城市生活垃圾焚烧烟气的新式净化工艺处理效果
1、引言
城市生活垃圾是城市生存与发展所必需要解决的问题，目前我国垃圾堆积量已高达60亿吨，已占用可用耕地面积高达5亿平方米，仅此一项，直接经济损失就达80亿人民币[1]。
垃圾焚烧处理的优点是减量效果好，焚烧后的垃圾体积减少90％，重量减少80％。同时可以有效利用焚烧余热供暖或直接发电，从而使垃圾成为新的资源，并同时实现了城市垃圾减量化、无害化和资源化，故其社会价值与经济价值都较高。
但与此同时，垃圾焚烧产生的烟气中含有大量的对环境有害的污染物，尤其是二恶英类污染物的生成，如果不能够很好的进行处理，将会对环境造成更大的污染。所以，有必要对垃圾焚烧产生的烟气成分进行分析，并找出合适的烟气净化工艺。
2、烟气净化传统工艺
生活垃圾的组成决定了焚烧烟气中污染物的原始成分和浓度。研究资料表明[2]：我国城市生活垃圾焚烧烟气中的污染物成分以颗粒物、HCl、NOx、SOX、 HCl、CO和二恶英等成份为主。烟气净化工艺应根据垃圾焚烧过程产生的污染物组成、浓度及需要执行的排放标准来确定。传统的烟气净化技术采用循环冷却水对高温烟气进行降温除尘，然后分别采用湿法、干法、半干法脱硫、脱氯，其中应用较多的就是半干法净化工艺，即喷雾干燥吸收+袋式除尘器工艺组合净化工艺。
半干法净化工艺介于湿法和干法之间，它由半干法反应器加上后续的布袋除尘器组成。半干法净化法也是国内现有的城市生活垃圾焚烧烟气的净化系统较常用的一种组合工艺，如杭州乔可垃圾焚烧发电厂等均采用此法。其工艺流程如图1
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图1喷雾吸收净化系统流程
工作时，被余热锅炉吸收热量后的烟气首先进入喷雾吸收反应塔。同时，高速喷雾器向反应塔内喷入雾状Ca(OH)2（石灰浆液），雾状的Ca(OH)2细颗粒与烟气中的HCl、HF及SO2发生反应，反应后的烟气进入除尘器去除颗粒物后排入大气。反应的生成物和飞灰一起从反应器落灰口或除尘器落灰口排出。
该方法利用喷雾干燥原理通过化学反应及物理反应对烟气中的SO2、HCl、HF等污染物具有良好的净化效果。那么，利用这种工艺对焚烧烟气进行处理时，效果究竟如何呢，又会带来什么样的问题呢？表1是对全国12个城市生活垃圾焚烧厂排放的烟气进行的监测结果。
表1全国城市生活垃圾焚烧厂调查监测结果[2]  |
二恶英类物质的熔、沸点高，常温下是固体不溶于水，易溶于四氯化碳。PCDD/Fs（二恶英的类似物）在环境中稳定性高，生物降解性迟缓很容易在人体内累积，不易排除，是目前人类创造的最可怕的化学物质，例如：0.1克的二恶英毒量就能致数十人死亡，致上千只禽类于死地，是已知最有害的环境污染物之一。而迄今为止，90%的二恶英类毒物都来源于垃圾焚烧[3]。所以说，在对垃圾焚烧烟气的净化过程中，应着重对烟气中重点污染物的处理和控制。在垃圾焚烧产生的烟气中，对环境污染最大的就是二恶英，利用传统的半干法烟气净化工艺，恰恰忽略了这个重要的问题，由上表可知，对于大型焚烧厂，二恶英超标率仅达 57.1％，这还不包括许多中小型焚烧炉和家庭焚烧垃圾和垃圾填埋的自燃等。就中国而言，按国家环保总局颁布的《生活垃圾焚烧污染物控制标准》（GB18485-2001）的规定，二恶英排放标准为1ngTEQ/m3，而欧共体1993年的二恶英排放标准为0.1ngTEQ/m3。因此，控制二恶英刻不容缓，需要对传统的烟气净化技术进行改进。
3、改进的烟气净化工艺
改进的烟气净化工艺应主要从控制烟气中的重点污染物的角度出发，即要在传统的半干法净化工艺基础之上进行进一步改进，强调对垃圾焚烧过程中产生二恶英的去除效果，并从垃圾焚烧烟气处理过程产生二恶英的原理出发，改进烟气处理工艺，从而从源头上减少二恶英的产生。二恶英类毒物是由含苯环的化合物与含氯元素的化合物在反应温度介于250～550℃之间、催化剂 (铁、铜等)的作用下产生的。在低温下稳定存在，一般加热到800℃才降解，然而要大量破坏时温度需要超过1000℃，一旦冷却又可重新合成[3]。因此在《生活垃圾焚烧处理工程技术规范》(CJJ90-2002、J184-2002)中明确规定：炉膛内烟气在不低于850℃的条件下滞留时间不小于2s，但垃圾焚烧开始和烟气冷却过程，另外不完全燃烧以及空气供给不足时会形成低于850℃的温度条件而产生二恶英。
