城市生活垃圾焚烧烟气污染物减排技术分析研究

摘要：目前威胁生态平衡和人类健康的主要因素是大量生活垃圾造成的环境污染,为了解决环境污染问题,需要对城市生活垃圾焚烧烟气污染物的减排技术进行分析。酸性气体、颗粒污染物、重金属元素和二噁英是城市生活垃圾焚烧烟气中的主要污染物。对湿法烟气净化、干法烟气净化和半干法烟气净化三种烟气净化方法进行分析,选择净化效率高的半干法净化烟气中的酸性气体。通过对比袋式除尘器和静电除尘器之间的区别,选择经济合理,技术成熟、除尘率高的布袋除尘器,净化生活垃圾焚烧烟气中的颗粒污染物。

前言

当前世界中各国的生活垃圾产量以每年100亿吨的增长速度不断增加。这些生活垃圾中包含塑料等有机工业制品，海量垃圾造成的环境污染是目前威胁生态平衡和人类健康的主要因素。对这些生活垃圾进行及时处理，消除生活垃圾对生态环境的威胁，完成能量的回收利用，是当前世界各国面临的主要问题。

中国每年的生活垃圾产量在1亿吨左右。其中，生活垃圾无害处理率仅为百分之三，国内每年生活垃圾的储存量已经高达60亿吨，生活垃圾占用了5万公顷，造成了70亿元的经济损失，对环境造成了不可估量的破坏。因此对国内的生活垃圾进行资源化、减量化、无害化的处理是必要的。现在国内生活垃圾中包含大量的动植物残体、布、竹木、纸、橡胶、塑料和皮革等有机成分，生活垃圾的热值较高。国外一些国家的生活垃圾热值是燃煤的二分之一，随着科技的进步，中国生活垃圾中存在的可燃成分明显增加，热值不断提高，已经具备生活垃圾资源化的条件。

生化处理和热力处理是城市生活垃圾的主要处理方法。其中生化处理法存在沼气爆炸、周期长、气味污染、占地大和处理量较小的问题，生化处理法的利用率较低。热力处理法包括垃圾衍生物燃料法、焚烧法、热解法和气化法，其中焚烧法被广泛的应用在生活垃圾处理中。因此需要对城市生活垃圾焚烧烟气污染物的减排技术进行分析。

1 烟气净化技术

焚烧城市生活垃圾的过程中会产生含有大量二噁英、烟尘、重金属、酸性气体等污染物，对环境造成污染。

城市生活垃圾焚烧烟气处理技术较多，一般通过活性炭吸附系统、除尘系统和烟气脱酸工艺系统构成。城市生活垃圾焚烧烟气净化技术的核心是酸性气体脱除技术。根据城市生活垃圾脱酸过程中的干湿形态，可将酸性气体脱除分为干法、半干法和湿法三种不同的净化工艺。半干法酸性气体脱除的净化工艺具有净化效率高、不生成废水、投资低、流程简单和运行费用低的特点。目前国内半干法城市垃圾焚烧烟气净化工艺主要有多组分有毒烟气治理技术、循环悬浮烟气净化技术和喷雾干燥法烟气净化技术，三种不同工艺的流程图见图1。

2 不同种类烟气污染物的控制

2.1 酸性气体净化

氯化氢、氢氟酸、氮氧化物、硫氧化物酸性气体是通过城市垃圾焚烧产生的。干法、半干法、湿法是城市生活垃圾焚烧产生的酸性气体净化方法 。

2.1.1 湿法

湿法通过碱性吸附剂对城市生活垃圾焚烧产生的酸性气态污染物进行高效净化，已被广泛的应用在国外的发达国家中。湿法烟气净化法可以通过一段或两段完成城市生活垃圾焚烧烟气的净化。湿式石灰法脱硫技术的装置性能高、设备简单、造价低，缺点是运行费用高、占地面积大、工艺流程复杂，需要对烟气液态反应的成生物进行处理。

2.1.2 干法

采用干法对城市生活垃圾焚烧烟气中的酸性气体进行净化，效率较低。增加城市生活垃圾焚烧烟气中固态吸收剂的停留时间，可以增强对酸性气态污染物排放的控制，增大吸收剂的吸收面积。以氢氧化钙粉末为主的吸收剂被广泛应用在干法生活垃圾焚烧烟气净化中。管道喷射和高效除尘器是干法生 垃圾焚烧烟气净化工 的 一般组合形式 。

生活垃圾焚烧产生的烟气进入设有活性炭和消石灰喷入口的除尘器烟道中，在烟道中喷入活性炭粉末和氢氧化钙粉末。在烟道中喷入氢氧化钙粉末可以去除焚烧 城市生活垃圾产生的氯化氢、氢氟酸 、氮氧化物、硫氧化物等酸性气体，使烟气中酸性气体浓度达到国家排放标准。在烟道中喷入活性碳粉末可以去除城市生活垃圾焚烧烟气中的二噁英和重金属。干法生活垃圾焚烧烟气净化工艺的优点是不需要对净化物进行二次处理，可以直接进行处理。其缺点是去除污染物的效率较低，吸收剂在净化过程中的消耗量较大。

