摘要：垃圾焚烧发电厂通过对各种生活垃圾进行焚烧处理，既减少了生活垃圾对环境的污染，也生产了丰富的电力资源，是一种非常节能环保的生活垃圾处理方式，但是在进行垃圾焚烧的过程中，如果不能对垃圾焚烧烟气进行正确有效的处理，很容易引起严重的二次污染.文章在分析垃圾焚烧发电原理的基础上，进一步提出了相应的污染控制和防治措施.
关键词：垃圾焚烧；发电厂；烟气污染
一、生活垃圾焚烧发电基本原理
随着经济的迅猛发展和物质生活水平的提高，垃圾产量日益增多，对环境造成的污染也日益严重。每天源源不断产生的大量城市生活垃圾，已经成为一个污染环境、影响生活的社会性问题。我国生活垃圾处理技术起步较晚，由于之前传统的生活垃圾填埋、垃圾堆肥技术的种种弊端，近年来在国家产业政策的支持下，我国垃圾焚烧技术得到了迅速发展，垃圾焚烧发电处理在我国呈现出迅猛增长的势头。
垃圾焚烧技术不断完善，同时不断地向大规模、全自动化方向发展，相继出现了处理能力很强的大型垃圾焚烧厂，垃圾焚烧发电技术也随之得到了迅猛发展。我国的生活垃圾焚烧发电技术也由流化床锅炉转化为以炉排炉焚烧垃圾的主流技术中，本文以炉排炉技术为主。炉排炉的主要特点是生活垃圾适应性强，适合中国低热值多水分的生活垃圾，特别是现阶段生活垃圾分类不完善的情况下，依然能够发挥其优势。其主要工艺发电原理为：生活垃圾首先进行密闭的垃圾库（坑）进行发酵，发酵过程产生的渗滤液进入污水处理系统进行处理，沼气进入焚烧内燃烧；发酵好的垃圾通过行车将将垃圾投入到炉排炉的给料斗内，垃圾通过炉排炉的自动给料器推入炉膛中，在炉膛中垃圾经过干燥、燃烧、燃尽三个阶段，热量通过余热锅炉转化成蒸汽，从而推动汽轮发电机发电。生活垃圾焚烧发电作为当今主流的垃圾处理技术，实现了垃圾的资源化、减量化、无害化处理。对老百姓来说，普遍担心的就是垃圾焚烧过程中烟气排放问题。
二、烟气污染物的产生与防治技术
垃圾焚烧过程是烟气污染问题产生的主要阶段，垃圾焚烧过程中主要产生酸性气体以SO2、HCL为主，同时产生CO、NOX、重金属、二噁英等污染物。
目前，常采用的酸性气体（SO2、HCL）脱除技术为干法、半干法。干法由于效率低，主要采用半干法脱除酸性气体。半干法脱硫剂的主要成分是生石灰和水配制成的乳状脱硫剂（氢氧化钙），对烟气进行逆流或顺流喷淋，实现脱硫脱酸。
化学方程式：
2HCl + Ca（OH）2 -> CaCl2 + 2H2O （1）
SO2+ 1/2 O2 + Ca（OH）2 -> CaSO4 + H2O （2）
CO气体的产生主要是由于不完全燃烧造成的，工艺主要考虑一次二次风的合理配置，从而实现高温烟气的完全燃烧，在垃圾焚烧过程中控制比较容易。NOX的产生由于各城市垃圾成分的变化，影响较大，主要分为燃料型\热力型\快速型三种。燃烧型NOX城市生活垃圾本身所带有的有机类含氮化合物，另一类为在垃圾焚烧炉启动、停运或垃圾热值不够时所添加煤、重油或天然气等助燃燃料含有的含氮化合物，这两种燃料所含有的含氮化合物在垃圾焚烧炉内经高温燃烧后生成NOx。热力型为确保生活垃圾充分燃烧所需的空气，鼓入垃圾焚烧炉中，其中的N2在高温条件下被氧化为NOx即生成热力型NOx。在焚烧炉炉膛的高温、高过量助燃空气区域易生成热力型NOx。快速型NOx指燃烧过程中，由助燃空气中的氮和燃料中的碳氢离子团（CH）等反应而生成NOx。与燃煤锅炉类似，快速型NOx在垃圾焚烧炉中生成量亦很少，可忽略。
总体而言，垃圾焚烧过程中生成的NOx主要为NO和NO2，其中NO占据90%以上；NOx类型主要为燃料型NOx，另有少量热力型NOx。垃圾焚烧电厂NOx控制技术针对垃圾焚烧电厂中NOx生成机理，对应的NOx控制技术主要分两类：一类针对燃烧过程进行控制，减少NOx的生成；另一类对已经生成的NOx进行脱除。为减少热力型NOX生成，应合理控制炉温。NOx脱除技术通常采用主要有选择性催化还原技术即SCR技术）和选择性非催化还原技术即SNCR技术）。
