【深度】生活垃圾焚烧发电烟气处理技术综述及其优化控制建议

【深度】生活垃圾焚烧发电烟气处理技术综述及其优化控制建议

摘要：本文分析了生活垃圾焚烧烟气产生的污染物及其净化工艺； 对国外生活垃圾焚烧烟气处理技术进行回顾和比较，分析焚烧烟气处理工艺及其可能出现的故障，提出生活垃圾焚烧烟气处理技术及其可能出现的故障。 垃圾烟气问题； 对此，提出垃圾焚烧发电烟气处理工艺及控制技术需进一步优化。 建议各焚烧厂根据设备选型，探索总结过程控制和烟气处理优化的运行方案。 生活垃圾焚烧发电的建设和运行具有极其重要的现实意义。

前言

生活垃圾焚烧有着悠久的历史，可以追溯到1896年，人类历史上第一座垃圾焚烧厂在德国汉堡建立。 随着工业化的发展，现代垃圾焚烧厂逐渐开始使用专业焚烧炉。 焚烧产生的热量可用于产生蒸汽发电，实现能源利用。 而且，飞灰固化稳定后，可以对有毒有害废物进行无害化处置。 目前，世界各国大部分垃圾焚烧厂都配备了完善的烟气处理装置和废水处理系统，可以最大限度地减少对环境的影响。

与国外相比，生活垃圾焚烧技术晚了50年。 随着各级的重视和垃圾发电技术的发展，垃圾焚烧逐渐成为国内许多城市考虑的垃圾处理方法，主要是借鉴国外技术经验。 生活垃圾焚烧及余热发电技术。 1985年，深圳率先开展垃圾焚烧发电。 深圳环境卫生综合处理厂引进日本三菱马丁垃圾焚烧炉。 2002年，上海第一座垃圾焚烧发电厂建成。 2005年，天津也启动了第一座垃圾焚烧发电。 该工厂采用日本先进的SN炉排炉技术建造。 随后，南京、重庆、北京、长沙、广州、珠海等城市结合自身实际，开展了垃圾焚烧发电厂的规划建设。 江苏省主要采用垃圾焚烧发电技术作为处理生活垃圾的主要方式。 全省已建成运营生活垃圾焚烧发电厂31座，实现垃圾处理和资源化利用。

随着城市生活垃圾处理的迫切需求，研究符合国情的垃圾发电技术，推动我国垃圾发电产业发展。 目前，我国建设的主要垃圾焚烧发电厂的焚烧炉选型均采用进口焚烧炉技术以及自主研发的焚烧炉技术。 主要有日本三菱重工、法国阿尔斯通、比利时吉宝西格斯以及国内自主焚烧炉技术。 焚烧炉由中国光大国际开发。

由于垃圾成分复杂，生活垃圾焚烧全过程如果不考虑环境控制措施，将不可避免地产生渗滤液、烟气、固体废物等二次污染物，且这些污染物远大于传统燃煤电厂产生的污染物更加复杂、有毒。 例如，烟气中含有的SO2、HCl、HF等酸性气体未经处理排放，会形成酸雨，对生物造成很大危害； 烟气中的二恶英因其生殖毒性而对生物体和环境造成特别大的影响。 和遗传毒性引起了公众的广泛关注。

但不同的焚烧设备选型、余热锅炉、配套烟气处理方法、各种控制参数等对烟气污染物的控制，特别是二恶英的产生和控制有着重要影响。 另一方面，一些垃圾焚烧造成的烟气污染现象不够稳定达标或标准过低，越来越引起公众的关注。 因此，优化焚烧技术、烟气处理技术、参数控制等工艺技术对于促进垃圾焚烧发电实现资源化利用、经济可行、绿色环保具有决定性作用。 这也是关注公众切身利益的体现。

