垃圾焚烧烟气治理净化技术详解

垃圾焚烧烟气治理净化技术详解
垃圾焚烧是一种对城市生活垃圾进行高温热化学处理的技术，将生活垃圾作为固态燃料送入炉膛内燃烧，在800-1000℃的高温条件下，可燃组分与空气中的氧发生剧烈的化学反应，释放出热量并转化为高温的燃烧气体和少量的性质稳定的固体残渣。

当生活垃圾有足够的热值时，生活垃圾能靠自身的能量维持自燃，而不用提供辅助燃料。

城市生活垃圾焚烧烟气主要成分为CO2、N2、O2、水蒸气及部分有害物质如HCL、HF、SO2、NO X、CO、重金属（Pb、Hg）和二噁英，因此，垃圾焚烧烟气需要净化处理后才能向大气中排放。

一、焚烧工艺
垃圾经分拣压缩处理后，投入焚烧炉中燃烧，高温烟气经余热锅炉冷却，并回收余热用于供热和发电，残渣及炉灰从炉底排出。

生活垃圾含水率比较高，而热值比较低。

通常，当低位热值>5000KJ/Kg时，燃烧效果较好；而当低位热值小于3350KJ/Kg时，需采取掺煤或烧油等助燃措施。

生活垃圾焚烧工艺较多，最常用的有炉排焚烧炉和流化床焚烧炉。

1、炉排焚烧
机械炉排式焚烧炉采用层燃技术，以机械式的炉排块构成炉床，将垃圾进行直接燃烧，炉排间的相对运动和垃圾本身的重力使垃圾不断翻动、搅拌并推向前进，整个燃烧过程在一个炉膛进行。

垃圾首先进入干燥段，为了保证垃圾能够快速烘干、脱水，采用加热后空气从炉排底部对垃圾进行烘干，同时炉内燃烧垃圾也能对干燥段垃圾进行烘烤；当垃圾进入燃烧段后，垃圾在900℃左右进行高温燃烧，可使其中的可燃成分和有害成分被彻底分解，同时炉底进入空气对炉排进行冷却，从而防止高温对炉排的损害；当垃圾进入燃烬段后，垃圾处于降温过程并彻底燃尽，完全变成灰渣，垃圾燃烧整个流程完成。

2、流化床焚烧
流化床焚烧炉是在炉内铺设一定厚度，一定粒度范围的石英砂，通过底部布风板鼓入一定压力的空气，将砂粒吹起类似水的沸腾状态。

流化床
内气固混合强烈，传热传质速率高，单位面积处理能力大，具有极好的着火条件。

垃圾入炉后即和炽热的石英砂迅速处于完全混合状态，垃圾受到充分加热、干燥，有利于完全燃烧，床内燃烧温度控制在800-900℃。

流化床炉采用石英砂作为热载体，蓄热量大，燃烧稳定性较好，燃烧反应温度均匀，很少局部过热。

流化床焚烧炉能处理生活垃圾、工业废物和污泥等广泛的废物种类。

二、垃圾焚烧烟气特点
1、污染物危害大，治理要求高。

烟气中污染物包括颗粒物（粉尘、飞灰）、酸性气体（HCL、HF、SOX、NOX等）、有机氯化物（二噁英、呋喃）、重金属（Hg、Cd、Pb等），其中，二噁英是剧毒致癌物质，重金属元素直接危害人体健康。

2、烟气湿度高，露点温度高。

生活垃圾自身含水分较高并且多变，使焚烧烟气的含湿量较高，一般为25-35%,最高可达50-60%。

同时由于烟气中含有酸性气体，导致烟气露点温度高达130-140℃，设计必须充分考虑防结露、耐腐蚀措施。

3、烟气温度变化大，对温度控制要求高。

余热锅炉出口烟气温度为200℃左右，但瞬时温度可超过300℃，瞬时低温可能低于150℃，须采取调温、
控温措施，此外，由于250-600℃为二噁英再聚合的适宜温度段，在选择冷却方式时应予规避。

三、烟气净化技术
1、除尘
垃圾焚烧炉烟气中所含烟尘，平均粒径为20-30um，堆积密度为0.3-0.5g/cm3，原始含尘浓度为1.5-15g/m3（标态），掺加有害气体处理剂后可达到15-25 g/m3。

烟气含湿量一般为30%左右，最高可达60%左右。

目前，GB/T18485明确规定，垃圾焚烧炉除尘必须采用袋式除尘器。

袋式除尘器不仅是颗粒物除尘器，还是有害气体净化反应床，除尘器必须具有良好的清灰再生性能，同时选用耐温、耐腐、耐水解滤料。

2、脱酸
垃圾焚烧炉烟气中，SO2浓度为200-500mg/m3（标态），HCL浓度为400-1200mg/m3（标态），最高可达1800 mg/m3（标态），通常采用喷碱中和处理，按喷碱方式可分为干法、半干法和湿法。

