1、 焚烧过程酸性气体的产生和控制给排水 11001 黄俊毅摘要城市垃圾焚烧在我国城市垃圾处理方面发挥着越来越重要的作用。本文对我国垃圾焚烧及其污染控制方面的文献进行了综述，包括城市垃圾的定义、分类、产生及危害，城市垃圾的处理方法，城市垃圾焚烧技术及工艺，城市垃圾焚烧产生的污染危害及控制方法等。对城市生活垃圾焚烧处理技术进行了比较系统的研究，主要包括垃圾焚烧技术的工艺和焚烧产生的二次污染的预防及控制。提出应重点以垃圾焚烧发电为主，发展固废产业，焚烧的技术路线应根据不同情况选择不同焚烧技术及完善我国垃圾发电产业政策的一些建议。关键词：城市垃圾，焚烧炉，垃圾焚烧发电，二次污染，污染防制及控制随着城市经
2、济建设的持续发展和人们生活水平的不断提高，每天源源大量产生的城市垃圾，已成为一个污染环境、影响生活的社会问题，各地都在积极寻找有效的解决方法。当前，生活垃圾处理的常用方法主要有卫生填埋、焚烧和堆肥 3 种，而垃圾焚烧方法与其他处理方法相比较，能更好得达到垃圾处理的减量化、资源化和无害化的治理目标，且具有占地面积小，运行稳定，对周围环境影响较小，选址难度较低等优点。我国城市生活垃圾处理行业取得了快速的发展。“ 十五” 计划期间，一大批垃圾处理项目建设并相继投入使用，极大地提高了我国城市生活垃圾处理能力。同时，垃圾焚烧处理中产生大量的对环境有害的污染物，如垃圾在燃烧过程中产生二恶英等有害物质，产生
3、二氧化碳等温室效应气体，对环境带来不良影响。处理施设设置不当也会对自然环境产生影响。因此抑制垃圾产生和有效进行垃圾的处理和再利用，以促进资源的环利用，已经得到社会的共识。起步相对较晚的垃圾焚烧发电的无害化、安定化、资源化效果很好，减量化最彻底，以星火燎原之势处于快速发展阶段。通过借鉴国内外经验发展的垃圾焚烧技术，促进垃圾处理的产业化、减量化、无害化，保护生态环境，为建设节约型社会做出了更大的贡献，是实践中值得研究的课题。随着经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，城市化进程不断加快，生活垃圾产量急剧增加。城市生活垃圾的构成也发生了变化。据统计，我国近百座城市的生活垃圾组分都发生了较大的变化，塑
4、料、废纸、织物和竹木类的平均含量增加近 40%,其中以塑料成分增加幅度最大。预计，垃圾中的有机易腐垃圾成分和可燃成分会持续稳步增长，能较大幅度地提高垃圾的总有机质和热值。因此，可以看出我国城市生活垃圾的基本特性:城市生活垃圾的产生量和堆积量均在逐年增长;垃圾构成中有机物、可燃物、可回收利用物增多，可利用价值增大。快速增长的城市生活垃圾产量和不断变化的垃圾构成必将加重对城市生活环境的危害。虽然经过几十年的努力，我国各类城市建设了一批垃圾处理厂，我国城市生活垃圾无害化处理率也大大提高。但是现有的垃圾处理厂的数量和规模还远远不能适应需求，垃圾中产生的有毒有害物质渗透到地下和河流中，严重污染环境，垃圾
5、的无害化处理已迫在眉睫。焚烧法是一种高温热解处理技术，即以一定量的过量空气与被处理的有机废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，废物中的有害有毒物质在 8001200的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术.焚烧的目的是尽可能焚毁废物，是被焚烧的物质变为无害和最大限度地减容，并尽可能减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。对于大、中型的废物焚烧厂，能同时实现使废物减量、彻底焚毁废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热这三个目的。目前在工业发达国家焚烧法已被作为城市垃圾处理的主要方法之一，得到广泛应用，我国也在加快开发研究的速度，以推进城市垃圾的综合利用。焚烧