1 生活垃圾焚烧烟气净化工艺

生活垃圾焚烧过程中产生的污染物包括废气、废水和废渣。 本文主要讨论焚烧烟气中的污染物及控制。 烟气中的污染物主要有粉尘（细颗粒物）、酸性气体（HF、HCl和SO2等）、氮氧化物、重金属和有机污染物（主要是二恶英），其中二恶英受到广泛关注； 二恶英的种类很多，而且毒性很大。 生活垃圾焚烧过程中，由于垃圾成分复杂，且在高温下相互作用较多，二恶英产生的原因相当复杂。 目前的研究结果还不能完全解释它们。 已知的生成途径有几种：原始存在、高温气相合成、从头合成、前驱体合成。

1.1 酸性气体净化装置

酸性气体通常采用碱性介质吸收法。 工业上常用Ca(OH)2和NaOH。 净化工艺有干法、半干法和湿法。

1.1.1干法脱酸工艺

干式脱酸工艺一般采用干式碱性吸附剂直接喷入省煤器与除尘装置之间的水平烟道内，或使吸附剂与干式反应塔内的酸性气体接触，吸附剂吸收酸性气体烟气中的污染物通过气固相接触和中和反应去除。 干法工艺设备简单，投资少； 它以干粉形式发生反应。 但由于干法工艺中吸附剂与烟气接触面积小、反应时间短，导致干法脱酸效率较低（50%～60%）。 一般情况下，喷入的消石灰等吸附剂会过量（钙酸比大于3），会增加下游除尘设备的负荷。 目前仅采用常规干法脱酸工艺很难达到规定的排放要求，因此该方法在大型生活垃圾焚烧厂中很少采用。

1.1.2 半干法脱酸工艺

目前应用最广泛的是半干法脱酸工艺。 国内大型垃圾焚烧厂大多采用此工艺。 半干法一般吸收剂也采用Ca(OH)2。 首先制成Ca(OH)2浆液，然后将吸收剂浆液通过安装在半干式反应塔顶部的雾化器喷入反应塔，雾化装置的高速产生剪切作用，引起浆液形成粒径极小的液滴，然后与烟气充分接触。 由于液滴中水分的蒸发，烟气温度降低，同时烟气湿度增加。 石灰浆液滴与烟气接触。 酸性气体反应生成中性盐，从而除去酸性气体。

半干法脱酸工艺中，一般反应塔安装在除尘装置（一般为布袋除尘器）前，以捕集含有少量熟石灰的烟气； 同时，部分未反应的熟石灰会粘附在袋式除尘器上，通过脱酸塔的烟气进一步与吸附剂反应，提高脱酸效率。 碱性吸附剂与烟气接触的方式有顺流方式和逆流方式两种，各有其优缺点。 吸附剂从塔顶进入，烟气可选择从塔顶上部或下部进入。 反应塔的结构，包括导叶、直径等的设计，主要是为反应提供足够的空间和反应时间，以达到最佳的脱酸效率。

半干法的脱酸效率和吸附剂利用率均远高于干法。 一般情况下，烟气中HCl的去除效率可达90%以上； 同时，半干法脱酸过程中不产生HCl。 废水和浆液中的水主要用于冷却高温烟气，降低烟气温度以提高反应效率； 半干法工艺的操作温度一般在150-170℃左右，高于烟气的露点温度，因此烟气经过除尘器后可直接排放。

1.1.3 湿法脱酸工艺

湿式脱酸工艺一般采用湿式洗涤器。 烟气中的HCl、SO2等酸性气体与洗涤器中注入的碱性吸收剂（通常是氢氧化钠溶液或熟石灰溶液）接触，发生中和反应。 ，以除去酸性气体。 湿法工艺在欧美等发达国家广泛应用。 工业装置运行数据证明，脱氯效率可达95%以上，脱硫效率可达80%以上。 同时，湿式洗涤器在去除酸性气体的同时，还可以有效降低二恶英和重金属的浓度； 因此，湿法工艺具有高效、全面去除污染物的优点，是未来发展的重点。

