生活垃圾焚烧发电厂二噁英近零排放技术研究

1．3工业应用

目前这一方法已经实现了工业上的成功应用。例如，Goemans等人报道了比利时根特市的城市垃圾焚烧厂中，联合脱除设备可以脱除99%的二噁英和90%的NOx。德国海德堡能源与环境研究所在2004年对德国境内过半的垃圾焚烧设施的真实排放量进行了调查，调查数据显示实际排放浓度为0.001～0.01ngTEQ/m3，只是规定值0.1ngTEQ/m3的1%到10%。

日本荏原（Ebara）公司开发了以旋回流化气化炉为主体气化熔融系统的垃圾焚烧工程，布袋除尘器出口二噁英浓度为0.17ngTEQ/m3、0.013ngTEQ/m3时布袋除尘器后的SCR出口二噁英浓度分别为0.0006ngTEQ/m3、0.0014ngTEQ/m3。

壳牌CRI催化剂公司报道［4－5］其开发的二噁英系统选择性催化技术，采用钛及其它几种技术金属氧化物，合成直径为0.8mm～3．2mm表面多孔的三叶虫型催化剂，可以在低温下（160℃～210℃）去除高达99．99%的二噁英，可达到0.01ng/Nm3的世界最高标准，目前有30多套系统应用在世界各地的医疗垃圾、工业民用垃圾焚烧炉、焦化厂等。

布袋除尘器后增设选择性催化反应装置会较大幅度地增加垃圾焚烧发电工程的固定投资和运营成本，在中国当前经济下行压力较大、垃圾焚烧发电行业补贴追加有限的大环境下，研发催化剂喷射或者烟道反应器会更加有利于选择性催化还原法的推广应用。

美国戈尔公司研制成功了催化布袋（名称为REMEDIA），第一层布袋除去飞灰中的二噁英，第二层除去气相中的二噁英，并已经在工业上推广应用。浙江大学热能所国家973项目2011CB201500（项目第一承担单位为浙江大学）二噁英研究课题组目前也致力于研发质优价廉的二噁英催化降解技术，据调研，目前装置的实验室运行效果达到了预期目的，正在跟某大型垃圾焚烧发电厂合作建设示范工程。

2热解气化技术

焚烧从根本上很难严格控制二噁英及重金属的排放，而世界各国又都在倡导零排放工程，尤其是二噁英类物质的近零排放。为了解决城市生活垃圾焚烧处理过程中产生的二噁英、重金属等二次污染物问题，1992年日本钢铁公司（NKK）开始了垃圾热解气化的研究，之后，美国、德国等发达国家也开始研究城市生活垃圾热解气化焚烧技术。

该技术被认为是面向21世纪的垃圾处理及综合利用技术，减量化程度高，二次污染小，尤其能将二噁英浓度限制在0.01ngTEQ/m3近零排放。该技术受到了欧美、日本等发达国家的足够重视，被认为是焚烧处理的最有希望的替代技术。

2．1工艺过程

热解气化焚烧技术将燃烧过程分为二级燃烧室。一燃室为垃圾热分解，温度控制在700℃以内，充满了惰性可燃气体，并始终保持负压环境，以防垃圾直接燃烧。保证内部的惰性状态，使垃圾能充分热解。因此，与传统的垃圾直接焚烧相比，在减排方面具有三个优点：

（1）产生的SOx、NOx、HCl等公害物质大大减少，生成的燃气或油能在过量空气系数比较低的条件下燃烧，从而废气量也较少，大气污染物产生量也相应减少；

（2）金属铜、铝、铁不会被氧化，没有CO2产生，也不会有CuCl2的产生和存在，二噁英生成反应的催化剂减少；

（3）一燃室配置了一系列喷嘴，从底部吹送高压空气，提供热量，并迅速渗透到团块垃圾内部，从而使垃圾充分热解，消除了团块垃圾直接焚烧时不能充分燃烧而导致炉渣产生量大的问题，与传统的直接焚烧炉相比，炉渣量可降低77%以上。同时，热分解残渣中，灼烧性有机物量少，防止了填埋公害。

热解后垃圾中可燃成分分解成可燃气体，并引入二燃室燃烧；二燃室温度在1000℃以上，烟气停留时间2s以上，保证了有毒有害的有机气体完全分解燃烧，从而保证了二噁英的充分分解，由于二燃室是气体燃烧，避免了烟气中的残碳存在，削弱了二噁英的生成环境。由于控气型垃圾焚烧炉是固定床，所以极少产生烟尘，不会有未燃烬残碳进入烟气中。

