危废焚烧高温段烟气的分析及讨论

梅胜桥 (东江环保股份有限公司华东事业部，江苏 南京 210001)

0 引言

随着全球工业不断发展，危险废物的产生也越来越多，据统计，全球每年产生的危险废物达到了3.3亿t，严重地影响着人们的健康和环境的安全。危险废物不同于生活垃圾，是一种特殊的固体废物，具有一定的腐蚀性、毒性、反应性、易燃性、放射性等。危险废物的处置方法一般有填埋法、焚烧法、固化法和化学法等，其中焚烧法由于其减量化较明显而得到广泛应用[1]。危废焚烧流程中一般使用到的配备是：回转窑式焚烧系统、热量回收系统 (余热锅炉)、烟气处理系统等。

进入回转窑的原料一般为化工生产过程中产生的有机废物、有机废水和生化淤泥等废物，在回转窑内焚烧后，产生的高温烟气进入二燃室，在二燃室停留时间超过2 s，出口处的烟气温度为1 100 ℃以上，之后烟气进入余热锅炉。余热锅炉对烟气的热能进行回收，使烟气温度降低至500～600 ℃，之后进入烟气处理系统。

烟气处理系统常规使用的是以“急冷塔+干法反应塔+熟石灰/碳酸氢钠干粉脱硫+活性炭吸附+布袋除尘器+引风机+预冷塔+吸收塔+碱洗减湿塔+烟囱”为净化流程的烟气净化工艺，

在烟气处理系统中，烟气温度由500～600 ℃逐级下降，至60 ℃左右后经再热至100 ℃左右排空。其中，高温段的烟气是指进入急冷塔之前的烟气。对非高温段烟气进行的各种分析及监测比较常规[2]，而针对高温烟气段的气体及粉尘等的分析数据则几乎未见研究。

文章以某危险废物焚烧装置的烟气处理单元为例，针对高温段烟气进行分析与检测。该装置的危废年处理1.3 万t左右，计划对烟气处理工艺进行升级改造。

1 分析方法

1.1 取样方法

烟气取样口位于危废焚烧流程中的余热锅炉的烟气出口和急冷塔的烟气入口之间的管道上。通过管道上的法兰，将取样头伸入烟道，取样头内置过滤器，将粉尘截留在取样头内。取样头与气体测量系统连接，取样管线外置保温系统。

余热锅炉底部粉尘通过余热锅炉底部法兰口卸出，经冷却后收集。

余热锅炉出口烟气中粉尘的取样口与气体取样口相同，粉尘取样头经过管线与耐温的抽真空系统连接，粉尘取样头不设过滤器，粉尘在抽真空系统前经过滤、冷却后收集。

1.2 烟气分析

余热锅炉出口烟气采用MGS900多组分连续气体测量系统 (北京杰席特科技有限公司提供) 进行在线分析。该系统集成了烟气保温采样单元、预处理单元、傅里叶变换红外(FT-IR)准原位气体分析仪、氧分析仪和后处理单元，测量过程中每15 s更新一次记录，送入DCS并实时显示数据。该系统的核心FT-IR分析仪由美国万机仪器有限公司生产，型号Multigas2030，样品池的工作温度是191 ℃，具有分析包括SO3、SO2、NOx、H2O、COx、NH3、H2S 在内 380多种气体物质的潜力。此外，氧分析仪由澳大利亚NOVATECH生产，型号ZrO-1632/1231，O2体积分数的测量范围在0～25%。

烟气在线分析系统的工作流程如图1所示，烟气样气用量在1 L/min，取样过程为：取样管线从烟气管道中抽气取样，分析仪自带抽气泵。取样管线配备过滤器和加热保温套，过滤器可隔绝烟气携带的粉尘，加热保温套 (设置为180 ℃)可保证所取烟气中的H2O以气态形式存在。所取烟气经过气体缓冲罐后进入分析仪，同时，还需配备氮气反吹管线用于反吹分析仪和取样管。最后，分析后的烟气经过碱液罐吸收后排空。

1.3 烟气中粉尘组成的元素分析

烟道中夹带的粉尘的元素组成采用X射线荧光法(XRF)测定，所用仪器为日本理学ZSX PrimusII型X射线荧光光谱仪。

图1 烟气在线分析系统工作流程图

1.4 二噁英分析

取样头中粉尘采用同位素稀释高分辨气相色谱-高分辨质谱联用法(HRGC-HRMS)对烟气中粉尘的二噁英进行定性和定量分析。

2 结果与讨论

2.1 烟气组成

某一时间段内，余热锅炉出口烟气组成如表1所示。由于进入焚烧系统的危废垃圾没有固定组成，导致焚烧后烟气中各组分的含量具有波动性。烟气中含硫化合物是SO2，其含量最高值可达4 584.24 mg/m3，即使平均值也达到了2 455.45 mg/m3。而含氮化合物主要以NO的形式存在，极少量以HCN的形式存在，NO2并没有检出。烟气中CO平均含量为204.99 mg/m3，也需要在下一步流程中脱除。此外，烟气中含有少量HCl和HF。

经过后续烟气净化工艺，烟气中各种污染物被脱除，含量达到排放标准，烟气在100 ℃左右排空。

表1 余热锅炉出口烟气组成测量数据

2.2 粉尘化学组成

烟气中粉尘的元素组成分析结果如表2所示，余热锅炉底部和出口处的粉尘组成相近，主要的组分都是Na2O、P2O5、SO3、CaO、ZnO。其中含量最多的是SO3，质量分数在30%左右。值得注意的是粉尘中含有一定量的Cl元素，这意味着粉尘中可能含有二噁英。如果要在高温段进行烟气处理，一方面要考虑新添设备的耐温耐腐性质等问题，另一方面还必须关注烟气中夹带粉尘带来的影响，必要时采用预处理措施将烟气中的粉尘浓度控制在可接受的范围内。

表2 余热锅炉不同位置粉尘的主要组分及含量

2.3 粉尘中二噁英

粉尘中二噁英的含量分析结果如表3所示。粉尘按危废算，二噁英含量为 280 ng TEQ /kg，主要以多氯带二苯并呋喃的形式存在。

二噁英作为剧毒物质，其排放浓度受到严格控制。因此对烟气处理技术进行技术改造时，即便不具备脱除二噁英的功能，也绝对不可以引入二噁英或增加二噁英的排放，这是对技术选择的一个基本准则。通常产生二噁英的前驱体有氯、多环芳烃、氧等，技术改造时就需考量这几种前驱体是独立存在还是同时存在，以及有无温度等诱发二噁英的因素。

表3 余热锅炉中粉尘中二噁英含量

3 结语

利用已有手段对危废焚烧的高温段烟气的气相、粉尘的化学组成及粉尘中的二恶英进行了分析，获得了高温段烟气的组成数据，掌握了烟气中粉尘的化学组成及二噁英含量，这些分析结果对于焚烧装置运行状态监测，以及下一步烟气处理工艺改造具有重要的参考意义。