SCR技术含有氨基的还原剂与催化剂在温度窗口为200~450区间，快速、高效地将焚烧炉内烟气中的NOx选择性地还原为N2。SCR布置方式可采取高温高尘、高温低尘和低温低尘这三种布置方式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆采用高温高尘布置，SCR反应器布置在省煤器与空预器之间，工程上多为此种布置方式；高温低尘布置方式，SCR反应器布置在除尘器后，此时除尘器需采用高温除尘器，造价较高，工程上应用极少；低温低尘布置方式的SCR反应器布置在脱硫除尘之后。在垃圾焚烧炉中，由于生成的重金属含量较之大型火电厂高，更易引起催化剂中毒，大大削弱催化剂活性。SNCR技术为在垃圾焚烧炉中适当位置（即合适的温度窗口）喷入含有氨基的还原剂（常用尿素溶液），使焚烧炉内烟气中的NOx被选择性地还原为N2。含有氨基的还原剂主要有氨气、液氨、氨水和尿素。对于不同还原剂，对应的温度窗口亦有所区别，一般在850~1100度。
二噁英的产生与防治：任何燃烧都会产生二噁英，而不仅仅是生活垃圾焚烧会产生二噁英。焚烧过程中二噁英的生成机理相当复杂。生活垃圾焚烧时，由于燃烧不充分生成不完全燃烧产物（PIC），而垃圾所含的有机氯和部分无机氯将以HCl的形式释放，部分HCI会转化为Cl和Cl2，作为氯源又可以氯化PIC。燃烧过程中，不完全燃烧产物的氧化反应和氯化反应是竞争反应，当氯化反应更易发生时，PIC生成氯代的PIC，然后通过聚合反应生成PCDD/Fs。通常认为PIC主要包括脂肪族或烯烃、炔烃类化合物通过氯化生成氯苯，然后氯苯转化为多氯联苯，在燃烧区域内，反应生成PCDFs，部分PCDFs通过进一步反应会生成PCDDs（二噁英类）。据美国环保署（EPA）研究结果显示，二噁英等物质在焚烧炉850℃以上高温下停留超2秒，即可分解99.99%。垃圾在焚烧炉内得以充分燃烧是减少二噁英类生成的根本所在，“3T+E”控制法是国际上普遍采用的措施“3T+E”控制法是国际上普遍采用的措施，即保证焚烧炉出口烟气的足够温度（Temperature）、烟气在燃烧室内停留足够的时间（Time）、燃烧过程中适当的湍流（Turbulence）和过量的空气（Excess Air）。有研究表明二噁英在300-500℃将进行二次合成。为此，国际上通常对阶段的锅炉进行变速设计，使烟气快速通过该温度区域，减少二噁英的合成，合成的少量二噁英采用活性炭吸附+布袋除尘器等处理工艺，进一步吸附烟气中二噁英和重金属。
二噁英的生成机理可看出，二噁英的生成与垃圾焚烧工艺的各个工艺环节有关，要对其进行全过程控制。
三、烟气污染控制
1.控制燃烧
无论是CO、SO2、HCL还是NOx、二噁英都与燃烧息息相关。垃圾焚烧的燃烧控制是关键，重中之重。首要控制即炉膛温度，一般维持在950～1150℃。。实践表明，烟气在850℃左右的炉膛中停留时间达到2 s，或在1000℃左右炉膛内停留1 s，或是在1200℃左右炉膛内停留几μs，二恶英就可以完全分解。如果低于850度，二噁英得不到有效分解。如果温度控制在1200℃以上，虽可以大大降低二恶英，但增加了NOx的生成，结焦等风险，。因此，控制燃烧温度宜选择在950～1150℃。。其次是控制炉膛的含氧量。二噁英及CO的生成与含氧量分不开，应保持炉膛含氧量在6-9%，含氧量过低，则容易造成不完全燃烧，生成CO，二噁英得不到有效分解，含氧量过高则锅炉效率较低。因此宜选择含氧量控制在6-9%。
2、物料控制
SO2、HCL主要靠石灰浆与酸性气体的化学反应脱除。如何提高化学反应的效率是控制重点。实践证明：石灰品质应旋转高纯度的熟石灰为宜，一般纯度选择92-95%；石灰浆浓度一般选择在12-20%之间，根据锅炉的运行周期进行合理的调整。石灰浆的喷射装置一般由中速、高速旋转雾化设备。高速旋转雾化设备投资大但效率高维护容易，较中速采用更为适宜。
四、结语
综上所述，垃圾焚烧发电厂烟气污染的治理需要完善的配套设施和技术作为支撑，才能充分抑制污染烟气的产生，并且实现对烟气污染的有效治理。但是在实际运行过程中仍然有很多亟待突破的技术难题，仍然需要不断推进净化工艺与设备的优化与改进。
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论文作者:刘刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/11
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