垃圾焚烧发电烟气排放标准及提升策略探讨
时间：2023-06-12 14:10:16 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
＊朱建彩
（厦门市政环能股份有限公司 福建 361100）
根据全国城镇生活垃圾无害化处理设施的建设规划文件要求，提出了：“全国城镇内的垃圾焚烧处理设施能力应当占无害化处理能力的50%”的要求，同时各地区垃圾焚烧发电项目数量日益增多，已运行的垃圾焚烧发电厂规模日益扩大。基于此种背景，如何提升垃圾焚烧发电的烟气排放，在垃圾焚烧发电厂规模不断扩大的同时避免造成空气污染，是本次研究的出发点。根据本次引入的垃圾焚烧发电厂工程案例，分析了当前烟气排放存在的问题，综合考虑影响因素之后提出排放标准的提升措施。通过本次研究，能够进一步优化垃圾焚烧、烟气处理与排放这两个工艺环节，利用先进技术处理烟气，改善垃圾焚烧发电烟气质量，确保烟气排放符合国家要求，这对于垃圾焚烧发电厂今后健康可持续发展而言具有重要意义。
“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”，城市属性鲜明，地理位置优越；
由于地理位置问题这一项目所负责的区域对环境的要求较高，因此必须严格遵守城市生活垃圾处理要求。近些年，城市垃圾清运量始终保持一个较快增长状态，年均平均增长速度约为9.58%。从项目所在城市综合发展与生态环境保护等多方面考量，应当遵循“减量化、无害化、资源化”要求，创建生态文明环境，建设生活垃圾焚烧发电厂[2]。
本项目负责城市中心多个城区的10个街道办事处、7个镇内的垃圾处理，处理内容包括：居民生活垃圾、商业垃圾、集市贸易市场垃圾、街道清扫垃圾、公共场所垃圾、机关学校等单位生活垃圾等。根据本市区当前的垃圾产生量与未来发展预测，规划项目规划为1050t/d，设计3条生产线，年运行8000h。
就“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”本身来说，其在运行的过程中影响因素较多，比如：垃圾来源复杂、焚烧炉结构选择、实际运营方式等，这些都会影响垃圾焚烧发电厂的焚烧过程，从而对烟气排放指标的达成情况造成影响，具体如下。
(1)垃圾类型因素
根据“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”概况，本项目内的垃圾焚烧发电厂以城区内居民与单位生活垃圾为主要燃料，同时对少量商业垃圾、集市贸易垃圾、街道清扫垃圾等继续焚烧，综合利用炉渣，减少生活垃圾污染的同时提高资源利用率。生活垃圾物理成分不同（如表1），也会对垃圾焚烧的焚烧程度、焚烧产生物造成影响，促使烟气内污染物含量、成分发生变化，从而影响烟气排放标准的达成。
表1 生活垃圾物理成分
(2)焚烧炉型式因素
焚烧炉是垃圾焚烧发电的主要设备，这一设备的类型、型号对垃圾焚烧烟气具有直接影响。不同型式的焚烧炉在实际运行过程中产生的烟气，其中包含着不同污染物。现如今，国内流行的垃圾焚烧炉类型包括：机械炉、回转窑、热解汽化炉、流化床等，每种垃圾焚烧炉均有其各自的优点与不足，其中机械炉的处理量较大，适用垃圾焚烧范围广，燃烧过程控制较为简单。在“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”中，应当根据实际情况选择合适的焚烧炉，在考虑垃圾焚烧需求的同时也考虑烟气排放与污染物控制的问题[3]。
(3)运营模式因素
完成“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”建设之后，垃圾焚烧发电厂投入运行，日常运营模式与经营方式也会在一定程度影响烟气排放标准的达成效果。就烟气排放标准达成来说，影响最大的就是发电厂的运行水平，若运行水平较低，管理者缺乏责任意识，也会引起焚烧过程的失误、垃圾焚烧不彻底等。在运行中，一些发电厂为了控制费用，会减少还原剂的用量，也会对烟气排放标准造成影响。
(4)烟气排放其污染物类型
