焚烧烟气中的酸性气体主要由SOx、NOx、HCL、HF组成,均来源于相应垃圾组分的燃烧。垃圾焚烧烟气中HCl的浓度可高达1000mg/Nm3以上,SO2浓度在500mg/Nm3左右。酸性气体控制主要在末端集中处理,末端治理主要分为干法、半干法和湿法,表4为3种方法的技术比较。法国的生活垃圾焚烧厂采用干法、半干法和湿法脱酸的比例为42׃29׃39׃。而干法脱酸在我国垃圾焚烧厂中较少使用;湿法脱酸在国内常规的火力发电场中应用较多,在垃圾焚烧厂中应用较少;而半干法由于其雾化效果好,气、液接触面大,不仅可以有效降低气体温度,中和酸性气体,且喷入的石灰泥浆中的水分可在喷雾干燥塔内完全蒸发,不产生废水,因此在国内垃圾焚烧发电厂中运用较多。2014年我国《活垃圾焚烧污染物控制标准》(GB18485—2014)更新以后,对SO2排放标准由260mg/m3更新到100mg/m3,要求更加严格。因此很多垃圾焚烧发电厂对烟气处置技术进行了不同程度的改进。脱酸改造技术有:
1)增加NaOH稀释系统,NaOH使用渗滤液处理站纳滤(NF)膜系统产淡水稀释,稀释后的NaOH溶液通过喷水减温系统喷入急冷塔与烟气反应,就达到了去除部分HCl、SO2和烟气降温的目的;
2)从原消石灰储仓到吸收塔再增加一路喷射管路,堵管时便于及时切换;
3)脱酸剂由Ca(OH)2改为NaHCO3,能提高整个系统的脱酸效率;
4)目前烟气净化工艺主要采用联合工艺,如“SNCR+半干法+干法(碳酸氢钠)+活性炭喷射+袋式除尘+SCR”“半干法+干法+袋式除尘”“SNCR+低温SCR+袋式除尘”等。
3.1.2NOx控制
NOx的控制主要有选择性催化还原法(ivecatalyticreduction,SCR)和选择性非催化还原法(ivenon-catalyticreduction,SNCR)。SNCR是以氨水或尿素溶液作为还原剂,通过喷枪直接喷入炉膛,在高温下与NOx反应生成N2,从而降低氮氧化物的排放浓度。SCR是在催化剂作用下,将NOx还原成N2,从而控制氮氧化物排放浓度。两者相比,SCR的脱氮效果更好,但其成本也较高,从国内已投产项目运营情况分析,配备SNCR系统基本满足NOx排放要求。法国生活垃圾焚烧厂中选择SCR和SNCR处理系统的分别占43%和45%。
3.2颗粒物控制
烟气中的颗粒物通常称为飞灰,包括惰性氧化物、金属盐类、未完全燃烧产物等,因其极容易作为重金属[39]和二噁英类污染成分的主要载体而被认定为危险废物。垃圾焚烧飞灰元素中钙、硅、氯的含量最高,汞、铅、镉等所占比例不高,但从人体耐受程度来看,需要引起充分的重视。垃圾颗粒物控制技术应用较多的主要包括布袋除尘、静电除尘以及电袋除尘等技术。
我国生活垃圾焚烧厂大多使用布袋除尘进行颗粒物的去除,这是因为布袋除尘试用的范围广,对粉尘的特性不敏感,可以使粉尘排放浓度保持在50mg/m3以下,与电除尘相比,不受粉尘浓度、比电阻的影响,在相同的处理效率下,比电除尘投资低。布袋除尘器一般作为焚烧烟气处理最后一阶段的装置,不仅能够起到去除颗粒物的作用,还可以捕集以气溶胶形式存在的挥发的重金属、酸化物和氧化物,并且还可以有效捕集在活性炭吸附环节附着在吸附剂上的二噁英物质。其缺点主要有运行阻力大,容易造成布袋堵塞,滤料和滤袋一般不能承受高温烟气等。静电除尘适用于微粒控制,能捕集1um以下的细微尘粒,可以处理高温下的气体,但其设备复杂,投资较大,对粉尘的比电阻有一定要求,因此在垃圾焚烧厂中的应用不如布袋除尘多。
3.3二噁英控制
