趙茹男，劉 曉，俞 玲，姜 勝

（武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430079）

垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)垃圾處理無(wú)害化、資源化、減量化。垃圾焚燒發(fā)電已經(jīng)成為各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家生活垃圾處理的主要方式。當(dāng)前中國(guó)垃圾焚燒電廠布局由經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大城市逐步向三四線城市及中西部?jī)A斜，呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢(shì)頭。但是生活垃圾焚燒電廠的鄰避（NIMBY，Not In My Back Yard，不要建在我家后院）現(xiàn)象在中國(guó)很多區(qū)域還是突出問(wèn)題，主要是公眾對(duì)垃圾焚燒所產(chǎn)生的號(hào)稱(chēng)劇毒的二噁英的排放問(wèn)題越發(fā)關(guān)注。二噁英為高沸點(diǎn)物質(zhì)，氣化壓力很低，二噁英主要以顆粒狀態(tài)存在于煙氣中或者吸附在飛灰顆粒上，二噁英的控制技術(shù)是垃圾焚燒電廠煙氣污染物控制的重中之重。本文主要圍繞生活垃圾焚燒處理的副產(chǎn)物二噁英展開(kāi)，介紹了二噁英的危害，剖析了二噁英的產(chǎn)生機(jī)理。結(jié)合垃圾焚燒電廠運(yùn)行實(shí)際，提出電廠控制二噁英的處理技術(shù)，為相關(guān)專(zhuān)題技術(shù)研究的開(kāi)展提供借鑒。

1 二噁英危害

二噁英是一種含氯有機(jī)化合物，即多氯二笨并二噁英，多氯二笨并呋喃及其同系物（PCDDs 和PCDFs），以氣體和固體形態(tài)存在，難溶于水，對(duì)酸堿穩(wěn)定，易溶于脂肪，易在生物體內(nèi)積聚，即使是在很微量的情況下，長(zhǎng)期攝取也會(huì)引起癌癥、畸形等。

二噁英是目前已知毒性最強(qiáng)的有機(jī)化合物，其毒性是氰化鉀的1 000 倍，因此，在垃圾焚燒處理中應(yīng)嚴(yán)格控制二噁英的產(chǎn)生。

2 二噁英的產(chǎn)生機(jī)理

二噁英的主要生成溫度范圍為200～650 ℃，在燃燒溫度大于800 ℃時(shí)二噁英發(fā)生分解。在垃圾焚燒爐中，焚燒煙氣在850 ℃的溫度停留2 s 以上可以使絕大部分二噁英分解，低于800 ℃后，一部分在高溫中分解的二噁英在200～500 ℃溫度范圍內(nèi)會(huì)通過(guò)各種方式反應(yīng)重新生成二噁英。二噁英的產(chǎn)生機(jī)理很復(fù)雜，大致可總結(jié)為如下幾點(diǎn)。

2.1 生活垃圾中存在氯和金屬時(shí)，有機(jī)物燃燒產(chǎn)生二噁英

氯化合物主要來(lái)自于垃圾中的塑料、橡膠，如聚氯乙烯塑料（PVC），廚余中的氯化鈉、氯化鎂。金屬主要來(lái)自垃圾中的廢電池、日光燈管、涂料、油漆、顏料、報(bào)紙等，其中含有汞Hg、鎘Cd、鉛Pb 等有害金屬元素。

2.2 原生垃圾中本身含有微量的二噁英

垃圾中自帶的二噁英在垃圾焚燒爐膛溫度保持在850 ℃時(shí)，大部分會(huì)被分解破壞，只有極少部分會(huì)隨著煙氣釋放出來(lái)。

2.3 生活垃圾燃燒不完全

由于燃燒工況組織不良，生活垃圾燃燒不完全易產(chǎn)生二噁英前驅(qū)體氯苯、氯酚、PCB 等，再經(jīng)過(guò)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)生成二噁英；生活垃圾燃燒不完全還會(huì)導(dǎo)致原生垃圾中的二噁英不能被全部分解；此外生活垃圾燃燒不完全導(dǎo)致一氧化碳含量增多，而煙氣中未燃盡的碳又會(huì)導(dǎo)致二噁英再合成。