其中湿法由于废液及腐蚀等问题应用较少。

干法脱酸，分为炉内喷入法和烟道喷入法。

炉内喷入法直接将碳酸钙或白云石喷入炉内，脱除效率较低，一般在30-50%之间。

烟道喷入法，是在除尘器前烟道喷入消石灰粉尘，使之随烟气均布在除尘器滤袋表面，对
烟气中酸性物质进行捕集。

对于酸性物质，温度越低，脱除效率越高，因此，通常在除尘器前增设喷雾冷却塔，控制进入除尘器的烟气温度在160-180℃左右。

半干法，是在反应塔喷入消石灰浆液，控制反应塔内烟气温度在140-150℃之间，酸气脱除率可达到90%以上，再经布袋除尘器粉尘层二次接触，可使SO2浓度降为10-30mg/m3（标态），HCL浓度降为20-50mg/m3（标态）。

半干法常用的有喷雾干燥法和循环流化床法。

喷雾干燥法是一种常用的烟气脱酸技术喷雾干燥烟气脱酸反应过程包含以下4个步骤，即：吸收剂制备、吸收剂浆液雾化、雾化浆液和烟气混合，吸收酸性气体并被干燥、反应产物排出。

喷雾干燥烟气脱酸技术主要是利用喷雾干燥的原理，将浓度为9%～13%的石灰石浆液经吸收塔顶部的雾化器雾化，其粒径可小于100μm，一经与烟气接触，便发生强烈的热质交换和化学反应，迅速地将大部分水分蒸发并将酸性气体吸收固化在反应物中，浆滴被加热干燥成粉末状后，随烟气进入除尘器。

循环流化床烟气净化技术是根据循环流化床原理而设计，其原理为当烟气进入反应塔底部时，烟气在塔内文丘里段被加速，将进入塔内的吸收剂和循环物料吹起，形成沸腾床体，气体和物料无论处于流化床的过渡段还是稳定段，都处于强烈的紊流状态，物料之间的碰撞、摩擦、反应、传热传质等物理化学过程非常强烈；系统工况在一定范围内变化所引起的波
动会在这种强烈的紊流状态下迅速达到新的平衡。

目前循环流化床烟气净化已发展了多种形式，如德国WULFF公司的回流式烟气循环流化床（RCFB），山东大学的双循环流化床烟气半干法悬浮脱硫装置、奥地利能源与环境公司的循环流化床烟气净化工艺等。

3、脱硝
垃圾焚烧烟气中NO X浓度通常为300-1000mg/m3（标态），脱硝通常采用选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）、袋式除尘器法和活性焦炭吸附法。

SCR是在有催化剂的条件下将NO X还原成N2。

为了达到SCR还原反应所需的350℃温度，烟气在进入催化脱氮器之前需要再加热。

试验证明SCR可以将NO X排放浓度控制在50mg/Nm3以下。

低温催化剂活性温度在160-250℃左右。

使用低温催化剂系统，在布袋除尘器出口烟气温度为150-190℃的区间，不需要加热，烟气直接与还原剂混合，在催化剂的作用下，脱除NOx。

而在中温催化剂的系统中，需要对烟气进行再加热，才能发生还原反应。

在系统布置上要增加蒸汽预热器以及烟气-烟气换热器。

袋式除尘器法是在入口管道喷入氨水，NH3在粉尘层催化作用下与NO X 发生还原反应，生成硝酸盐颗粒物，被布袋捕集。

活性焦炭吸附法是在布袋除尘器之后增加吸附剂移动床，利用活性焦炭的吸附催化作用深度还原脱硝，同时去除二噁英和气态汞等有害物质。

四、关于二噁英的控制
二噁英是氯二苯并二噁英和多氯二苯并呋喃的统称，共有210种同族体。

二噁英有剧毒，是迄今人类发现的毒性最强的物质，其毒性是氰化钠的1000倍，目前发达国家对二噁英的排放标准控制在0.1ng-TEQ/m3。

垃圾焚烧中，二噁英产生的适宜条件为：
1）温度300-500℃，主要发生在焚烧开始和烟气冷却过程中；
2）燃料中含有金属和含氯有机物，如聚氯乙烯、氯化铁、氯化铜和废旧电池等。

垃圾焚烧烟气脱除二噁英的主要控制方法为：
1、布袋除尘器法，由于布袋除尘器适用温度一般在250℃以下，这种情况下的二噁英主要以固体形态存在，因此，设置高效布袋除尘器可以脱除大部分二噁英。

2、活性炭吸附，一种方法是在布袋除尘器前烟道喷入活性炭，另一种是在烟囱前设活性炭吸附塔，吸附塔的设计空速一般为500-1500h-1。

3、催化分解技术，利用催化剂，如V、Ti、W的氧化物在300-400℃之间选择性催化还原二噁英。