垃圾焚烧烟气排放测量系统

1 垃圾焚烧烟气的特点 (1)烟气温度高且波动大。空气预热器后的排烟温度为140℃～240℃。 (2)烟气中水蒸汽含量高。由于城市垃圾富含水分，燃烧烟气中的水蒸汽含量可高达20％以上。 (3)烟气中颗粒物浓度高。垃圾一煤混合燃烧的流化床焚烧炉，通过空气预热器之后的烟气含尘浓度可达30～509／m3。 (4)烟气富含酸性气体：烟气中包括HCl、SO。、 HF、NO。，燃烧不完全时还有CO。酸性气体含量高，会提高烟气酸露点温度，也就增加了对袋式除尘器的使用要求。 (5)烟气中含有毒性有机物。垃圾焚烧烟气中含有微量多氯联苯(PCB)、多环碳氢化合物(PAN)、氯苯(CB) 和氯酚(CP)。这些有机物12太气态形式存在，并在适当条件下会转变成毒性更强的多氯二口恶英(PCDD／PCDF)。 此外，垃圾焚烧炉窑器中还含有重金属和痕量金属铅、锌、汞、钴、铬等，其中铅和汞的浓度较大，达mg／Nm3数量级。垃圾焚烧烟气中主要污染物的种类和数量见表1。 1．2垃圾焚烧烟气的治理 各种污染物的净化原理和所采用的技术措施并不相同，需要通过分析比较，采用经济、合理、安全、可靠、操作方便的净化方式，但不论采用湿式、半干式或干式烟气净化流程，对烟气中的颗粒物都必须进行分离，最可靠的分离装置就是袋式除尘器。 1．3袋式除尘器主要的技术要求 必须有优异的化学稳定性，耐酸(碱)腐蚀，抗氧化；耐高温(低温)性能好；力学性能好；使用寿命较长，结构可靠。对于袋式除尘器的核心二一滤袋尤其有特别严格的要求。 P84耐高温针刺过滤毡具有以下三个显著特点： 1．显著的耐温性 [colo

1.垃圾接收生活垃圾从服务区经收集后由密闭式垃圾运输车送至垃圾焚烧发电厂，经称重后由运输车运送至主厂房卸料大厅，通过卸料平台卸入垃圾储坑内。2.垃圾储存及投料为提高进炉物料的燃烧稳定性，垃圾储坑内的物料一般会放置5～7天，通过垃圾吊车进行翻松使垃圾成分较为均匀，同时经过发酵作用滤出部分垃圾渗滤液以提高进炉物料的热值。储坑内的垃圾物料最终经垃圾抓斗和起重机投放到炉膛上方的垃圾料斗。3.渗滤液收集及处理垃圾储坑底部外侧设有渗滤液收集池及输送泵，滤出的垃圾渗滤液进入渗滤液收集池临时存储，一部分回用于垃圾仓喷洒抑尘，其余经预处理后排入市政污水管网，输送到城市污水处理厂集中处理(没有市政污水厂的，应在垃圾焚烧厂进一步处理，达标排放)。4.垃圾焚烧垃圾料斗内的物料由炉膛推料装置送到焚烧炉中，垃圾物料在炉内依次通过炉排的干燥段、燃烧段和燃烬段，使垃圾得到充分的燃烧；为充分分解垃圾焚烧过程中产生的二恶英，炉膛设计焚烧烟气在850℃以上的温度区域停留时间大于2秒；为降低焚烧烟气中NOx的排放浓度，炉膛上方设有SNCR系统，将氨还原剂喷入炉膛内与NOx发生反应，达到去除NOx的目的；炉膛内垃圾燃烧所需的空气分为一次风和二次风补给，一次风由一次风机直接从垃圾储坑内抽取，以便保持垃圾储坑和卸料大厅的负压状态，一次风经预热后从炉膛底部通入焚烧炉内助燃，同时将一次风中携带的恶臭气体燃烧分解，二次风从炉膛上部通入助燃。5.余热利用垃圾焚烧产生的高温烟气从炉膛出来后进入余热锅炉，在此发生热交换，余热锅炉吸收热量产生过热蒸汽，输送至汽轮机做功发电。6.烟气处理在垃圾燃烧炉内喷射还原剂氨水，控制炉内烟气NOX产生浓度；从余热锅炉排出的烟气从半干式脱酸反应塔顶部切向进入，而碱性吸收剂则从旋转雾化器内以雾滴的形式高速喷出，使烟气中的酸性气体(如HCL、SO2等)绝大部分被碱液吸收去除，烟气的余热则使浆液的水分蒸发，反应生成物以干态固体的形式排出；从反应塔出来的烟气进入后续烟道，该烟道中设有活性炭喷射系统，喷入活性炭则可将烟气中的二恶英、重金属吸附起来 此后烟气进入布袋除尘器后，经滤袋将前端的反应物及烟气中的烟尘颗粒拦截下来；从布袋除尘器出来的烟气进入洗涤塔，通过氢氧化钠溶液喷淋进一步脱除烟气中的HCL及SOX等酸性气体；从洗涤塔出来的烟气经加热后进入SCR反应器，进一步去除烟气中的NOX浓度；从SCR反应器出来的烟气经引风机引至烟囱高空排放。