生活垃圾焚烧电厂二噁英控制技术研究

赵茹男，刘 晓，俞 玲，姜 胜

（武汉电力职业技术学院，湖北 武汉430079）

垃圾焚烧发电技术可以实现垃圾处理无害化、资源化、减量化。垃圾焚烧发电已经成为各个发达国家生活垃圾处理的主要方式。当前中国垃圾焚烧电厂布局由经济发达的大城市逐步向三四线城市及中西部倾斜，呈现良好的发展势头。但是生活垃圾焚烧电厂的邻避（NIMBY，Not In My Back Yard，不要建在我家后院）现象在中国很多区域还是突出问题，主要是公众对垃圾焚烧所产生的号称剧毒的二噁英的排放问题越发关注。二噁英为高沸点物质，气化压力很低，二噁英主要以颗粒状态存在于烟气中或者吸附在飞灰颗粒上，二噁英的控制技术是垃圾焚烧电厂烟气污染物控制的重中之重。本文主要围绕生活垃圾焚烧处理的副产物二噁英展开，介绍了二噁英的危害，剖析了二噁英的产生机理。结合垃圾焚烧电厂运行实际，提出电厂控制二噁英的处理技术，为相关专题技术研究的开展提供借鉴。

1 二噁英危害

二噁英是一种含氯有机化合物，即多氯二笨并二噁英，多氯二笨并呋喃及其同系物（PCDDs 和PCDFs），以气体和固体形态存在，难溶于水，对酸碱稳定，易溶于脂肪，易在生物体内积聚，即使是在很微量的情况下，长期摄取也会引起癌症、畸形等。

二噁英是目前已知毒性最强的有机化合物，其毒性是氰化钾的1 000 倍，因此，在垃圾焚烧处理中应严格控制二噁英的产生。

2 二噁英的产生机理

二噁英的主要生成温度范围为200～650 ℃，在燃烧温度大于800 ℃时二噁英发生分解。在垃圾焚烧炉中，焚烧烟气在850 ℃的温度停留2 s 以上可以使绝大部分二噁英分解，低于800 ℃后，一部分在高温中分解的二噁英在200～500 ℃温度范围内会通过各种方式反应重新生成二噁英。二噁英的产生机理很复杂，大致可总结为如下几点。

2.1 生活垃圾中存在氯和金属时，有机物燃烧产生二噁英

氯化合物主要来自于垃圾中的塑料、橡胶，如聚氯乙烯塑料（PVC），厨余中的氯化钠、氯化镁。金属主要来自垃圾中的废电池、日光灯管、涂料、油漆、颜料、报纸等，其中含有汞Hg、镉Cd、铅Pb 等有害金属元素。

2.2 原生垃圾中本身含有微量的二噁英

垃圾中自带的二噁英在垃圾焚烧炉膛温度保持在850 ℃时，大部分会被分解破坏，只有极少部分会随着烟气释放出来。

2.3 生活垃圾燃烧不完全

由于燃烧工况组织不良，生活垃圾燃烧不完全易产生二噁英前驱体氯苯、氯酚、PCB 等，再经过复杂化学反应生成二噁英；生活垃圾燃烧不完全还会导致原生垃圾中的二噁英不能被全部分解；此外生活垃圾燃烧不完全导致一氧化碳含量增多，而烟气中未燃尽的碳又会导致二噁英再合成。

2.4 尾部烟气中二噁英再合成

二噁英的再合成是需要一定外界条件的，焚烧烟气在第二燃烧室排出向后流动过程中，在较低温度（200～500 ℃）下，二噁英类前驱物与氯化物及金属催化剂（铜、铁、钛等）作用下形成二噁英。需要强调说明的是经研究证明氯化铜是高于其他金属氧化物数百倍的二噁英再合成催化剂。

3 垃圾焚烧电厂对二噁英的控制

根据二噁英的产生机理，抑制二噁英的生成主要有4 种方式。

3.1 垃圾分拣控制二噁英生成的氯和金属催化剂来源

笔者认为控制生活垃圾焚烧电厂二噁英首先要在炉前进行垃圾分类，生活垃圾一般分为可回收垃圾、厨余垃圾（湿垃圾）、有害垃圾、干垃圾（其他垃圾）4 大类。对垃圾进行分类后，可回收垃圾进入循环利用途径，废纸可作为造纸原料；金属（如铁、铝）可回炼；玻璃可重用；塑料和橡胶可用于制造再生物质或隔离空气裂化成石油类燃料等；厨余垃圾经过生物处理，可堆肥或制作沼气等；有害垃圾进入危废处理中心处理；入炉燃烧的主要是干垃圾。