湿法工艺中的湿式洗涤器一般安装在布袋除尘器后面，以防止高湿饱和烟气中的颗粒堵塞滤布； 同时，由于烟气先经过布袋除尘器，因此应安装在除尘器之前。 冷却塔将省煤器出来的高温烟气冷却后进入除尘器，增加滤布的寿命。

湿法工艺的最大优点是酸性气体去除比较彻底，但也存在一些缺点，主要包括：（1）会产生大量高浓度无机盐和重金属废水，容易造成造成二次污染，增加污水量。 处理负荷和运营成本。 (2)经过湿式洗涤器后的烟气温度一般在60～70℃左右。 如果低于烟气露点，则需在系统中增设再热器，提高烟气温度后才能排放。 否则，烟囱出口处会出现粉刷现象。 冒烟现象。 (3)湿法工艺一次性投资高，工艺路线复杂，运行成本也高。

1.2除尘工艺

烟气经过脱酸处理后，还含有大量细颗粒物，需要通过除尘设备去除。 垃圾焚烧厂一般采用静电除尘器和布袋除尘器。

1.2.1静电除尘器

静电除尘器利用高压电场使粉尘带电并吸附，实现气固相分离。 静电除尘器具有除尘效率高、去除重金属化合物效果好、可在高温下使用等优点。 但对粒径1. 0 μm以下颗粒物的捕集效率不如布袋除尘器，且电除尘器一次性投资大、占地面积大，不经济。用于垃圾焚烧烟气处理工艺。 同时，脱酸系统后的烟气经过电除尘器时，经高温破坏分解的二恶英会在电除尘器极板的催化下，重新生成二恶英类物质，即- 称为“再合成现象”。 生活垃圾焚烧发电厂除尘设施必须采用布袋除尘器。

1.2.2 袋式除尘器

袋式除尘器的工作原理是当含尘烟气通过过滤器时，烟气中的微小颗粒被滤料形成的滤层和滤袋上形成的粉尘层捕获和拦截，从而实现气固分离。 。 “半干法工艺+布袋除尘器”的组合工艺是目前垃圾焚烧烟气处理中应用最广泛的工艺。 袋式过滤器比静电除尘器捕获粒径0.1～1.0μm的细颗粒物效果更好。 袋式除尘器通常安装在干式或半干式脱酸系统之后。 进入过滤器的烟气温度低于200℃，无二恶英再合成。

袋式除尘器的最大缺点是对滤袋材质的质量要求较高。 滤袋受烟气温度、含水率和酸性气体腐蚀的影响较大。 如何选择合适的滤袋材质是决定袋式除尘器稳定高效运行的关键。 目前，随着PTFE过滤材料的开发和使用，袋式过滤器的缺点可以得到很大的改善。 由于其运行阻力低、透气性和过滤性好等优点，一些老装置在改造时选择PTFE来代替原来的过滤材料。 ，大大提高颗粒物的拦截效果，在新建垃圾焚烧发电厂得到广泛应用。

1.3 氮氧化物去除工艺

根据NOx的生成机理，其控制包括两个方面：一是通过控制垃圾焚烧过程来减少NOx的生成；二是通过控制垃圾焚烧过程来减少NOx的生成。 另一种是在后处理中通过化学或物理方法去除生成的NOx。 在垃圾燃烧控制中，主要遵循“3T+E”原则，即燃烧温度、停留时间、大湍流和过量空气。 需要综合平衡各种因素的影响，选择最佳的运行参数。 例如，温度有利于去除二恶英，但会增加热力NOx的浓度。 因此，炉排炉焚烧系统的炉温一般控制在900℃； 在实际燃烧过程中，还必须控制一次风和二次风的配风比例。 、控制燃烧过程中的低氧含量等，减少NOx的生成。 垃圾焚烧烟气中的NOx主要是NO。 目前，后处理中通过反应去除NOx的方法根据是否使用催化剂分为两种，即选择性非催化还原(SNCR)和选择性催化还原。 （SCR）。