2.4 尾部煙氣中二噁英再合成

二噁英的再合成是需要一定外界條件的，焚燒煙氣在第二燃燒室排出向后流動(dòng)過(guò)程中，在較低溫度（200～500 ℃）下，二噁英類(lèi)前驅(qū)物與氯化物及金屬催化劑（銅、鐵、鈦等）作用下形成二噁英。需要強(qiáng)調(diào)說(shuō)明的是經(jīng)研究證明氯化銅是高于其他金屬氧化物數(shù)百倍的二噁英再合成催化劑。

3 垃圾焚燒電廠對(duì)二噁英的控制

根據(jù)二噁英的產(chǎn)生機(jī)理，抑制二噁英的生成主要有4 種方式。

3.1 垃圾分揀控制二噁英生成的氯和金屬催化劑來(lái)源

筆者認(rèn)為控制生活垃圾焚燒電廠二噁英首先要在爐前進(jìn)行垃圾分類(lèi)，生活垃圾一般分為可回收垃圾、廚余垃圾（濕垃圾）、有害垃圾、干垃圾（其他垃圾）4 大類(lèi)。對(duì)垃圾進(jìn)行分類(lèi)后，可回收垃圾進(jìn)入循環(huán)利用途徑，廢紙可作為造紙?jiān)?；金屬（如鐵、鋁）可回?zé)?；玻璃可重用；塑料和橡膠可用于制造再生物質(zhì)或隔離空氣裂化成石油類(lèi)燃料等；廚余垃圾經(jīng)過(guò)生物處理，可堆肥或制作沼氣等；有害垃圾進(jìn)入危廢處理中心處理；入爐燃燒的主要是干垃圾。

生活垃圾中可回收的含氯塑料、橡膠及電器、廚余垃圾中的NaCl 等含氯合物、有害垃圾中的廢舊電池等被分揀后，入爐焚燒的垃圾中氯含量和金屬含量降低，從而減少二噁英生成。因此，垃圾入爐焚燒前進(jìn)行分揀不僅提高垃圾資源化利用程度，更可從源頭控制二噁英生成氯來(lái)源和金屬催化劑來(lái)源。要做好爐前垃圾分類(lèi)，更重要的是減少城市垃圾產(chǎn)生源，改變居民的生活方式，樹(shù)立全民環(huán)保的意識(shí)，人人參與環(huán)境保護(hù)，盡量減少生活垃圾的產(chǎn)生。

3.2 垃圾充分燃燒

為確保垃圾充分燃燒，垃圾焚燒電廠燃燒控制要滿(mǎn)足“3T+E”原則，即爐膛(二次燃燒室)內(nèi)任意點(diǎn)溫度不小于850 ℃（Temperature）；煙氣在二次燃燒室內(nèi)停留時(shí)間大于2 s（time）；保持充分的氣固湍動(dòng)程度（Turbulence），加強(qiáng)爐內(nèi)紊動(dòng)，促進(jìn)空氣擴(kuò)散混合；保證爐內(nèi)足夠的空氣量（Excess），氧量控制在6%～8%。

要確保垃圾熱值在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，熱值過(guò)低時(shí)需配備輔助燃燒器，過(guò)高會(huì)減少入爐垃圾量；煙氣量也應(yīng)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)；檢修期間爐膛內(nèi)壁要清焦徹底，清理一、二次風(fēng)各進(jìn)風(fēng)口結(jié)焦，更換變形、磨損的風(fēng)口，運(yùn)行時(shí)一、二次風(fēng)分配合理，氧量正常，依據(jù)一氧化碳的濃度，調(diào)整氧量。此外垃圾要均衡進(jìn)料，爐排上垃圾厚度均勻，燃燒穩(wěn)定。

這樣才能保證垃圾充分燃燒，垃圾自身含有的二噁英及在焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的二噁英及其他有毒害氣體能得到徹底燃燼分解，同時(shí)減少了氯苯及氯酚等二噁英前驅(qū)物生成。還能避免未完全燃燒產(chǎn)生的有機(jī)碳和一氧化碳為二噁英的再合成提供碳源。因此，提高焚燒爐的燃燒效率，確保垃圾充分燃燒是控制二噁英生成的有效手段。