在引风机后段烟管设有烟气在线监控仪器，实时监控烟气排放浓度是否满足设计排放限值要求，在线监控设备系统与项目环保主管部门联网，由环保主管部门实施实时监控。7.炉渣处理炉膛燃烬段下方设有除渣机，生活垃圾经充分燃烧后残余的少量不可燃残渣经除渣机送至渣池，由运渣车运送至主管部门指定场所进行综合利用。8.飞灰处理半干式脱酸反应塔排出的反应生成物以及布袋除尘器滤袋表面截留的颗粒物通过除灰系统收集至飞灰储仓，然后在飞灰稳定化车间进行稳定化处理，符合《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)要求后送配套应急填埋场进行填埋处置。

4 垃圾焚烧厂二恶英的产生和排放4. 1 二恶英的产生 生活垃圾在焚烧过程中，二恶英的生成机理相当复杂，至今为止国内外的研究成果还不足以完全说明问题，已知的生成途径可能有： (1) 生活垃圾中本身含有一定微量的二恶英，由于二恶英具有热稳定性，虽然大部分二恶英会在高温燃烧时得以分解，但仍会有一小部分的二恶英在燃烧以后排放出来。 (2) 在燃烧过程中由含氯前体物生成二恶英，前体物包括聚氯乙烯、氯代苯、五氯苯酚等，在燃烧中前体物分子通过重排、自由基缩合、脱氯或其它分子反应等过程会生成二恶英，这部分二恶英在高温燃烧条件下大部分也会被分解； (3) 当因燃烧不充分而在烟气中产生过多的未燃烬物质，并遇适量的触媒物质(主要为重金属，特别是铜等) 及300～500 ℃的温度环境，则在高温燃烧中已经分解的二恶英有可能会重新生成。4. 2 二恶英的控制 国内外的研究和实践均表明，减少生活垃圾焚烧厂烟气中二恶英浓度的主要方法是采取有效措施控制二恶英的生成。这些控制措施主要包括： (1) 选用合适的炉膛和炉排结构。使垃圾在焚烧炉得以充分燃烧，烟气中CO的浓度是衡量垃圾是否充分燃烧的重要指标之一，CO的浓度越低说明燃烧越充分，烟气中比较理想的CO浓度指标是低于60mg/ m3； (2) 控制炉膛及二次燃烧室内，或在进入余热锅炉前烟道内的烟气温度不低于850℃，烟气在炉膛及二次燃烧室内的停留时间不小于2s，余热锅炉出口O2浓度控制在6%-10%之间，并合理控制助燃空气的风量、温度和注入位置； (3) 缩短烟气在处理和排放过程中处于300～500℃温度域的时间，控制余热锅炉的排烟温度不超过250℃左右； (4)在减温塔出口处喷射吸附能力极强的活性炭，吸附烟气中的二恶英。 (5) 选用高效袋式除尘器，提高除尘器效率，进一步去除二恶英； (6) 根据需要适当投加碱性物质、含硫含氮化合物等抑制剂。 (7) 在生活垃圾焚烧厂中设置先进、完善和可靠的全套自动控制系统，使焚烧和净化工艺得以良好执行； (8) 通过分类收集或预分拣控制生活垃圾中氯和重金属含量高的物质进入垃圾焚烧厂； (9) 由于二恶英可以在飞灰上被吸附或生成，所以对飞灰应按照相关标准要求进行稳定化和无害化处理。4.3 二恶英的排放 德国2003年的一份研究报告表明，生活垃圾中本身含有约为50 ng/ kg的二恶英，由于二恶英具有热稳定性，约有32.37 ng / kg （占64.7%）的二恶英在高温燃烧时得以分解，但仍会有35.3%左右（约为17.63 ng / kg）的二恶英在燃烧以后排放出来。