垃圾焚烧发电过程中二恶英的污染控制

3 垃圾焚烧发电过程中二恶英污染的防治措施
根据二恶英在垃圾焚烧发电过程中的产生机理，控制垃圾焚烧工艺中二恶英的形成源、切断二恶英的形成途径以及采取有效的二恶英净化技术是防治二恶英污染最为关键的问题，因此可以从“燃烧前、燃烧中和燃烧后”三个环节对其实现全面控制。
3.1 燃前垃圾预处理
氯是二恶英生成必要条件，重金属在二恶英生成中起催化剂作用，所以垃圾焚烧前，应进行燃前预处理。燃前垃圾预处理主要是采用人工与机械相结合的方法，实现垃圾分选。垃圾分选主要是分选出垃圾中可回收再利用的组分，如金属、玻璃和硬塑料（聚氯乙烯）等，同时将不宜入炉焚烧的组分如尘土、砖头、瓦块和石头等分选出来单独填埋或作建筑材料，也可将垃圾中的有机物质分选出来作为堆肥原料，最后将可燃物料入炉燃烧[8]。
通过预处理可有效实现垃圾组分的综合利用，同时提高锅炉燃烧效率和运行稳定性，更重要的是预处理去除原生垃圾中的聚氯乙烯，有利于减少会导致二恶英生成的氯的来源。
3.2 改进燃烧技术
(1) 选用合适的炉膛和炉排结构，使垃圾在焚烧炉中得以充分燃烧，而衡量垃圾是否充分燃烧的重要指标之一是烟气中CO的浓度，CO的浓度越低说明燃烧越充分，烟气中比较理想的CO指标是低于60 mg/m3[9]。
(2) 控制炉膛及二次燃烧室内，或在进入余热锅炉前烟道内的烟气温度在850 ℃以上，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2 s，烟气中含氧量不少于6%，并合理利用3T(Temperature，Turbulence，Time)技术，即提高炉温，增强湍流，延长气体停留时间，使燃烧物与氧充分搅拌混合，造成富氧燃烧状态，减少二恶英前驱物的生成[10]。
(3) 缩短烟气在处理和排放过程中处于300～500 ℃温度域的时间，控制余热锅炉排烟不超过250 ℃[11]。
(4) 抑制HCl、CuO和CuCl2的产生，尽量不燃烧含氯塑料及其他含氯化工产品，不使Cu氧化[12]。
(5) 掺煤燃烧可以抑制二恶英的生成。研究表明煤燃烧产生的SO2的存在能抑制二恶英的形成[13，14]，一方面是当SO2存在时，SO2和Cl2、水分反应生成HCl，从而减少氯化作用，进而抑制了二恶英的生成；另一方面SO2与CuO反应生成催化活性小的CuSO4，从而降低了Cu的催化活性，降低催化形成二恶英的可能性。
3.3 从烟气中脱除二恶英
（1）采用烟气净化装置。湿法除尘器可有效地脱除二恶英，其主要原因在于湿法除尘器中的水带走了烟气中所携带的吸附有二恶英的微小飞灰颗粒。陈彤等[15]的实验表明在垃圾焚烧流化床锅炉系统中运用湿法除尘器可有效地脱除烟气中的二恶英，但湿法除尘的废水和水中的废渣仍需进一步处理。
由于布袋除尘器要求运行温度较低（250 ℃以下），在这种温度较低的情况下焚烧炉内生成的二恶英主要以固态形式存在，设置高效除尘器可以除去大部分的二恶英。实践证明，采用布袋除尘器去除二恶英的效果更好。丹麦曾于1988年将已有的电收尘器更换成布袋除尘器取得了良好效果。
（2）活性炭吸附。活性炭由于具有较大的比表面积，所以吸附能力较强，不但能吸附二恶英类物质，还能吸附NOX、SO2和重金属及其化合物。其工艺主要由吸收、解吸部分组成，目前有两种常用方法，一种是在布袋除尘器之前的管道内喷入活性炭，另一种是在烟囱之前附设活性炭吸附塔。一般控制其处理温度为130～180 ℃，吸附塔处理排放烟气的空速一般为500～1500 h-1[16]。将废弃活性炭送入焚烧炉高温焚烧可以处理掉被吸附的二恶英，但活性炭中的Hg会回到烟气中，需要通过其它方法脱除。这种烟气脱除二恶英的方法通过调节活性炭的量和温度可以达到较高的二恶英脱除率，但活性炭的消耗增加了运行费用。
（3）催化分解。一些催化剂，如V、Ti和W的氧化物在300～400 ℃可以选择性催化还原（SCR）二恶英。Ide等[17, 18]采用TiO2–V2O5–WO3催化剂在SCR装置中研究了垃圾焚烧烟气中二恶英和相关化合物的分解。实验结果表明，90%以上的二恶英高分解转化或较高分解转化，且气态组分的分解转化要高于粒子组分的分解转化。
由于考虑催化剂中毒问题，SCR通常安装在湿式洗涤塔和布袋除尘器之后，烟气在布袋除尘器出口温度一般为150 ℃，在此温度下无法进行二恶英的催化还原，所以需要对烟气再进行加热，从而增加了成本。
（4）化学处理。可在烟气中喷入NH3以控制前驱物的产生或喷入CaO以吸收HCl，这两种方法已被证实有相当大的去除二恶英能力[19,20]。
Siret等[21]采用两阶段湿式洗涤塔，其中第一阶段喷入石灰（CaO）脱除酸性气体，第二阶段喷入苏打、碳和专用添加剂用来破坏二恶英。这种装置对烟气中的二恶英的脱除率达到98%以上，同时可破坏整个系统所排放气体中84%的二恶英。
（5）烟气急冷技术。烧炉尾部烟气温度一般为200～300 ℃，二恶英在300 ℃左右形成的速率最高，如果对烟气温度进行迅速冷却，从而跳过二恶英易生成的温度区，可大大减少二恶英的形成。流化床焚烧垃圾中尾部烟气温度冷却实验表明[22]，烟气温度急速冷却到260 ℃以下时可以抑制二恶英的形成。烟气温度冷却速率对抑制二恶英影响较大，冷却速率越大，二恶英形成越少。