2．2研究进展

Luo等［6］利用固定床研究了颗粒尺寸对RDF（垃圾衍生燃料）热解气化过程的影响，较小的RDF颗粒可以产生更多的可燃气，减少焦油和焦炭的生成，可燃气中H2、CO成分更高，但随着温度的提高，这种效应弱化。

Buah等在RDF热重实验中发现，RDF存在240℃～380℃、410℃～500℃两个失重阶段，分别对应RDF中纤维素成分和塑料成分的失重过程；固定床热解实验发现，随着热解温度的提高，热解油和热解气产量增加，焦炭产量降低；焦炭的比表面积增加，焦炭中灰分和固定碳比例升高，热解油中芳香族组分增加，脂肪族组分降低；RDF颗粒尺寸也对焦炭表面积、湿度、灰分和挥发分含量有重要影响。

He等［7］研究了煅烧白云石在城市固态废弃物（MSW）热解过程中的催化效果，发现煅烧白云石在提高MSW热解气产量、降低焦油和焦炭产量方面具有良好的催化效果；900℃、无催化条件下，热解气中CO、H2总含量仅为36.69%；900℃、催化剂作用下，CO、H2总含量增加到66.30%。Suzuki等采用流化床技术研究了热解气化技术，烟气排放中二噁英排放浓度低于0.01ngTEQ/m3。

国内已有几家单位引进相关技术并结合自有技术优势进行工艺的开发。王艳等利用外热式固定床进行了9种典型生活垃圾混合物的热解实验，随着热解温度的提高，热解时间缩短，在300℃～350℃缩短幅度最大。

东南大学设计建造了量不发垃圾气化熔融系统，该系统主要流程是将垃圾在低温循环流化床气化后，含灰的可燃气体进入高温熔融旋风焚烧炉进行焚烧熔融处理。浙江大学提出一种流化床与移动窗相结合的气化系统，该系统由3部分组成：带曲折板的移动床、循环流化床和旋流燃烧室。

2．3中试和工业应用

1995年NKK公司在Tsurumi建造处理量为24t/d的中试装置，该系统是固体废物的气化与灰渣的熔融在一个炉膛内完成，有机成分气化后在二燃室完全燃烧，无机成分则全部熔融成建筑材料，提高了资源回收效率，处理后的残渣只占废物原体积的1/200，烟气中二噁英浓度仅为0.0058ngTEQ/m3。

瑞士Thermo公司在Chiba工厂建造了150t/d示范装置，1999年9月投入运行，该装置几乎达到无二噁英排放（0.001ngTEQ/m3）。日本的藤泽市城市垃圾发电厂、界市垃圾焚烧发电厂、东京墨田垃圾发电厂，采用的热解气化焚烧炉单台处理量分别为130t/d、230t/d、600t/d。Baggio等介绍了位于威尼斯的城市生活垃圾发电厂能量利用及污染物排放情况。

此系统包括燃气轮机和蒸汽轮机，燃气轮机排出的废气在锅炉中再次燃烧产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电。整个系统的热效率为28%～30%，SOx、NOx、粉尘的排放量非常轻微，而CO的排放量要多于常规火电厂。Choy等介绍了处理量为10t/d的城市生活垃圾气化热电联产项目，项目运行情况表明，MSW热能回收率为23.4%。

目前热解气化技术垃圾焚烧处理厂在国外已有数家，位于德国Karlsruhe的处理厂每天可处理生活垃圾300t，日本的横滨、下北等城市有200t/d处理量的系统在运行，日本茨木、德国Bremer-haven建有150t/d的处理厂。

该技术也已在中国成功投入实用，如泰来环保、恒明环保等都有实际工程在运营，如浙江丽水生活垃圾焚烧发电厂建有2台175t/d热解气化炉，北京建筑材料科学研究总院有限公司建有1台100t/d热解气化炉等。不过，国内热解气化设备目前受生产技术限制，单炉处理量仅约150～200吨/日，这成为目前制约该工艺推广的瓶颈。

3结语

无论对于学术界还是工业界，提高生活垃圾焚烧发电工程的二噁英控制水平都意义重大。

（1）在目前主流工艺的基础上，SCR技术结合布袋除尘技术有望实现二噁英的近零排放即排放浓度低于新标准的十分之一，也就是0.01ngI－TEQ/m3。

（2）第三代垃圾焚烧处置技术即热解气化技术有助推实现二噁英近零排放的巨大潜力。如果能较大幅度地提高国产单台热解气化设备的处理能力，该技术工艺的推广将有望大大提速。

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