选择性非催化还原（SNCR）是将含有氨基的还原剂注入烟气温度为850～1100℃的炉区。 烟气中的NOx在还原剂和氧气的作用下生成N2，从而去除烟气。 空气中的氮氧化物。 选择性催化还原（SCR）是烟气在200至400℃的烟气温度范围内通过TiO2-V2O5等催化剂层的方法。 烟气中的氮氧化物在氧气的作用下与注入的NH3发生化学反应。 N2达到净化目的。 SCR脱硝效率高，但缺点是一次性投资和运行成本较高。 但由于烟气排放要求日益严格，SCR的应用将是未来的发展趋势。

1.4 烟气二恶英控制方法

控制垃圾焚烧二恶英的技术措施主要有3个。

1.4.1 燃烧控制

通过合理组织焚烧炉内燃烧，维持炉内高温（），延长气体在高温区的停留时间（Time），增强炉内垃圾的紊流，促进空气与烟道的扩散和混合气体 （）。 要求炉内温度保持在850℃至950℃，烟气在超过850℃的温度下停留2秒以上，才能让垃圾充分燃烧。 欧盟标准是原始排放浓度小于0. 1ng/Nm3。 完全燃烧含有二恶英的未燃烧气体，从而将二恶英的产生抑制到最低水平。

1.4.2 除尘器

布袋除尘器对固体颗粒具有高效的拦截作用，可拦截烟气中的固相二恶英。

1.4.3 活性炭注入吸附去除

通过燃烧管理和布袋除尘器的联合使用，烟气中二恶英含量可降至≤0.1ng/Nm3。 这是因为焚烧炉的完全燃烧是通过焚烧炉和自动燃烧控制系统的配合实现的，保证烟气保持在850℃以上2秒以上。 布袋除尘器可拦截固相二恶英，去除率达90%以上。 最后，在布袋除尘器前的烟气中注入少量活性炭，可以有效吸附二恶英。 这三种方法结合起来，可以有效控制二恶英排放。

2 国外生活垃圾焚烧烟气处理现状

在欧洲发达国家，垃圾焚烧比例较高，达到25%以上。 欧洲较早建成了符合现代水平的大型生活垃圾焚烧处理设备。 在焚烧关键设备（焚烧炉）制造、焚烧技术管理、烟气处理技术等方面处于世界前列。 在欧洲发达国家，目前运营中的生活垃圾焚烧厂多达400座，还有更多的装置正在建设中。 由于土地资源短缺，焚烧发电在日本垃圾处理方式中一直占据主导地位。 垃圾焚烧比例高达80%，垃圾焚烧发电厂约有千余座。

随着人们对垃圾焚烧认识的提高，生活垃圾焚烧烟气排放标准也越来越严格。 严格的排放标准需要新的烟气处理技术以及不同工艺的组合。 例如，欧美等发达国家的垃圾焚烧装置广泛采用SCR（催化脱硝技术）； 在日本，通常使用有机螯合剂来固化焚烧过程中产生的飞灰。 在二恶英的治理上，欧美、日本等发达国家十多年来一直应用催化二恶英去除技术（SDDS），最大限度地减少二恶英向环境的排放。 SDDS技术的主要优点包括：二恶英排放控制可达到0.01～0./Nm3； 可在160℃～180℃低温下使用； 不需要额外的添加剂和反应物，并且可以同时去除氮氧化物，从而降低运行成本。

在脱酸工艺的应用中，发达国家目前采用湿法工艺处理烟气，也有比较先进的EDV技术，可以达到非常满意的排放效果。 由于干法工艺投资少，无额外废水污染，因此干法处理工艺不断改进和进步，如采用更细粒度的石灰和改性石灰，采用更先进的喷射装置等。国外技术有所提高。

目前，烟气处理最常采用多种工艺组合，如“干法+半干法”、“干法+湿法”等； 在日本垃圾焚烧厂，“SNCR+干法工艺+布袋除尘器+湿式洗涤器+烟气再热器”的烟气处理工艺已得到广泛应用，完全可以满足欧盟烟气排放标准。