2.1.3 半干法

半干法生活垃圾焚烧烟气净化工艺结合了干法工艺和湿法工艺，不需要进行二次处理，对城市生活垃圾焚烧烟气中酸性气体的净化效率高。半干法工艺要求的操作水平比较高，需要不断的积累实践，达到良好的净化效果。化学反应完全吸收的前提是生活垃圾焚烧烟气的长时间停留，蒸发城市生活垃圾焚烧生成物中的水分，以固体的形式去除，所以在半干法生活垃圾焚烧烟气净化反应塔设计中，较为重要的参数是烟气在烟道停留的时间。酸性气体和反应产物形态的去除效率受净化反应塔进口和出口之间温度差的影响。除温差和停留时间这两个因素外，喷雾效果、吸收剂的粒度对整个城市生活垃圾焚烧烟气污染物净化工艺的影响较大。

半干法生活垃圾焚烧烟气处理技术与干法烟气处理技术、湿法烟气处理技术相比，利用城市生活垃圾焚烧烟气余热蒸发浆液中的水分，反应产物以固体的形式排出。

2.2 颗粒污染物净化

采用袋式除尘器和静电除尘器对城市生活垃圾焚烧烟气中的颗粒污染物进行治理。袋式除尘器和静电除尘器之间的区别为：

(1) 采用布袋除尘器对城市生活垃圾焚烧烟气中的颗粒污染物进行净化，可以满足环境保护的要求。布袋除尘器的使用寿命较长，通常情况下为2年到6 年，被广泛的应用在国外发达国家城市生活垃圾焚烧烟气中的颗粒污染物净化中。

(2) 布袋除尘器设备的占地面积较小，除尘效率高。

(3 ) 布袋除尘器对城市生活垃圾焚烧烟气中的颗粒污染物进行净化，净化时不受负荷、电阻的影响。

(4) 可以采用自动化监控对布袋除尘器运行过程中产生的异常和诊断现象进行管理，实现不停机的对布袋除尘器进行修建，提高了布袋除尘器的除尘效率。

(5) 在相同处理效率下，静电除尘器的运行费用和投资费用要高于布袋除尘器的运行费用和投资费用。

(6) 焚烧城市生活垃圾时，焚烧烟气出口处的温度较高，以水冷辐射和炉膛辐射的方式对高温烟气进行传热，通过空气预热器、省煤器、高温过热器和低温过热器完成高温烟气的对流换热，将城市生活垃圾焚烧产生的高温烟气降温至1 5 0摄氏度并传送到布袋除尘器中，提高滤袋的使用寿命。

(7) 采用布袋除尘器对城市生活垃圾焚烧烟气中颗粒污染物进行净化的除尘效果最佳。因为电除尘器中的金属构件受烟气中氯酸和次氯酸的腐蚀，布袋除尘器中布袋材料为尼龙，尼龙的抗腐蚀性能好。

因为城市生活垃圾焚烧烟气中存在二噁英、重金属等有害有毒的物质，导致焚烧城市生活垃圾产生的烟气污染物较为复杂。布袋除尘器的经济合理，技术成熟且除尘率高达99. 8 % ，被广泛应用在城市生活垃圾焚烧烟气中颗粒污染物净化过程中。

2.3 去除重金属

城市生活垃圾焚烧烟气中重金属的浓度受生活垃圾的性质、烟气污染的控制方式、焚烧炉的操作以及重金属存在形式的影响。吸附态形式和气态形式是城市生活垃圾焚烧烟气中重金属元素的主要存在形式。在城市生活垃圾焚烧烟气处理系统的降温过程中气化温度较高的化合物和重金属凝固成粒状的物质被去除;对于无法凝固的、气化温度较低的重金属元素，通过飞灰表面催化将其转变为易凝固、高温度的氯化物或金属氧化物，采用除尘设备去除;仍以气态形式存在于烟气中的金属物质，通过活性炭粉末或飞灰去除。

2.4 二噁英的控制

在标准状态下二曝英为固态，极难与水相溶，是一种有毒物质。城市生活垃圾焚烧后会产生少量的二曝英。二噁英的沸点高、气化压力低。在温度为1 6 0〜1 8 0摄氏度布袋除尘器周围的烟气中，二噁英以细小颗粒的形态存在。二曝英会在城市生活垃圾焚烧烟气穿过布袋除尘器的同时进行过滤，并积聚在粉层上，在布袋除尘器中加入对二噁英起吸附作用的活性炭，采用布袋除尘器对活性炭进行过滤，去除城市生活垃圾焚烧烟气中的二噁英。

3 结语

中国属于人口大国和能耗大国，因人口较多，产生的城市生活垃圾数量巨大，所以需要对城市生活垃圾能源化技术进行研究。利用城市生活垃圾焚烧进行发电，产生的大量烟气对中国环境造成严重污染，有效净化烟气中的污染物是中国目前面临的主要问题。根据不同城市的情况，选择适当的城市生活垃圾焚烧烟气净化技术，对城市生活垃圾焚烧时产生的烟气污染物进行净化，完成城市生活垃圾焚烧烟气污染物的减排，提高城市的环境质量。