的淨化過程。石灰漿溶液中的水分在煙氣的高溫下蒸發，反應殘留物則以乾態的形式從吸收塔下部排出，攜帶有大量顆粒物的煙氣從吸收塔排出後進入除塵器，經過除塵淨化處理後經煙囪排放到大氣中。在系統運行過程中，為了減少石灰吸收劑的用量，也可考慮將吸收塔下部排出含有大量未反應的吸收劑再次進入系統內部再循環。

吸收塔內煙氣和石灰漿常採用順流設計，也有少部分使用逆流設計。無論採用何種流動方式，其主要目的均為維持煙氣與石灰漿微粒有充分反應的接觸時間，以獲得較高去除效率。半乾法煙氣淨化對焚燒煙氣酸性氣體的去除率可達85%以上，此外對一般有機污染物及重金屬也具有良好的去除效率，而且吸收塔不會產生廢水排放。其缺點是對吸收劑品質、操作水平及噴嘴提出了較高的要求。

(三) 乾法煙氣淨化工藝

乾法煙氣淨化工藝是比較傳統的垃圾焚燒廠煙氣處理工藝，管理方便。在20世紀80年代前採用最多，隨著日趨嚴格的環保標準的推出，其套用的業績已越來越少。典型工藝組合為乾法吸收反應器(或乾法管路噴射)+除塵器。

垃圾焚燒產生的煙氣直接進入乾法反應吸收器(或乾法噴射管道)，與吸收器(或管道)內噴入的Ca(OH)₂粉末發生化學反應。同時乾法反應吸收器還有一定的降溫作用，從反應吸收器出來的“氣-固”兩相混合物進人高效除塵器進一步反應，並經高效過濾後，由煙囪排放到大氣中。在該工藝過程中，除塵器捕集的顆粒物中含有大量未反應的吸收劑，為了降低系統的運行成本，可以考慮將其中的一部分回用，將它們混入到新的吸收劑後進入下一輪吸收淨化循環。

與上述兩種淨化工藝相比較，乾法淨化工藝簡單，投資費用低，操作水平要求也不高，也不存在廢水的排出。缺點是藥劑的使用量(吸收劑實際噴射量)的過量係數一般要達到3以上，除酸效率也只能達50%～80%。由於藥劑使用量大，也造成後續設備負荷增加，效率降低。同時，為了增加HCl等氣體同吸收劑接觸的幾率，要求Ca(OH)₂微粒能均勻分布在煙氣流的橫截面中，這對噴頭及設備也提出了很高的要求。因而，為了順應越來越高的環境要求，一般大型的城市垃圾焚燒較少採用此方法。

(四) NOx淨化工藝

上述的幾種工藝對顆粒物、HCl、SO₂等具有很高的淨化效率，同時對重金屬、二曙英、呋喃等也有較高的去除效率，對NOx的去除效果則不是很明顯。隨著今後排放標準的提高，對煙氣中NOx控制也提上了日程。

目前國外NOx淨化工藝主要有兩種方法：一是選擇性非催化還原法(SNCR)；二是選擇性催化還原法(SCR)。前者是以尿素為還原劑，通過向垃圾焚燒爐第二燃燒區的煙氣流中有控制噴加來還原，淨化效率可達30%～50%，國外一些先進的垃圾焚燒廠已廣泛採用此項技術。後者是在催化劑存在的條件下，NOx被還原劑(一般為氨)還原成對環境無害的N2的淨化方式，由於有了催化劑該反應不像SNCR需在800～1000℃下進行，在400℃以下即可完成淨化。由於煙氣經過除塵器後溫度較低，為了達到理想的反應溫度，在煙氣進入催化脫氮器前必須對煙氣進行加熱。國外實驗證明，採用此淨化方法其Nq排放可以控制在50mg/m以下，故是今後焚燒煙氣處理配置的發展方向。

(五) 活性炭噴射吸附

為了滿足今後越來越嚴格的垃圾焚燒煙氣排放標準，確保重金屬(尤其是Hg)和有機毒物(二噁英，呋喃)達到最低的排放，除嚴格控制焚燒工藝及其相關的技術參數外，國外一些環保工程公司正逐步採用活性炭噴射來吸附上述物質作為煙氣淨化的輔助措施。

活性炭的特點在於其具有極大的比表面積，因而，即使噴人較少數量的活性炭，只要保證與煙氣均勻混合及混合的時間，就可以達到較高的吸附淨化效率。其與煙氣的均勻混合一般是通過強烈的湍流來實現的，而足夠長的接觸吸附時間完全可以由後續的袋式除塵器來保證。一般來講，活性炭的噴射應與袋式除塵器配套使用，活性炭的噴射位置儘可能安置在袋式除塵器的前端管路上(儘量靠前)，這樣活性炭通過噴嘴噴人煙氣路中，與煙氣強烈混合併吸附一定數量的污染物，即使其未達到飽和狀態，它還可以吸附在袋式除塵器濾袋上與穿過的煙氣再次充分接觸，最終達到對重金屬及有機毒物的吸附淨化，使之降低到最低限度。