20世纪60年代和1970年代欧洲建设的垃圾焚烧发电项目没有配备完整的烟气净化系统。 20世纪80、90年代，随着环保标准的提高，以静电除尘器、湿式洗涤、SCR为主的烟气净化逐渐形成。 后续的改造基本延续了这个工艺路线。 近期建设项目烟气净化工艺的发展趋势是“SNCR（炉内）+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘”（2008年竣工的柏林项目即采用此工艺）。 该工艺流程简单，投资和运行成本可控，完全能够满足欧盟标准。

3 生活垃圾焚烧烟气处理现状

近年来，我国垃圾焚烧发电厂呈现爆发式增长，但烟气处理技术发展不平衡。 一些老式或小型垃圾焚烧发电厂烟气处理工艺相对落后。 即使进行了一些改造，仍然不能保证排放稳定达标。 近年来，新建或在建的大型垃圾焚烧发电厂的烟气处理技术有了很大的提高。 目前使用较多的是“SNCR脱硝+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘器”工艺。 为适应未来环保要求，大型生活垃圾焚烧发电厂提高污染物控制水平，采用“SNCR脱硝+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘器+SCR”，有效控制烟气污染物。 排放。

由于生活垃圾未经分类、成分复杂，且不同季节垃圾成分不同，垃圾焚烧管理可能存在缺陷，导致烟尘排放超标； 同时，当焚烧系统出现故障时，烟气初始阶段如果排放管理不严格，也会出现超标排放的情况。 例如，烟气处理系统在运行过程中，高速旋转的雾化器经常会出现堵塞等故障，导致半干法工艺无法正常工作。 此外，一些处理设施通常没有备用设备。 类似情况导致烟气排放常常不达标。 政府的监督和管理也存在不足。 由于监测频率低，且缺乏昂贵的二恶英监测仪器，无法对垃圾焚烧厂进行有效监管。 因此，我国垃圾焚烧烟气处理水平仍需提高，以满足公众对自身健康和环境保护的诉求。

4、生活垃圾焚烧烟气处理问题

（1）我国垃圾焚烧设备大部分从国外进口，国外垃圾普遍分类，可燃物含量高，重金属等有害物质含量低。 因此，国外垃圾焚烧设备更适合热值高的垃圾。 低热值、高水分的生活垃圾焚烧存在适应性差的问题； 按照国外引进参数进行管理，导致垃圾焚烧不彻底，烟气污染加剧。 此外，由于生活垃圾大多为混合垃圾，且垃圾成分存在较大的地区和季节差异，导致焚烧运行不稳定，烟气处理水平波动较大。

（2）发达国家生活垃圾分类水平较高。 一般来说，可回收垃圾已经分类。 例如，塑料是从一般垃圾中分离出来的，因此焚烧垃圾中的塑料含量较低，而中国的生活垃圾中含有大量的塑料。 如含氯PVC等，在焚烧过程中会形成HCl、二恶英等，导致酸性气体排放超标概率增加。

（3）焚烧设备选型、余热锅炉温度控制、烟气处理控制等影响烟气稳定排放达标。 特别是各机组的温度控制和二恶英控制技术有待优化和进一步完善。

5 建议与展望

为解决当前公众关心的垃圾焚烧烟气排放敏感问题，适应新形势下污染治理高要求的发展趋势，增强公众对垃圾焚烧的认识。 根据焚烧技术、烟气处理工艺、烟气排放标准，需要综合考虑设备选型和运行控制参数。 需要进一步优化垃圾焚烧发电和烟气处理工艺及控制技术； 结合烟气处​​理设备的故障，研究事故排放时对环境影响最小的情景。 以工艺控制为基础，探索总结适合各焚烧厂的运行方案，以设备选型为基础进行烟气处理优化，实现垃圾发电污染控制技术示范和烟气稳定达标排放，从而实现垃圾发电污染控制技术示范和烟气稳定达标排放。促进企业实现资源回收、经济效益、环境效益对生活垃圾焚烧发电的建设和运营具有极其重要的现实意义。