生活垃圾中可回收的含氯塑料、橡胶及电器、厨余垃圾中的NaCl 等含氯合物、有害垃圾中的废旧电池等被分拣后，入炉焚烧的垃圾中氯含量和金属含量降低，从而减少二噁英生成。因此，垃圾入炉焚烧前进行分拣不仅提高垃圾资源化利用程度，更可从源头控制二噁英生成氯来源和金属催化剂来源。要做好炉前垃圾分类，更重要的是减少城市垃圾产生源，改变居民的生活方式，树立全民环保的意识，人人参与环境保护，尽量减少生活垃圾的产生。

3.2 垃圾充分燃烧

为确保垃圾充分燃烧，垃圾焚烧电厂燃烧控制要满足“3T+E”原则，即炉膛(二次燃烧室)内任意点温度不小于850 ℃（Temperature）；烟气在二次燃烧室内停留时间大于2 s（time）；保持充分的气固湍动程度（Turbulence），加强炉内紊动，促进空气扩散混合；保证炉内足够的空气量（Excess），氧量控制在6%～8%。

要确保垃圾热值在设计范围内，热值过低时需配备辅助燃烧器，过高会减少入炉垃圾量；烟气量也应在设计范围内；检修期间炉膛内壁要清焦彻底，清理一、二次风各进风口结焦，更换变形、磨损的风口，运行时一、二次风分配合理，氧量正常，依据一氧化碳的浓度，调整氧量。此外垃圾要均衡进料，炉排上垃圾厚度均匀，燃烧稳定。

这样才能保证垃圾充分燃烧，垃圾自身含有的二噁英及在焚烧过程中产生的二噁英及其他有毒害气体能得到彻底燃烬分解，同时减少了氯苯及氯酚等二噁英前驱物生成。还能避免未完全燃烧产生的有机碳和一氧化碳为二噁英的再合成提供碳源。因此，提高焚烧炉的燃烧效率，确保垃圾充分燃烧是控制二噁英生成的有效手段。

3.3 降低燃后区低温再生成

用余热锅炉将烟气由850 ℃迅速降至300 ℃以下，时间控制在2 s 以内，尽量缩短烟气在200～500 ℃温度区的停留时间，减少二噁英类物质重新生成。

运行中可以改善焚烧工艺减少生成二噁英类物质的前驱体物质，利用蒸汽吹灰、激波吹灰装置减少飞灰在设备表面的沉积，从而减少二噁英类物质生成所需要的催化剂载体等。

3.4 提高尾气净化效率

目前大部分垃圾焚烧电厂都采用活性炭吸附+布袋除尘方式去除烟气中的二噁英，两者配合后，尾部烟气中的二噁英脱除率可达98%以上。

当烟气穿过布袋除尘器时，二噁英便会被过滤并逐渐积聚在粉层上。同时烟气净化装置在布袋除尘器前加喷活性炭，可对二噁英起到吸附作用，吸附后的活性炭被布袋除尘器过滤下来，焚烧烟气中所含的大部分二噁英可被去除。

运行中注意定期检查活性炭喷枪，更换磨损的喷头，保证活性炭在烟气内喷洒均匀。布袋除尘器及滤袋严密不泄漏是关键，采购质量最好的滤袋，滤袋使用年限不宜超过5 年；用布袋除尘器定期清灰，压差稳定；应定期查漏，更换泄露的滤袋。

此外有些垃圾焚烧电厂在布袋除尘器后还布置有SCR脱硝设备，SCR 脱硝催化剂在一定条件下有一定分解气相二噁英的功能；SCR 脱硝运行工况稳定，催化剂也会吸附固态二噁英。

总之垃圾焚烧的二噁英控制技术从“炉前、炉中和炉后”3 个环节实现全面控制，通过上述技术举措，中国目前的垃圾焚烧电厂，在二噁英被排放到大气前会进行严格净化，最终排放的二噁英都能达到国际最高标准0.1 ng-TEQ/Nm3。有些电厂甚至还远超国际标准，只有0.01～0.03 ng-TEQ/Nm3。

由于实时检测二噁英等物质的难度较大，检测费用较高，目前大多数生活垃圾焚烧电厂的二噁英并未被实时检测并对公众公示。有研究表明，烟气中一氧化碳含量对二噁英再生成有直接作用，因此，一氧化碳浓度可以作为衡量二噁英浓度的间接性指标，而不仅是焚烧炉燃烧效率的指示指标。

当前生活垃圾焚烧电厂中主要通过一氧化碳浓度、焚烧温度、烟气停留时间三个指标协同作为二噁英类物质控制的指示性指标，通过对这三个指标在线监测与管理部门监控联网向公众公示间接反应二噁英的实时排放情况。

4 结束语

本文根据垃圾焚烧电厂对副产物二噁英的控制，重点分析了二噁英的产生机理，并指出了目前垃圾焚烧电厂控制二噁英的具体措施，为垃圾焚烧电厂控制二噁英研究提供借鉴。