馮志翔

（中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

垃圾焚燒一種作為垃圾的主要處理方法，具有將有害物進行無害化處理，減少土地占用，滅殺病原體防止疾病傳播等優(yōu)點，同時焚燒垃圾的熱量可以用于發(fā)電，合理利用能源，符合可持續(xù)發(fā)展的理念[1]?，F(xiàn)階段，垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)仍是我國在垃圾處理方面的最優(yōu)解決方案，其對于我國垃圾的減量化、環(huán)?；蜔o害化處理起到了關(guān)鍵作用。垃圾焚燒對于難以分解的垃圾實現(xiàn)了真正意義上的減量化處理，部分垃圾處理后可達到減容百分之九十，減重百分之八十的良好效果，處理完成之后的殘渣可以作為建筑材料進行二次利用。

但垃圾焚燒發(fā)電過程中產(chǎn)生的煙氣中含有大量重金屬、有害氣體及其他污染物，若不能及時處理，將對環(huán)境造成二次污染，得不償失。其中，對環(huán)境污染最為明顯的污染物就是二氧化硫與氮氧化合物，二者都是酸雨形成的主要因素，且后者還具有毒性，對大氣環(huán)境造成嚴重威脅，故而脫硫脫硝工藝的應(yīng)用對保護環(huán)境、減輕污染、實現(xiàn)供電可持續(xù)發(fā)展有著重要意義[2]。我國目前雖對電廠煙氣凈化治理加大了投入與監(jiān)管力度，但所得成果仍然有限，根本原因是現(xiàn)有的脫硫脫硝工藝并不成熟，脫除效率較低，對有害物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率有限。文獻[2]中對某垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化工藝進行分析，通過煙氣數(shù)據(jù)的對比，論述了鈣基旋轉(zhuǎn)噴霧干燥(SD)A法與選擇性非催化還原(SNCR)法結(jié)合應(yīng)用于垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化的工藝流程。文獻[3]提出了利用炭基催化劑對煙氣中的有害氣體進行吸收的方法。筆者針對催化劑，研究脫硫脫硝工藝的優(yōu)化方案，以提高脫除效率，降低污染。

1 脫硫脫硝工藝概述

表1 垃圾焚燒發(fā)電煙氣主要成分與重度表

垃圾焚燒發(fā)電煙氣凈化一步脫硫脫硝工藝，是指在同一套裝置中，實現(xiàn)脫硫與脫硝的同步進行，該工藝優(yōu)勢較強，相比于聯(lián)合脫硫脫硝方法的分段式脫除，其具有成本低、占地少、監(jiān)管操作便捷等優(yōu)點。目前國內(nèi)的一步脫硫脫硝工藝主要應(yīng)用CuO/Al2O3法，其脫硫脫硝的主要機理為：垃圾焚燒發(fā)電煙氣進入反應(yīng)器，煙氣中的SO2與負荷在γ-Al2O3上的CuO發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)物為CuSO4，在CuSO4的催化下，煙氣中的NOx被噴入的NH3分解成N2，產(chǎn)物銅鹽與反應(yīng)器中的H2等具有還原性的氣體反應(yīng)，將CuSO4還原成CuO，實現(xiàn)CuO的再生，完成一次循環(huán)，其脫硫脫硝有效率在90%左右，同時不會對環(huán)境造成二次污染。其反應(yīng)機理如下：

《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB 18485—2014)中提到，氮氧化物（NxO）24小時排放均值不超過250mg/Nm3，二氧化硫（S2O）24小時排放均值不超過80 mg/Nm3?；贑uO/Al2O3法，針對影響脫除效率最主要的因素——催化劑進行優(yōu)化，提出復(fù)合系銅礬催化劑CumVnOx/ZSM-5。

2 煙氣凈化脫硫脫硝工藝優(yōu)化

2.1 分析催化劑活性與選擇性

本次研究中選擇評價催化劑性能中最主要的活性與選擇性兩個指標，活性反映著催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率提高的性能，如反應(yīng)：aA+bB→cC+dD中，A的轉(zhuǎn)化率為：

