专业 | 生活垃圾焚烧发电工艺及废气污染防治措施探究

1垃圾焚烧发电的原理

垃圾焚烧发电是指将垃圾通过焚烧炉的进料口送入焚烧炉后使垃圾在800°C～1000°C的温度下充分燃烧，并将焚烧过程中产生的大量热量通过加热给水至过热蒸汽后再引至汽轮机，高温高压的蒸汽经过汽轮机做功后将热能转化成电能，从而实现发电的过程。垃圾在焚烧炉焚烧过程中产生的烟气通过净化除尘设备将烟气净化后通过烟囱排入大气，焚烧后产生的炉渣及飞灰收集后综合利用或者填埋。焚烧后的垃圾体积的减少量高达80%-90%，减少了70%的重量，因此采用焚烧处理垃圾可以达到减重减体积的效果，垃圾焚烧的优点还有占地面积小、余热发电、彻底有效的消灭细菌、废渣可以当作建筑材料等优点。基于以上优点大力推行垃圾焚烧发电利国利民。《国家环境保护“十三五”规划》中介绍把生活垃圾焚烧的处理系统技术作为以后处理生活垃圾的首要考虑方案，规划指出必须采用先进的生活垃圾的处理设备，降低污染物的排放量，提高生活垃圾的处理水平[1]。在国家政策的大力支持下，垃圾焚烧发电技术正趋于成熟，将会成为我国垃圾处理的主要方式。

2垃圾焚烧发电中产生的废气分析

2.1垃圾焚烧后产生的废气成分

垃圾焚烧废气的主要成分是由N2、O2、CO2和H2O等四种无害物质组成，占烟气容积的99%。因垃圾成分不可控和燃烧过程的多变性，焚烧烟气中还含有1%左右的有害污染物，主要包括：

1)颗粒物，如惰性氧化物、金属盐类、未完全燃烧产物等;

2)酸性气体，如NOx、SOx、HCl及HF等;

3)重金属，主要是Hg、Pb、Cd及Cr、Zn等单质与氧化物等;

4)残余有机物，包括未完全燃烧有机物与反应产物，如芳香族多环衍生物、烃类化合物、不饱和烃化合物、二噁英类等;

2.2环境可容量的限制

城市垃圾在焚烧的过程中会有很多的污染物产生，在我国制定的《生活垃圾焚烧污染控制标准》中规定了有10种污染物，其中包括CO、烟尘、SO2、HCl、NOx、Hg、二噁英等物质。按照《生活垃圾焚烧污染控制标准》(GB18485-2014)，规定了二噁英的最高极限值是0.1ngTEQ/m3，但是在上海、北京、广州等一线城市中，监测中显示空气中的二噁英的含量已经接近最高极限值，甚至有的超过极限值。

现在的大气负荷已经达到其所能承受的极限值了。如果在这些一线城市中新增加城市垃圾焚烧厂会大大的增加居民将要面对严重的环境风险，国内很多大中城市都面临或者即将面临大气容量的问题，虽然在项目实施之前会有环评报告，但是这个潜在的危险源不容忽视，必须引起重视。

3加强废气污染防治

烟气净化工作处于垃圾焚烧发电厂烟气排放之后，是对烟气污染进行有效控制和科学治理的关键措施。在当前我国垃圾发电厂的烟气净化工作方面，最常用的是“SNCR脱硝+半干法脱酸+干石灰喷射+活性炭吸附+袋式除尘器”的组合工艺，通过这一系列工序的连续处理来实现对焚烧排放烟气的有效处理，下面针对不同的净化工艺展开具体的原理分析。

3.1SNCR脱硝

在我国垃圾焚烧厂运行数据表明，只要控制好燃烧温度和氧量，NOx排放值即可在400mg/Nm3以内，但无法满足国标最新要求。为了进一步减少烟气中NOx含量，可选择性非催化还原法(SNCR)除氮氧化物系统。SNCR法是向烟气中喷氨水溶液，在高温(800～1100℃)区域，通过氨水分解产生的氨自由基与NOx反应，使其还原成N2、H2O和CO2，达到脱除NOx的目的。

