郝介秀

（上海天马再生能源有限公司，上海201603）

1 项目概况

生活垃圾进入焚烧系统后受较多运行参数的影响，生成的二恶英浓度也随之变化。本文主要研究垃圾焚烧系统的各运行参数对焚烧过程中二恶英排放浓度的影响，分析的各影响要素包括：进入焚烧炉的垃圾来源、再循环风量、一次风与“二次风+再循环风量”的比例、省煤器出口氧量、省煤器出口CO 浓度、布袋吹灰、湿法洗涤塔运行参数、活性炭孔径和用量。并对二恶英浓度进行固、液、气的三相分析，总结出通过调整垃圾焚烧系统运行参数，来降低二恶英排放浓度的方法。

2 二恶英的理化特性

二恶英（PCDD/Fs）是几类结构和理化性质相似的氯原子取代的（简称氯代）多环芳香化合物的总称，包括多氯代二苯并-对-二恶英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs），结构式如图1 所示。氯原子取代位置不同，可以形成不同异构体，造成PCDDs 有75 种异构体，PCDFs 有135 种异构体，在这210 种异构体中, 只有2,3,7,8 四个位置均被氯原子取代的化合物才具有生理毒性[1]。二恶英在常温下为固态, 具有热稳定性、低挥发性、脂溶性和环境稳定性的特点，进入人体后会在体内累计，达到一定程度具有致癌、致畸变的作用[2]。

图1 二恶英结构式

3 垃圾焚烧过程二恶英的生成与去除机理

3.1 二恶英的生成机理

垃圾焚烧发电厂由下列系统及设备组成：垃圾接收与储存系统、进料系统、垃圾焚烧系统、烟气净化系统、给水除氧系统及汽轮机、化学水和综合水系统、渗滤液处理系统、飞灰固化系统、电气系统、自动控制系统。

生活垃圾在进入垃圾焚烧厂之前，先由城市环卫部门收集后装到专用垃圾车，之后运至焚烧厂垃圾坑储存，经过筛选后对大件垃圾进行粉碎，然后用垃圾抓斗将垃圾抓取送入焚烧炉的给料溜管，再由推料器推入炉膛，与空气混合后进行燃烧[3]。

大量研究表明, 生活垃圾焚烧炉二恶英的排放主要来自以下三个途径：（1）源头。指垃圾中原有的二恶英，在焚烧过程中未完全分解，最后随烟气、炉渣等排出的二恶英含量。（2）高温合成。含C、H 的低沸点有机物在500-800℃的条件下挥发出来，在缺氧条件下，和HCl 生成二恶英。（3）低温异相合成。包括从头合成和前驱物合成。从头合成指在250-350℃的条件下，大分子C 和Cl 元素反正生成二恶英；前驱物合成是指未完全燃烧的氯酚和氯苯的热解重排生成了二恶英[4]。二恶英在垃圾焚烧过程中的反应区域如图2 所示。

图2 垃圾焚烧过程二恶英反应区示意图

3.2 二恶英的控制及处理技术综述

3.2.1 燃烧前控制

二恶英的生成源头就是因为有氯元素的存在，同时金属的存在也会加剧二恶英的产生。而生活垃圾中的一些塑料制品、厨余中的无机氯会生成二恶英。因此将垃圾中的金属和玻璃分离出来，同时经过分拣剔除垃圾中的不可燃成分和水分，余下的生活垃圾经过破碎、压缩制成垃圾衍生燃料RDF（Refuse derived fuel），其组成与热值相似、金属含量低、比表面积大，可保证快速、充分、稳定燃烧。

3.2.2 燃烧过程中抑制

目前国内外都采用“3T”原则来控制二恶英的生成，即Temperature（燃烧温度）——保持在800℃以上；Turbulence（湍流度）——在高温区送入二次空气并充分搅拌增强混合湍流度；Time（停留时间）——保证燃烧气体在高温区的停留时间大于2s。

另外，通过在二恶英生成的化学反应中加入一些化合物，如碱性化合物（NH3、CaO、NaOH、Na2CO3等）改变酸度以减少飞灰表面的二恶英生成；还可以加入一些含硫化合物（Na2S、Na2S2O3、CS2O3、SO2等）催化过渡金属形成其他络合物，减少过渡金属反应形成二恶英。

3.2.3 燃烧后区域防止

焚烧炉的燃后区域可以发生二恶英的从头合成，在300℃～325℃时的生成量最大，故应缩短烟气在此温度段的停留时间；另外，飞灰中的残碳是二恶英从头合成的主要碳源，所以应定期清除飞灰；也可向烟气中喷入化学抑制剂（如二氧化硫、氨水、二甲胺、甲硫醇等）阻止二恶英的生成[5]。

4 运行参数与二恶英排放相关性研究

根据二恶英的生成与控制机理，取垃圾焚烧系统的若干参数进行试验研究，包括：进入焚烧炉的垃圾来源、再循环风量、一次风与“二次风+再循环风量”的比例、省煤器出口氧量、省煤器出口CO 浓度、布袋吹灰、湿法洗涤塔运行参数、活性炭孔径和用量。