式中nA0表示：A物質(zhì)在反應(yīng)前的量，nA表示：A物質(zhì)在反應(yīng)后的量。

根據(jù)催化劑活性的影響因素，在傳統(tǒng)催化劑中加入分子篩載體，增加其使用壽命，提高其活性。

選擇性反應(yīng)著催化劑對復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)的選擇催化作用，本次研究中依據(jù)常用參數(shù)反應(yīng)產(chǎn)率來分析催化劑的選擇性。仍以aA+bB→cC+dD為例，目標產(chǎn)物C的產(chǎn)率Cψ為C的摩爾數(shù)

式中：nc0/c和nA0/a為常數(shù)。

產(chǎn)率的高低與催化劑選擇性好壞成正比，根絕影響催化劑選擇性的因素，控制催化劑制備過程中的溫度、壓力等，對催化劑進行優(yōu)化。

農(nóng)村居家養(yǎng)老一定程度上解決了農(nóng)村家庭養(yǎng)老服務(wù)功能弱化的困難，同時又解決了機構(gòu)養(yǎng)老存在的一些問題，是一種適合農(nóng)村老年人實際情況的新型養(yǎng)老模式?；赟WOT分析法，選擇S－O（優(yōu)勢－機遇）策略，發(fā)揮農(nóng)村居家養(yǎng)老模式的內(nèi)部優(yōu)勢（S），利用現(xiàn)階段農(nóng)村居家養(yǎng)老服務(wù)發(fā)展的外部機遇（O），提出促進農(nóng)村居家養(yǎng)老發(fā)展的戰(zhàn)略措施。

2.2 選擇最優(yōu)催化劑制備方法

不同制備方法制備的催化劑具有不同的表征，本研究以銅礬催化劑為基礎(chǔ)，利用共混法、浸漬沉淀法、多組分浸漬法制備催化劑，從三中制得的催化劑中，選擇活性高、選擇性好的復(fù)合系銅礬催化劑CumVnOx/ZSM-5。

浸漬沉淀法：配制適量0.75mol/L的3與Cu（NO3）2溶液與0.5mol/L的NH4VO3溶液備用。將取5g顆粒狀分子篩干燥焙燒后作為載體，投入酸性CuSO4溶液中浸漬兩小時，兩小時后向浸漬液中加入適量NH4VO3溶液形成混合液，而后調(diào)整混合液pH值，使其呈堿性，此時銅礬形成共沉淀，完成催化劑制備。

主要通過X射線衍射分析(XRD)與程序升溫還原(TPR)設(shè)備對制備的催化劑進行檢測分析，對三種不同制備方法制備的催化劑進行XRD與TPR表征，得到如圖1所示活性分析結(jié)果，與圖2所示選擇性分析結(jié)果。

圖1 三組制備方法XRD表征對比

圖2 三組制備方法TPR表征對比

由圖1、圖2可知，通過對比三種方法制備的催化劑的XRD表征圖譜與TPR表征圖譜，浸漬沉淀法制備的復(fù)合系銅礬催化劑CumVnOx/ZSM-5具有較好的活性與選擇性。

3 實驗論證

為驗證本文提出的脫硫脫硝優(yōu)化方法的有效性，提出對比實驗，將本文提出的優(yōu)化方法作為實驗組測試對象，將根據(jù)文獻[2]與文獻[3]提出的傳統(tǒng)方法分別作為對照A組和對照B組的測試對象，比較三種不同的脫硫脫硝方法在不同條件下的脫除效果。

3.1 實驗準備

利用浸漬沉淀法制備復(fù)合系銅礬催化劑CumVnOx/ZSM-5備用，標記為催化劑γ。根據(jù)文獻[1]與文獻[3]提出的脫硫脫硝方法分別制備催化劑α與催化劑β，選擇M-9000燃燒分析儀與脫硫脫硝反應(yīng)器進行實驗。除催化劑種類，影響脫硫脫硝效率的因素還包括空速與溫度[5]，查閱相關(guān)資料顯示最佳反應(yīng)溫度在440°C到460°C之間，最佳空速約為1.33s-1，控制溫度為分別為400°C、450°C、500°C根據(jù)公式（9）、（10）控制空速為1.33s-1，將垃圾焚燒煙氣通入反應(yīng)器進行對比實驗。