通常所说的二噁英包括多氯代二苯并二噁英(polychlorinateddibenzo-p-dioxins,PCDDs)和多氯二苯并呋喃(polychlorinateddibenzofurans,PCDFs)2种物质,有时也将毒性与二噁英相似的并且呈平面结构的共面多氯联苯(coplanarpolychlorinatedbiphenyls,Co-PCBs)包括在内。为评价这些物质的毒性及对人体健康的潜在效应,提出了毒性当量(toxicequivalentquantity,TEQ)的概念,并通过毒性当量系数(toxicityequivalencyfactor,TEF)来折算。以毒性最强的2,3,7,8-氯代二噁英(tetrachlorodibenzo-p-dioxin,TCDD)的毒性当量系数为1,其他同系物的毒性换算成相对2,3,7,8-TCDD的毒性强度。二噁英可以分别在源头、燃烧过程和末端处理得到控制。
源头控制主要是对氯源阈值的控制,减少含氯有机物的含量,去除聚氯乙烯、聚苯乙烯、KCl、NaCl等物质,同时减少金属催化剂,从而控制二噁英的生成。源头处理目前只靠垃圾分类得到解决,而在我国目前垃圾分类效果不好。
燃烧过程控制主要可以从以下2方面进行控制:1)改进燃烧状况,控制温度、湍流度、停留时间等因素,使燃烧温度保持在850℃以上,延长烟气在高温区的停留时间不低于2s,烟气中的氧气浓度不能低于6%,且不能高于10%;2)投加抑制剂,防止二噁英的生成,起抑制作用的试剂有以下3种,第1种是可以减少焚烧过程中氯气形成的硫化物,第2种是经过SNCR的脱硝反应所产生的氮化物,第3种是通过抑制焚烧过程中的酸性气体排放实现二噁英控制的碱性化合物。
燃烧末端处理主要有:1)缩短烟气在200~500℃之间的停留时间,防止二噁英类物质再次生成;2)降低排烟温度,使气相中的二噁英转移到灰相中,然后通过布袋除尘去除;3)在烟气中喷入吸附剂(如活性炭等,然后再用布袋除尘器捕集。
4 结论
生活垃圾焚烧发电行业作为环保产业、新能源产业和市政基础设施的结合,不仅能够实现垃圾减量化,还在能源回收方面起着重要作用。垃圾焚烧发电技术已经非常成熟,而我国的垃圾焚烧发电产业正处于由传统的固废处理向资源利用和可持续发展的转型期,虽然已经迈出了一大步,但仍需要更多的发展和改进。
垃圾焚烧发电技术的发展受以下因素的制约:
1)受源头垃圾分类不当的影响极大,生活垃圾分类收集、回收是垃圾前处理,是根治生活垃圾污染的根本途径和发展循环经济的前提条件;通过分类收集,不仅使资源得以再生利用,而且使垃圾的体积变小,减少了运费,降低了垃圾处理的难度,最终降低垃圾处理的成本;同时,垃圾分类收集能简化垃圾处理技术,提高垃圾处理效率;垃圾分类收集后,可将其中的可燃成分进行焚烧发电,提高热效率。
2)需要明确不同地区现阶段生活垃圾处理的目的,究竟是减量化还是资源化利用。因为我国目前幅员辽阔,各个地区实际情况不同,生活垃圾处理的背景、手段和技术也各不相同,应该视实际情况而定,比如在北京、上海、广州这些城市,发展水平高,应该以资源化利用为主,就应该对垃圾进行分类,以提高垃圾的回收率、热值等,进而提高发电效率。不过垃圾处理处置最终的目的是由减量化向资源化过渡,但在过渡期应该分情况处理,符合实际。
3)从设备端来说,高参数燃烧能提高发电效率,进而提高发电量以增加发电利润,但也面临风险大的问题,解决高温腐蚀的问题是生活垃圾焚烧中仍存在的一大技术难点。
垃圾焚烧发电技术的发展需要依靠其上、中、下游产业的推动。首先,垃圾焚烧厂上游仍然需要从末端处理的观念向源头减量化、资源化观念转型,生活垃圾源头分类、厨余垃圾单独处理、可回收物回收利用,能够显著、全面地降低生活垃圾管理的社会成本,有利于生活垃圾综合利用和垃圾焚烧实际运行。其次,生活垃圾焚烧厂建设从高速增长阶段转向高质量建设阶段,中游的燃烧系统仍需要提高国产垃圾焚烧技术,特别是流化床焚烧工艺的改进,提高其热效率。最后,随着人们在环境方面的要求日益增长,生活垃圾焚烧下游烟气处理系统仍需要重点关注,建立实时监测站点,避免造成二次污染。焚烧发电行业决策者应该践行绿色发展理念以推动生态文明建设,使“十三五”时期城市生活垃圾分类和资源回收工作取得成效,进而推动我国美丽的现代化强国建设的进程。