6、法不但可以处理固体废物，还可以处理液体废物；不但可以处理城市垃圾和一般工业废物，而且可以用于处理危险废物。在焚烧处理城市生活垃圾时，也常常将垃圾焚烧处理前暂时储存过程中产生的渗滤液和臭气引入焚烧炉焚烧处理。焚烧法适宜处理有机成分多、热值高的废物；当处理可燃有机物组分很少的废物时，需要补加大量的燃料，这会使运行费用增高。但如果有条件辅以适当的废热回收装置，则可弥补上述缺点，降低废物焚烧成本，从而使焚烧法获得较好的经济效率。多年来，我国垃圾一直以填埋为主，至今尚未进入良性循环状态，以致造成目前我国很多居住区被垃圾层层包围。垃圾处置场已成为地下水的污染大户，周围常常形成高发病区，污染纠纷也在迅速增加
7、。为了减缓垃圾填埋污染的压力，一些地方环保部门参考了发达国家的做法，拟引入垃圾焚烧处理法。然而，研究表明，垃圾焚烧处理的广泛应用，不可避免地产生一系列问题，垃圾焚烧过程中产生的二次污染物(主要是气体排放物和焚烧灰渣)也越发引起人们的关注。如果盲目照搬，可能会误入歧途，出现更大的污染隐患，甚至带来灾难性后果。生活垃圾造成的环境污染已成为社会问题，我国部分城市如深圳、珠海、宁波、上海、重庆、天津等地也先后建设投产了生活垃圾焚烧厂，但垃圾焚烧排放的废气中含有浓度较高的酸性气体、重金属以及剧毒有机类污染物会危害人体健康 ，污染环境。焚烧产生的酸性气体主要是氦氧化物 (绝大部分是 NO)、SO2,HC1
8、，其中氮氧化物主要由生活垃圾中含氮的有机物焚烧产生 ；SO2：主要来源于生活垃圾含有硫与氧气在高温条件下的氧化反应 ；HC1 是生活垃圾 中的氯化合物如聚氯乙烯 、厨余、纸、布等在焚烧过程中生成的。除去酸性气体的方法有干法 、半干法 、湿法 ，酸性气体中的氮氧化物很难用常规方法去除，但可以通过调整焚烧炉内燃烧温度，控制其排放量.1 干法的净化工艺干法的典型工艺组合为干法吸收反应塔和袋式除尘器的组合。焚烧产生的烟气直接进入干法吸收反应塔，与反应塔内喷入的 Ca(OH)微粒发生化学中和反应，生成无害的中性盐粒子再进入下游的袋式除尘器。在除尘器里，反应产物连同烟气中粉尘和未参加反应的吸收剂一起被捕集
9、下来 ，达到净化 目的 ，该法对 HCI 的去除率一般为 80-90 .干法净化工艺简单、投资较低，不产生废水，设备腐蚀小，烟气温度高 ，不产生 白烟 。缺点是药剂用量大 ，过量系数一般达到 3 以上 ，除酸效率只有 s080，为了适应越来越高的环境要求，已较少采用此方法 ,干法净化工艺虽然去除率偏低 ，但工程投资和运行费用低 ，适合于大气污染物排放标准相对较低、经济不太发达的国家和地区，垃圾焚烧烟气排放标准严格，所以不适合垃圾焚烧尾气处理。2 湿法的净化工艺液体或浆状吸收剂在湿态下与酸性气体反应并去除反应产物，具有反应速度快、设备简单、去除效率高等优点，但普遍存在设备腐蚀严重、反应后的污水易
10、造成二次污染和运行维护费用较高等问题。湿法净化工艺具有代表性的技术有石灰浆液洗涤法氧化镁法、双碱法 、海水脱硫法等。 该工艺在少数经济及技术发达的国家应用较多，典型工艺组合为湿式洗涤塔和袋式除尘器的组合。湿式洗涤塔对于 SO2 和 HCI 的控制可获得最佳效果 ，其吸收效率是由酸性气体扩散至碱性吸收液滴的速度所控制，设计时须强调增加气液相接触的面积及时间，以及提升液滴中吸收剂的浓度。湿式洗涤塔所使用的碱液通常为 NaOH 溶液或 Ca(OH)溶液，因消石灰价廉，通常使用消石灰溶液为主。消石灰溶液与酸气反应后形成钙盐，其循环洗涤水须经澄清、浓缩及过滤 ，以防止在设备中沉积。湿式净化工艺最大的优点
11、是酸去除率高。缺点是会产生含高浓度无机盐及重金属的废水，造成二次污染，需处理达标后才能排放，设备投资、运行费很高；泥浆不易处理，增湿降温后的烟气不利于排放扩散，达不到烟气排放标准，不适合本设计的尾气处理。3 半干法的净化工艺结合湿法和干法净化工艺部分优点，吸收剂在湿状态下与酸性气体反应、干状态下处理反应产物，去除效率高且不产生废水。其中喷雾干燥法较为成熟、可靠，可以应用于垃圾焚烧烟气处理。半干法净化工艺的特点如下。(1)雾化的细颗粒既进行着酸性气体从气相向雾滴表面的传质，又进行着酸与液滴上 Ca(OH)的反应，同时雾滴水分被蒸发 ，便于后面的除尘设备除尘。(2)HCl 及 SO2 的气膜传质效