为此，新型高效烟气净化工艺在烟气处理系统中，在半干法净化工艺的基础上，在烟气处理部分采用活性炭注射法充分吸收烟气中的二恶英类污染物和重金属等有害物质；同时，采用骤冷技术，使烟气较快地进行冷却，避开二恶英再合成的温度250℃～550℃；该烟气处理技术其工艺流程如下：
烟气→急冷洗涤塔→消石灰喷射器→活性炭喷射器→布袋除尘器→烟道→排放
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该技术在烟气处理过程中采用骤冷的方式使烟气在2s以内急速冷却至250℃以下,从而跃过二恶英易形成的温度区。采用双碱法[NaOH-Ca(OH)2]低浓度净化液对高温烟气(T1=500℃～750℃)进行喷雾急冷的同时,还使烟气中有害物与NaOH-Ca(OH)2的净化液得到充分的反应(实现骤冷和一级净化)；然后烟气(温度T2=150℃～250℃)再经消石灰粉喷射反应器、活性炭喷射吸附装置(完成了烟气的二级净化)；最后经复膜高效布袋过滤器三次反应过滤,使烟气中的微尘和有害物得到充分净化,从而实现了除尘、脱硫、脱氯，消除了二恶英的二次污染，使排放大气中的烟气完全达标。本法除了具有传统半干法的优点外还有如下优点:(1)一次性投资及运行费用低。(2)结构简单,易于维修。(3)冷却同时净化烟气。(4)净化效率高。(5)消除了生活垃圾焚烧产生的二次污染,基本实现了二恶英的零排放。
这种半干法净化法＋活性炭注射法＋骤冷技术相结合的新工艺，在国内新建的垃圾处理厂已经开始进入实际应用阶段，我们对采用这种工艺的上海某垃圾焚烧发电厂排放的烟气进行了相关指标的监测，实际结果如下：
表2上海某垃圾焚烧发电厂排放烟气监测数据
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根据国家环保总局颁布的生活垃圾焚烧污染物控制标准（GB18485-2001），焚烧烟气污染物浓度排放限值见表3。二恶英类污染物的排放限值自2000年6月1日起在北京、上海、广州、深圳4个城市试行，2003年6月1日起在全国范围内实行[4]。
表3焚烧炉大气污染物排放限值
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注：表中各项标准限值，均以标准状态下11%O2的干烟气
为参考值换算;烟气最高黑度，在任何1h内累计不得超过5min。
从监测数据中可以看出，采用这种新工艺以后，各项烟气排放指标均明显低于国家标准，尤其是对二恶英类污染物的去除效果非常好。但是，这种新工艺也带来了投资大的问题，据采用该工艺的江苏某垃圾焚烧厂的统计资料表明，每处理1吨生活垃圾就必须用0.3kg的活性炭，而且，就我国目前的处理水平，活性炭完成吸附作用后，就作为危险废弃物送至城市危险废弃物处理中心进行集中处理，由此，按仅活性炭一项，活性炭的购买和处理都增加了垃圾处理的成本。但在成本与环境的取舍时，我们必须分清主次，应着重于对环境的保护，在基本指标满足环境排放要求的条件下，着重要考虑重点污染物二恶英的去除，因此，必须首先采用先进的烟气净化工艺，在此基础上，尽力降低成本。
4、结束语
鉴于二恶英类污染物对环境造成的极大危害，在垃圾焚烧过程中，应采用各种方法尽量减少其在环境中的最终排放量。在确定垃圾焚烧烟气的处理工艺时，应首先着重考虑对其中的重点污染物二恶英类污染物的去除效果，实际运行数据表明，利用半干法净化法＋活性炭注射法＋骤冷技术相结合的新工艺对垃圾焚烧烟气进行处理，达到了理想的净化效果。
参考文献
[1]李光德等.我国垃圾焚烧处理现状及其展望,环境科学进展，1998(12).Vol6No6.
[2]张纪市，谢刚，王华。垃圾焚烧烟气调查及控制技术，环境导报[J]，2002，（5）：22-24。
[3]陈雪梅。二恶英类毒物在垃圾焚烧中的控制技术，再生资源研究，2003，（3）：23-25。
[4]国家环保总局污染控制司编.城市固体废物管理与处置技术.第一版,.北京：中国石化出版社，2001。
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