根据项目实际情况，其在垃圾焚烧发电的过程中会产生大量烟气，烟气中的污染物类型包括：
①酸性气体。根据本项目的垃圾焚烧内容，其中生活垃圾与商业垃圾中包含塑料与硬质塑料等物质，这些物质燃烧之后会产生HF、HCl、SOx等物质，这些物质存在于烟气中，容易影响周围空气质量。
②烟尘。垃圾燃烧过程中，大部分可燃性物质被分解，形成CH4、CO、H2S等，这些物质燃烧生成气体，少部分燃烧不充分，会以颗粒形式进入烟气中，造成烟尘。
③重金属成分。本项目内垃圾来源复杂，包括：街道清扫得到的垃圾、集中收集的生活垃圾等，其中灯管、涂料罐、少量废弃电池中含有大量的重金属化合物。由于不同重金属化合物的挥发性不同，在垃圾焚烧的过程中，经过活性炭吸附、除尘器处理，以飞灰的形式被排出，还有些重金属物质存在于炉渣之中。
④二噁英类物质。氯化二苯二噁英、氯化二苯呋喃均是二噁英类物质，这种物质是由结构性质类似的众多物质构成的化合物，生成机理复杂。若固体垃圾未燃尽则会产生二噁英类物质，污染周围环境。
(5)烟气排放污染物浓度
结合本项目具体的垃圾类型及其产生的污染物，可以看出，其中包含较多类型的重金属成分与二噁英类物质，这些物质在烟气内的浓度过高就会影响烟气的排放质量，继而对周围空气环境造成影响，对周围的动植物、人类身体健康造成危害。以本项目来说，垃圾燃烧发电烟气排放系统中，控制燃烧温度可以实现对二噁英类物质、重金属类物质的生成量，避免不充分燃烧造成重金属超标；
同时活性炭吸附能进一步吸收烟气内的二噁英类物质，降低排放浓度。
“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”的建设与运行目的是实现城市中心区垃圾无害化、减容化、资源化。在运行过程中，垃圾进入焚烧炉，经过干燥、燃烧，其中腐败有害的物质转化为无害物质，同时产生热能发电，实现项目运行目的。就本项目来说，在项目规划与建设中，已经改进了烟气处理技术，增加了活性炭吸附、除尘袋工艺、半干法与干法处理工艺等环节，进一步满足地区环保要求，一定程度上提升了垃圾焚烧发电厂的污染物排放标准。但是在实际运行的过程中，由于不同季节的垃圾构成、成分含量不同，其在焚烧炉内充分燃烧的条件不同，很容易由于季节差异导致某个季节烟气排放较多[4]。具体问题表现为：（1）垃圾焚烧的整套锅炉机组的焚烧工艺存在缺失，包括：炉膛内缺乏烟气处理系统、炉内温度最高值为800℃，没有办法充分燃烧垃圾焚烧中产生的二噁英类物质等。（2）烟气净化系统运行过程中，NOx排放浓度没有达到指标要求，烟气净化系统没有满足设计要求；
在反应塔与袋式除尘器之间烟道存在工艺空白，没有办法充分利用这一环节，导致后续需要额外设置重金属物质、二噁英类物质的处理环节。（3）烟气排放系统的整体运行效率最低，烟气中氧含量、烟气黑度等数值均处于较高水平，颗粒物浓度约为7.1mg/m³。从这些点来看，进一步对垃圾焚烧烟气排放标准进行提升，要分别对垃圾焚烧工艺、烟气排放处理统一进行调节。
(1)垃圾焚烧发电烟气处理流程优化
“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”运行中，垃圾进入与焚烧处理过程如下。
垃圾进入过程：从电厂入口进入→地磅秤称重→进入垃圾卸料台→进入垃圾贮坑（标高-6m的半地下结构封闭负压运行构筑物）→吊车抓斗抓垃圾→放入焚烧炉给料斗→溜槽运输→进入给料炉→送入焚烧炉→燃烧。
垃圾燃烧过程：
①在垃圾贮坑安装装置，给出一次风，持续负压确保坑内臭气不外溢。
②锅炉房吸风给出二次风，由二次风机加压，经空气预热器进入炉膛。
③炉膛内烟气湍流，促进垃圾及其附属气体完全焚烧，消除不完全燃烧损失。
④炉内850℃，垃圾停留时间≮2s，保证二噁英类物质有效分解。
⑤在炉排内对垃圾进行处理，经过干燥、燃烧和燃烬三个阶段，完全燃烧，抓取灰渣，装车外运、综合利用。
⑥垃圾燃烧产生的高温烟气，经余热锅炉进行冷却，温度控制在195℃；
之后进入烟气净化系统。烟气净化系统工艺为：炉内SNCR+半干法+干法+活性炭吸附+布袋除尘。在焚烧炉膛高温区域内设置尿素溶液喷洒装置，以此控制烟气内的NOx浓度；