12、率和酸性气体通过反应生成物的扩散效率影响和决定了 HCI 及 SO2 的净化效率。为确保污染物有效去除，烟气在反应塔中的停留时间应不小于 l2 秒。与湿法净化工艺相比，该工艺系统简单、有效且价格便宜。半干法净化工艺 SO2 去除率较高，对 HC1 的去除率可达 80以上 ，对重金属去除率可达 99 (汞除外 )以上，药品用量少，不产生废水，缺点是喷嘴易堵塞，烟气温度下降，产生白烟 。在设计中可使用旋转圆盘，避免喷嘴堵塞的问题；烟气中大部分 HCI 都被清除，产生的白烟很少.氮氧化物（NO x）：除燃料中的氮化合物外，燃烧温度过高会生成大量NOx。因此，为降低 NOx 排放，除应控制燃烧温度外，
13、一般需要采用加氨催化脱氮装置。未燃烧的碳氢化合物（HC）与一氧化碳（CO）：只要燃烧温度与燃烧速度稳定，挥发分能够及时彻底燃烧，HC 与 CO 的排放易于得到有效的控制。但是，当橡胶、塑料等高挥发分物质进入炉内时。会发生突然的高速燃烧，形成“喷出”现象，因而只能通过较大的过量空气系数及二次燃烧方式确保挥发分的彻底燃烧。垃圾焚烧产生的氧化氮的 95%以上是 NO，剩余的为 NOx。除去 NOx 的方法有以下几种：（1）燃烧控制法。一般是通过低氧浓度燃烧，控制 NOx 的产生，但要注意氧的浓度过低时，易引起不完全燃烧，产生 CO 进而产生二恶英。因此需应用高水平的自动燃烧控制技术来抑制 NOx 的
14、产生。（2）无触媒脱氮法。将尿素或氨水喷入焚烧炉内，通过反应分解 NOx。本法去除效率约 30%，但喷入尿素过多时，会产生氯化氨，烟囱的烟气会变紫。（3）触媒脱氮法。在触媒表面有氨气存在的条件下，将 NOx 还原成氮气。由于前段烟气处理的需要，烟气温度较低，所以一般使用 200左右的低温触媒。理论上可达 100%反应效率，NO x 除去效率也很高，但实际上一般为59%95%。低温触媒比较昂贵，还要建造氨气等供应设备。（4）天然气再烧法。在焚烧炉一次燃烧室出口喷入天然气，形成还原性气氛。除去 NOx 后，再喷入二次空气将未燃烟气完全燃烧。本方法在除去 NOx 的同时，也有除去 CO 的效果。垃圾
15、焚烧的二恶英产生的主要原因：（1）垃圾中本身含有的一定量的二恶英；（2）垃圾中塑料、橡胶以及与氯苯酚、氯苯、PCB 等结构相似的物质（称为前躯体）在炉内进行反应而生成二恶英；（3）在废水冷却过程中，前躯体等有机物变成二恶英，特别是在 250400容易产生。传统的静电除尘器烟气温度正好在此温度范围。控制二恶英产生的最有效的方法是“3T” 法：（1）温度：保持炉内温度 800以上，最佳温度为 850950，将二恶英在炉内完全分解；（2）时间：保证足够的炉内高温停留时间，一般要求 2s 以上；（3）湍流：优化炉型和二次空气的喷入方法，充分混合和搅拌烟气达到完全燃烧。另外，在烟气处理过程中，尽量缩短
16、250800温度域的停留时间，降低除尘器前的烟气温度，避免二恶英再次产生。对已生成的二恶英可采取如下措施：喷入粉末活性材料吸收二恶英；设置触媒装置（分解器）分解二恶英；设置活性炭塔吸收二恶英。结论垃圾焚烧既使垃圾减量化、无害化，又实现垃圾资源化。然而焚烧垃圾产生的“三废 ”，又有与众不同的特点，这就是废气中存在酸性气体和二恶英等污染物.采用半干式喷雾吸收塔+布袋除尘器+ 活性炭的净化设施做烟气处理。尾气进入喷雾吸收塔，和喷入的碱性中和剂微滴进行化合反应，使之烟气中HCL、HF、SO 2 等气相中有害物质中和固化沉降。一般烟气在反应塔内停留约二十秒，以满足很大部分气相污染物的反应。除去酸的烟气随同喷入的活性炭一起进入布袋除尘器，由活性炭吸附烟气中的二恶英污染物，气态污染物在布袋上的滤层中继续与剩余的吸收剂和活性炭反应及吸附。总之，为促进环境与经济、社会的协调发展，有效推动城市的可持续进程，加快城市化建设，促进垃圾处理产业化、减量化、无害化，资源化的城市垃圾焚烧技术及污染控制的改进与研究，是实践中值得研究的课题。参考文献(1)王芳，侯万东，刘晓勤(2)董珂,赵昕哲，张国立(3)焦真，陈志明 (4)李发永，曹作刚，刘相