3.3 降低燃后區(qū)低溫再生成

用余熱鍋爐將煙氣由850 ℃迅速降至300 ℃以下，時(shí)間控制在2 s 以?xún)?nèi)，盡量縮短煙氣在200～500 ℃溫度區(qū)的停留時(shí)間，減少二噁英類(lèi)物質(zhì)重新生成。

運(yùn)行中可以改善焚燒工藝減少生成二噁英類(lèi)物質(zhì)的前驅(qū)體物質(zhì)，利用蒸汽吹灰、激波吹灰裝置減少飛灰在設(shè)備表面的沉積，從而減少二噁英類(lèi)物質(zhì)生成所需要的催化劑載體等。

3.4 提高尾氣凈化效率

目前大部分垃圾焚燒電廠都采用活性炭吸附+布袋除塵方式去除煙氣中的二噁英，兩者配合后，尾部煙氣中的二噁英脫除率可達(dá)98%以上。

當(dāng)煙氣穿過(guò)布袋除塵器時(shí)，二噁英便會(huì)被過(guò)濾并逐漸積聚在粉層上。同時(shí)煙氣凈化裝置在布袋除塵器前加噴活性炭，可對(duì)二噁英起到吸附作用，吸附后的活性炭被布袋除塵器過(guò)濾下來(lái)，焚燒煙氣中所含的大部分二噁英可被去除。

運(yùn)行中注意定期檢查活性炭噴槍?zhuān)鼡Q磨損的噴頭，保證活性炭在煙氣內(nèi)噴灑均勻。布袋除塵器及濾袋嚴(yán)密不泄漏是關(guān)鍵，采購(gòu)質(zhì)量最好的濾袋，濾袋使用年限不宜超過(guò)5 年；用布袋除塵器定期清灰，壓差穩(wěn)定；應(yīng)定期查漏，更換泄露的濾袋。

此外有些垃圾焚燒電廠在布袋除塵器后還布置有SCR脫硝設(shè)備，SCR 脫硝催化劑在一定條件下有一定分解氣相二噁英的功能；SCR 脫硝運(yùn)行工況穩(wěn)定，催化劑也會(huì)吸附固態(tài)二噁英。

總之垃圾焚燒的二噁英控制技術(shù)從“爐前、爐中和爐后”3 個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全面控制，通過(guò)上述技術(shù)舉措，中國(guó)目前的垃圾焚燒電廠，在二噁英被排放到大氣前會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格凈化，最終排放的二噁英都能達(dá)到國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)0.1 ng-TEQ/Nm3。有些電廠甚至還遠(yuǎn)超國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，只有0.01～0.03 ng-TEQ/Nm3。

由于實(shí)時(shí)檢測(cè)二噁英等物質(zhì)的難度較大，檢測(cè)費(fèi)用較高，目前大多數(shù)生活垃圾焚燒電廠的二噁英并未被實(shí)時(shí)檢測(cè)并對(duì)公眾公示。有研究表明，煙氣中一氧化碳含量對(duì)二噁英再生成有直接作用，因此，一氧化碳濃度可以作為衡量二噁英濃度的間接性指標(biāo)，而不僅是焚燒爐燃燒效率的指示指標(biāo)。

當(dāng)前生活垃圾焚燒電廠中主要通過(guò)一氧化碳濃度、焚燒溫度、煙氣停留時(shí)間三個(gè)指標(biāo)協(xié)同作為二噁英類(lèi)物質(zhì)控制的指示性指標(biāo)，通過(guò)對(duì)這三個(gè)指標(biāo)在線監(jiān)測(cè)與管理部門(mén)監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)向公眾公示間接反應(yīng)二噁英的實(shí)時(shí)排放情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)垃圾焚燒電廠對(duì)副產(chǎn)物二噁英的控制，重點(diǎn)分析了二噁英的產(chǎn)生機(jī)理，并指出了目前垃圾焚燒電廠控制二噁英的具體措施，為垃圾焚燒電廠控制二噁英研究提供借鑒。