利用层次分析法探讨生活垃圾焚烧设施二恶英类排放的影响因素

1.1.3焚烧物料组成
对于焚烧物料组成同PCDD/Fs生成之间的相关关系多通过模拟试验开展。由于氯是生成二恶英类必不可少的元素，对焚烧物料组成的研究多集中在氯含量及形态对于焚烧产生的PCDD/Fs的影响方面。Hatanka[8]等人以小型流化床实验台对模拟垃圾进行焚烧，以CuCl2•H2O为催化剂，分别研究不同含量的无机氯源（NaCl，含量在0.21%～1.0%wt）和有机氯源（PVC，含量在0.18%～1.24%wt）对烟气中PCDD/Fs生成的影响，结果表明，在没有氯源及催化剂的情况下，没有PCDD/Fs生成；加入氯源及催化剂，烟气中生成PCDD/Fs，且通过两种氯源生成的PCDD/Fs的同类物分布无显著差别，生成量都随氯含量的增加而增大。Wikstro[9]等人研究氯源及氯含量对PCDD/Fs生成的影响，结果表明氯含量在0.12%～0.84%wt时，氯含量与PCDD/Fs的生成无相关关系；当氯含量增加至1.7%wt时，PCDD/Fs生成量显著增加。Fangmark[10]等人在某流化床反应器上对模拟垃圾进行焚烧，研究燃烧参数如床温、氧含量、HCl含量及燃后区的温度和烟气停留时间同PCDD/Fs生成的关系，结果发现PCDD/Fs的生成与HCl含量只存在较弱的相关关系，而烟气的停留时间参数对PCDD/Fs的生成影响更大。Wikstrom[11]等人在一夹带流反应器中利用不同氯源，即HCl、Cl2、氯基团（Cl•）及飞灰本身含有的氯对从头合成机理生成PCDD/Fs的影响进行研究，指出HCl不是有效的气相氯源，在实际的垃圾焚烧过程中飞灰为PCDD/Fs的从头合成提供了最重要的氯源。
我国的生活垃圾含水率较高，焚烧产生的烟气中必然含有一定量的水分，而水分对于PCDD/Fs生成的影响，目前的研究仍没有给出统一的认识。
就金属催化方面，Cu2+被公认为最有效的促进PCDD/Fs生成的催化剂。Stanmore[12]则提出铁和铜具有相同的催化能力。
以上研究普遍是在实验模拟条件下进行，尚不能得到较为一致的结论，而生活垃圾的组成更为复杂，在焚烧炉内的燃烧条件也比实验条件更难掌控，希望得出组成同PCDD/Fs生成之间的直接相关关系十分困难。而焚烧物料的组成及组成的变化实际上更多地是通过影响燃烧状态最终对PCDD/Fs的生成产生影响。如果焚烧炉在设计的过程中充分考虑焚烧物料的组成特点、在运行过程中达到良好的运行状态，能够实现焚烧物料的完全燃烧，那么物料组成对于PCDD/Fs生成的影响是十分有限的。
因此本研究认为，生活垃圾物料组成及变化同PCDD/Fs生成之间仅存在较弱的相关关系。
1.1.4焚烧设施的运行方式
焚烧设施有连续运行和间歇运行两种运行方式。焚烧设施在开始运行即起炉阶段和结束运行即停炉阶段都将经历一段缓慢的温度变化过程，为PCDD/Fs的生成提供了适当的温度区间和足够的停留时间，因此在起炉和停炉阶段PCDD/Fs的生成量都比正常运行时高。生活垃圾焚烧设施由于任务量饱满，基本都采用长期连续运行方式，起炉和停炉阶段二恶英类排放量的增加对于长时间连续运行过程中PCDD/Fs生成及排放的影响十分有限。因此本研究认为，在实际的生活垃圾焚烧过程中，运行方式对于PCDD/Fs生成及排放的影响相对于其它影响因素处于次要的地位。
1.1.5焚烧炉出口烟气的二次燃烧
对焚烧炉出口烟气进行二次燃烧的主要目的，是使由于不完全燃烧产生的产物充分燃烧，并将生成的PCDD/Fs在高温下分解，从而降低进入燃后区的烟气中二恶英类及其前驱体类物质的浓度，抑制PCDD/Fs在燃后区的再次生成。若生活垃圾在焚烧炉内已经实现完全燃烧，则二次燃烧对于PCDD/Fs生成的抑制作用将十分有限。因此，焚烧炉出口烟气的二次燃烧，对于PCDD/Fs的生成及排放的影响相对重要。
1.2燃后区二恶英类生成及排放影响因素分析
1.2.1烟气冷却过程
为实现完全燃烧，一般要求燃烧区的温度在850℃以上，设有烟气二级乃至三级燃烧的焚烧系统，烟气温度能够达到1100℃甚至更高。因此，焚烧产生的高温烟气一般都需经降温处理后才能进入烟气净化系统。采用余热回收的焚烧炉将根据余热回收方式配置余热利用设备对热能加以回收利用，同时达到降低焚烧炉出口烟气温度的目的。
离开燃烧区的烟气中除含有生成的二恶英类之外，还含有氯苯、氯酚或多氯联苯等芳香族化合物及烯烃、炔烃等脂肪族有机物，为PCDD/Fs的再次生成提供前驱体；烟气中存在的飞灰为PCDD/Fs的从头合成提供了特定碳结构；烟气中还存在一些对PCDD/Fs的生成起催化作用的过渡金属（如Cu，Fe等）；而烟气的降温过程势必会为PCDD/Fs的生成提供适当的温度区间，一般认为300℃左右二恶英类的生成率达到最高；因此，焚烧炉出口烟气的降温过程具备了PCDD/Fs生成的一系列条件。而烟气的降温过程及烟气在适宜二恶英类生成的温度区间内的停留时间，是影响PCDD/Fs在燃后区再次生成的关键因素。Buekens A和Huang H[13]对某焚烧设施燃后区不同烟气冷却方式PCDD/Fs浓度水平的监测数据进行分析发现，当烟气温度以接近自然降温的方式经过烟气降温区时（入口温度430℃，出口温度390℃），出口烟气中PCDD/Fs的浓度为122.5ng•m-3；当使用淬火方式对烟气进行降温时（入口温度430℃，出口温度降至122.5℃），出口烟气中PCDD/Fs的浓度降至30.9ng•m-3，下降了75%。由此看见，烟气平均降温速率是影响烟气冷却过程中二恶英类再次生成的关键因素。
另外，降温后，烟气的温度同PCDD/Fs在烟气净化系统的再次生成密切相关。在使用除尘设施对烟气进行净化的同时，部分烟尘不可避免地滞留在除尘设施内部，且会停留一段时间，为PCDD/Fs在燃后区的再次生成提供了载体，而适宜的烟气温度则为PCDD/Fs的生成提供了条件。Everaert[14]等在研究报告中指出，在采用静电除尘器（electrostatic precipitator，ESP）对烟气进行净化的过程中，烟气温度是影响PCDD/Fs排放浓度的主要因素，ESP内烟气温度保持在180℃～200℃，PCDD/Fs的从头合成将受到有效抑制。
通过上述分析发现，烟气的冷却降温过程本身为PCDD/Fs的再次生成提供了可能，降温后若烟气温度处于适宜PCDD/Fs生成的区间，在后续的净化处理过程中仍有利于PCDD/Fs的再次生成。同时，基于PCDD/Fs在燃后区的再次生成是焚烧系统二恶英类生成的重要途径，因此，本研究认为烟气的冷却过程及冷却效果是抑制PCDD/Fs在燃后区再次生成的重要因素。