之后推送烟气进入反应塔，与石灰浆充分混合，产生反应，去除酸性气体；
之后进入的烟道，同时喷入熟石灰粉与活性炭完成吸附与除尘。经过这样处理确保符合排放标准，之后经过引风机排放到外部环境中。
(2)基于源头控制烟气污染物
按照“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目”内垃圾焚烧及烟气处理的过程，可以看出，各个燃料的物理化学特性决定了燃烧特性，从而影响焚烧之后烟气的有害物质成分及其含量。要想从源头控制烟气内的污染物，应当根据当前的垃圾焚烧工艺与烟气处理排放工艺，分别从垃圾焚烧燃料、垃圾两个方面入手。一方面，根据上述项目内焚烧的垃圾成分及其物理成分进行分析，确定垃圾含水率，以此为依据优化设计排炉[5]。设定录入燃料的低位热值时，应当分析发电厂运行的垃圾焚烧需求，考虑本城区内未来垃圾成分的变化趋势。为了减少垃圾的水分，控制烟气内的有害物质，应当适当拉长垃圾在贮坑内的发酵时间，优化设计周期，从而增加热值。
应当优化调整垃圾运输系统，全过程监控垃圾从给料斗开始一直到进入炉排的过程，引入自动化操作系统，设置电视监视器，实时观察垃圾在料斗内的位置，实时加料，避免不必要的燃烧中断造成无谓的烟气，从而控制烟气污染物。
(3)净化烟气的方式
为了进一步提升本项目的垃圾焚烧烟气排放标准，对烟气净化系统进行优化设计。根据上述呈现的当前烟气净化工艺组合，对其中细节进行优化。本项目内的烟气净化工艺具有流程简单、水耗较低、成本较低、经济性良好的优势，虽然在其中增加了“炉内SNCR+半干法”会一定程度上提高成本，但是对于烟气控制而言具有更强的保障。
在具体优化设计方面，包括：
①根据烟气情况灵活调整半干法与干法，若半干法可以达到烟气排放标准，则干法可在线备用[6]。
②设计组合工艺，适当调低半干法环节的石灰浆液的浓度，此时将干法设置为补充环节。组合工艺同时运行的方式，既可以确保烟气排放标准达标，也可以有效降低系统运行故障的概率，兼顾烟气排放的生态效益与经济效益。
③可以在反应塔的椎体部位设置振打装置，在出灰口安装破碎装置，避免灰块堵住出口的同时改善烟气内悬浮颗粒的存在情况。
④在反应塔与袋式除尘器之间的烟道内，安装活性炭混合器，发挥活性炭的作用，与烟气充分混合，有效吸附烟气内的重金属物质、二噁英类物质等。
⑤考虑烟气内酸性气体含量较多的情况，采用Ca(OH)2作为吸收剂，利用固态吸收剂与酸性气体产生化学反应，促使酸性气体在反应塔内进出，完成“气—液”的传质过程。
(4)减少不完全燃烧
焚烧系统与焚烧炉类型会直接影响垃圾焚烧烟气排放标准，这是由于不同的焚烧系统产生的垃圾焚烧效果不同，若焚烧系统不合适，导致垃圾无法充分燃烧，就会增加烟气内的烟尘和有害物质，从而排放出不符合要求的气体。
因此，应当根据“某城市中心城区垃圾焚烧发电项目” 的实际情况，结合上述呈现的焚烧系统构成、焚烧炉设置环节进行优化[7]。可以在炉排炉设置干燥段、燃烧段、燃尽段三个阶段，以在干燥段进行垃圾预热，蒸发垃圾内的水分，在燃烧段放热；
在燃尽段内完全燃烧。这三个燃烧段互相辅助，能够有效快速地蒸发垃圾内的水分，持续放热，提高温度，而化学反应会加剧燃烧，进一步增加反应放热，如此反复，有效改善不完全燃烧情况，确保烟气排放标准符合国家要求。
综上所述，垃圾焚烧发电是我国发电体系主要构成，具有绿色环保性能。根据上述呈现的垃圾焚烧发电项目运行及其烟气排放标准分析，可以看出，虽然本项目的理念是节能环保，但是垃圾焚烧与发电的过程中仍然会产生大量烟气，若不加以控制直接排放，会对周围大气环境、控制质量造成影响，从而引起污染。今后，应当按照本次垃圾焚烧发电烟气排放提升项目的思路，关注垃圾焚烧发电内垃圾焚烧的过程与焚烧工艺，优化设计焚烧工艺，科学选择烟气处理方式，搭建烟气处理系统，确保排放烟气符合国家有关标准与地方烟气排放要求，兼顾垃圾焚烧发电的经济效益与生态效益。
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