3.2半干法脱酸

焚烧炉出口烟气通过旋转喷雾干燥脱酸反应塔的体积可保证达到预定的脱除效率，同时满足使石灰浆水分蒸发成为干粉的要求。焚烧炉出口含酸性气体的烟气进入反应塔进行脱酸处理，同时降温。由制浆系统输送过来的石灰浆液通过塔顶的双相流固定喷头进行雾化，石灰浆液被雾化成粒径120～200μm左右的雾滴，这些细小的雾滴与酸性气体充分接触，在一系列的化学反应后去除烟气中绝大多数的酸性气体。反应过程中，雾滴吸收烟气中的热量不断蒸发水分，结合反应塔独特设计，塔内的高温烟气使得浆液雾滴在下降的过程中得到干燥，并在到达塔底前将水分充分蒸发，形成固体反应物从塔底排出。

烟气中剩余的气相污染物在通过滤袋时与未完全反应的Ca(OH)2进一步反应而被去除。另外由于烟温降低，烟气中的部分有毒有机物和重金属也可以被凝聚或被干燥的粉尘吸附而除去。

3.3干石灰喷射

此系统具有以下两个功能：预喷涂以及干法脱酸。干粉储仓每个出口均设有定量给料装置及堵塞报警装置，可以独立供料，由定量给料装置控制消石灰的添加量，经文丘里喷射器喷入反应塔出口管道。从喷射风机来的空气将给料装置排出的消石灰喷入脱酸塔和布袋除尘器间的烟道中，与烟气中的酸性气体SOx，HCl等进行反应。与消石灰反应后的烟气带着飞灰和各种粉尘进入布袋除尘器。

3.4活性炭吸附

由于垃圾焚烧过程中会有二噁英的产生，因此为了更好地去除重金属及二噁英，通过在进除尘器前的烟道内喷入活性炭，用活性炭吸附重金属及二噁英，保证重金属及二噁英的排放浓度达到国家排放标准。活性炭具有极大的比表面积，因此只要活性炭与烟气混合均匀且达到足够的接触时间就可以达到要求的净化效率。活性炭喷入烟道后，即在烟道内开始吸附二噁英、Hg等重金属污染物，但并没有达到饱和，随后与烟气一起进入袋式除尘器中吸附在滤袋表面上，与通过滤袋表面的烟气充分接触，最终达到去除烟气中重金属及二噁英的目的。

3.5袋式除尘器

此系统采用低压喷吹脉冲布袋除尘器收集烟气中的烟尘。含尘烟气由除尘室下部的进风口进入箱体，净化气体在滤袋内向上经滤袋口进入上箱体，由排风口排出。气流随后折转向上，通过内部装有金属架的滤袋，粉尘被捕集在滤袋的外表面，使气体净化。净化后的气体进入滤袋室上部的清洁室，汇集到出风管排出。随着除尘器的连续运行，当滤袋表面的粉尘达到一定厚度时，气体通过滤料的阻力增大，布袋的透气率下降，用脉冲气流清吹布袋内壁，将布袋外表面上的粉饼层吹落，尘层跌入灰斗，滤袋又恢复了过滤功能。

综上所述，在号召可持续发展的大环境下，垃圾焚烧发电不仅可以对垃圾进行妥善处理，并且还可以利用垃圾这种废物资源来进行发电，其体现了对资源的有效利用。但是在垃圾焚烧发电过程中，要注重的是对垃圾的处理，发电只是垃圾处理过程中对能源再次利用的环节，但是垃圾处理却是整个过程的重要步骤。因此，垃圾焚烧发电厂要加快技术的更新，有助于实现垃圾的无害化以及资源化目标。