4.1 再循环风量对二恶英排放的影响

再循环风量取5000、7000、10000Nm3/h 三种工况，其余参数保持不变，相关运行参数见表1，每个检测样开始、中间、结束时对相关参数进行抄表，每个工况做三个样品，取平均值。

表1 实验工况运行参数一览表

备注：测试点为省煤器出口、布袋除尘器后、烟囱出口，检测样品中气、固、液三相中二恶英浓度分别测试。

结果表明，当再循环烟气量分别为5000、7000 和10000Nm3/h 时，余热锅炉出口二恶英源强分别为0.0257、0.0381、0.044mg/Nm3，可看出余热锅炉出口烟气中二恶英浓度与再循环烟气量正相关。

如图3，布袋除尘器后气相、液相、固相二恶英平均浓度分别是源强浓度的184%、75%、16%。初步分析为经过减温塔减温后，气溶胶形态的二恶英大幅度增长，而布袋对于气相二恶英去除效率较差，对液相二恶英去除效率一般，对固相二恶英的去除效率较高。

图3 布袋后二恶英浓度与源强之比统计

4.2 省煤器出口氧量、一次风与（二次风+再循环风量）比例对二恶英排放的影响

将本阶段试验的省煤器出口氧量固定在6～6.5%，与第一阶段工况做比对，分析省煤器出口氧量对二恶英浓度的影响。一次风与“二次风+再循环风量”比例见表2，其余参数保持不变。

表2 一次风与“二次风+再循环风量”比例配置表

从试验数据可看出，在常规运行工况下—— 一次风与（二次风+再循环风量）比例在9-10：1，省煤器出口氧量无论在5～5.5%或6～6.5%，余热锅炉出口二恶英源强浓度相差不大；从表3 可看出，省煤器出口氧含量在6～6.5%，烟囱出口二恶英浓度随着风量配比升高而有所增加。

表3 风量配比的影响

4.3 不同垃圾来源对二恶英排放的影响

天马垃圾焚烧厂的垃圾来源包括：普通生活垃圾、建筑垃圾分选可燃物和干化后污泥。其中，普通生活垃圾和建筑垃圾分选可燃物是每天进厂常规垃圾（生活垃圾：分拣可燃物=3：1），干化后污泥掺烧量控制在5～6.5%以内。变动参数如下表。

表4 一次风与“二次风+再循环风量”比例配置表

以国家标准0.1ngTEQ/m3为基数，纯生活垃圾、常规垃圾、常规垃圾+5%污泥工况下省煤器后二恶英浓度为国家标准的205.7%、221.7%、154%，由此可看出，常规垃圾二恶英比例最高，掺烧污泥对二恶英的产生有一定的抑制作用。

4.4 湿法洗涤塔运行工况、布袋差压对二恶英排放的影响

表5 湿法洗涤塔运行工况、布袋差压配置表

从表6 可看出，洗涤塔出口烟气温度降低和洗涤塔电导的降低，二恶英去除效率有轻微的提高。由工况15 的数据可知，布袋吹灰对二恶英的浓度基本没有影响。

表6 尾排二恶英去除效率统计表

4.5 布袋差压、省煤器后CO 浓度对二恶英排放的影响

表7 布袋差压、省煤器后CO 浓度配置表

工况16 与17 数据对比，当省煤器后CO 浓度高到100mg/Nm3时，省煤器后二恶英浓度没有明显升高。工况16 与18 对比可看出，布袋吹灰对二恶英的浓度没有较大的影响。当省煤器后CO 浓度由降低到10mg/Nm3时（工况18 和19），省煤器后二恶英浓度也随之降低。

4.6 活性炭孔径与用量对二恶英排放的影响

表8 活性炭孔径与用量配置表

如表8，先对活性炭中孔比例进行分析，筛选出最优孔径比例的活性炭后，再进行活性炭投加量的研究。对气、液、固二恶英综合去除效率分析，工况20 为98.46%，工况21 为97.08%，工况22 为98.45%，结果显示，活性炭孔径比例的分布对二恶英的去除效率基本没有影响。可能因为二恶英浓度已经是痕量，对于活性炭吸附来说体现不出来差别。对投加量的试验采用中孔比例最小的活性炭进行试验。从结果来看，同样由于二恶英浓度已经很低，用最低量的活性炭已经对其吸附达到了饱和状态，再增加活性炭的用量，对吸附效率也没有提升。

5 结论

垃圾焚烧各参数对二恶英浓度的影响可以看出，再循环烟气量、一次风与（二次风+再循环风量）比例、省煤器后CO 浓度与余热锅炉出口烟气中二恶英浓度正相关。再循环风量较高时，掺烧5%的污泥会导致二恶英源强增加27%；反之，掺烧污泥对二恶英的产生有一定的抑制作用。省煤器出口氧量对二恶英源强影响不大。洗涤塔出口烟气温度和洗涤塔电导的降低，对二恶英去除效率有一定的提高。因此，在生产运行中，可结合实际工况，通过适当降低再循环烟气量、一次风与（二次风+再循环风量）比例、省煤器后CO 浓度、洗涤塔出口烟气温度和电导来降低二恶英的排放浓度。