式中，表示：?？諘r(s)；S表示：空速(s-1)；VR表示：催化劑體積(mL)；表示：催化床層空隙率；V0表示：進氣速率(mL/min)。

3.2 實驗結(jié)果與分析

使用M-9000燃燒分析儀分析垃圾焚燒煙氣通入反應(yīng)器前后的二氧化硫與氮氧化合物含量，得到三組催化劑脫硫脫硝效率在400°C、1.33s-1空速下的結(jié)果如表2所示。

表2 三組催化劑脫除率對比（1）

三組催化劑脫硫脫硝效率在450°C、1.33s-1空速下的結(jié)果如表3所示。

表3 三組催化劑脫除率對比（1）

三組催化劑脫硫脫硝效率在500°C、1.33s-1空速下的結(jié)果如表3所示。

表4 三組催化劑脫除率對比（2）

由表2、表3、表4可知，在空速下，催化劑γ在400°C、450°C、500°C的脫硫率分別為96.3%、98.3%、95.8%，脫硝率分別為95.5%、97.6%、94.9%，明顯高于對應(yīng)溫度下催化劑α與催化劑β的脫硫率與脫硝率。

4 垃圾發(fā)電煙氣污染物的類型及治理

（1）酸性氣體防治。關(guān)于氮氧化物的防治，根據(jù)其來源可以從兩個角度入手，首先根據(jù)氮氧化物的生成條件，即達到其氧化溫度，同時有充足的的氧氣作為氧化劑，因此可以通過控制其燃燒過程達到防治效果，一方面控制其燃燒溫度，保證其溫度達不到氧化反應(yīng)溫度(1200℃)。一方面可以減少高溫區(qū)域的氧氣濃度抑制其反應(yīng)，此種防治手段可以將氮氧化物濃度控制在250～300mg/Nm3，遠達不到歐盟的排放標準，因此對于超標的濃度要采用相應(yīng)的脫氮設(shè)施，該垃圾焚燒發(fā)電廠結(jié)合自身垃圾燃料中含氮化合物的量?？紤]自身發(fā)電與運行成本，采用選擇性非催化還原法與選擇性催化還原技術(shù)相結(jié)合方式，即SNCR＋SCR(尿素作為還原劑)技術(shù)進行煙氣處理，使用尿素作為還原劑，最終氮氧化物濃度控制在了100mg/Nm3以下。

（2）重金屬及其防治。重金屬是垃圾焚燒發(fā)電廠中危害性較大的一類污染物，隨著生活水平的提高，垃圾分類工作的不完善，大量的廢棄電池、燈管、線路板等電器制品以及部分建材中的涂料等垃圾被送入焚燒爐中，這些垃圾中含有大量的重金屬化合物，毒性極強，而且性質(zhì)復(fù)雜，有的揮發(fā)性較強(例如Pb、Cd、Hg等)可隨煙氣排放，有的揮發(fā)性較差形成金屬氧化物。隨著鍋爐爐渣排出，防治的重點便是揮發(fā)性較強的重金屬，在除塵器中，一些氣態(tài)的重金屬可以通過除塵器冷卻降溫，變?yōu)橐簯B(tài)或者固態(tài)顆粒進行捕集為了提高捕集效率，同時捕獲一些尚未在除塵器中被捕獲的高揮發(fā)性重金屬，該垃圾焚燒發(fā)電廠采用袋式除塵器＋活性炭吸附的手段對重金屬進行防止。

5 結(jié)語

由實驗結(jié)果可以看出，本文提出的復(fù)合系銅礬催化劑CumVnOx/ZSM-5在脫硫脫硝效率上明顯高于傳統(tǒng)催化劑，對傳統(tǒng)脫硫脫硝工藝進行了優(yōu)化升級，減少了垃圾焚燒發(fā)電二氧化硫及氮氧化合物的排放。但受限于筆者專業(yè)水平與實驗環(huán)境，仍存在一些問題，日后將對脫硫脫硝工藝進行進一步研究，以期可以從其他方面提升脫硫脫硝效率。