这排放出来的17.63 ng / kg的二恶英，在烟气中的含量约为0.48 ng / kg，占原始值的0.96%；在炉渣中约占1.75 ng / kg，占原始值的3.5%；在飞灰中约占15.40 ng / kg，占原始值的30.8%（资料来源：TWGComments (2003).” TWGComments on Draft 1of Waste Incineration BREF）。 日本酒井伸一等也进行了类似的研究，研究结论是生活垃圾本身的二恶英含量为1.4-50.2ng/kg，如果按照烟气中二恶英的排放允许浓度0.1ng-TEQ/Nm3来设计生活垃圾焚烧厂，那么生活垃圾在焚烧后排放的二恶英仅为2.9 ng/kg，也就是说绝大部分的二恶英在焚烧过程中得以分解（日本第8次废弃物学会研究发表会讲演论文集）。 根据美国环保署（EPA）2004年统计资料，美国生活垃圾焚烧厂的二恶英排放量从1987年的1000g下降到2002年的12g，15年间下降了83倍。而2002年美国庭院垃圾露天焚烧产生的二恶英排放量则高达600g，是生活垃圾焚烧厂排放量的50倍。 据日本环境省专家是泽裕二在2008年的一份研究报告，1997年日本二恶英的年排放量约为8000g，其中生活垃圾焚烧产生了约5000g，占62.5%；经过努力，2004年日本二恶英的年排放量下降为350g，其中生活垃圾焚烧产生量仅为64g，占18.3%，7年间二恶英排放总量下降了23倍，生活垃圾焚烧二恶英排放量下降了78倍。 奥地利环保部门2000年的一份统计资料表明，生活垃圾焚烧厂的二恶英排放浓度仅为燃煤炉的1/84，吸烟的1/14，汽车尾气的1/10，木材燃烧的1/6，石油燃烧的1/4，也低于煤气、天然气等气体燃料燃烧时排放的二恶英浓度。 英国环保部门2000年的一份研究资料表明，1990年英国二恶英排放总量为1142g，其中生活垃圾焚烧的产生量约占52%，到1999年英国二恶英排放总量减少为345g，而其中生活垃圾焚烧的产生量只占1%左右，9年间的降幅达到172倍，仅为火电厂的1/5，钢铁业的1/16，有色金属的1/7，工业燃烧的1/14，民用燃烧的1/3，其它燃烧的1/10，火灾事故的1/20。 2005 年9月，德国环境部(BMU)在一份报告中指出，“尽管1985年以来，生活垃圾焚烧规模增加1倍，但由于执行了严格的排放标准, 生活垃圾焚烧已不再是大气中二恶英、重金属和烟尘等污染物的显著排放源。在德国所有的66个生活垃圾焚烧厂中，由于按照法规要求配置了袋式除尘器，二恶英年排放量由400g下降到不足0.5g，下降幅度接近1000倍。”比较其他工业排放，该报告中指出，“生活垃圾焚烧污染物排放下降最显著，在1990年德国生活垃圾焚烧二恶英年排放量约占全部的三分之一，而到2000年，这一比例下降到不足百分之一”。 我国已投产的生活垃圾焚烧厂均委托国家核准的专业监测单位对二恶英的排放进行了检测，从监测结果看，采用引进设备或引进技术的生活垃圾焚烧厂全部能达到0.1ng-TEQ/Nm3的国际标准（我国的现行标准是1.0ng-TEQ/Nm3）。下面是几个实例：上海江桥焚烧厂0.038ng-TEQ/Nm3，上海御桥焚烧厂0.018ng-TEQ/Nm3，天津双港焚烧厂0.038ng-TEQ/Nm3，广州李坑焚烧厂0.056ng-TEQ/Nm3，深圳南山焚烧厂0.031ng-TEQ/Nm3，中山中心组团焚烧厂0.049ng-TEQ/Nm3。5 二恶英排放与人体健康5.1 评价标准二恶英的环境影响评价采用环保部推荐的标准，也是目前世界上最严格的评价标准。（1）日本环境质量标准（2002年7月环境省告示第46号）：大气中年平均浓度值不超过0.6 pgTEQ/m3。（2）世界卫生组织（WHO）标准：通过呼吸对人体健康产生影响的限值：0.4pgTEQ/kg体重（为人体每日最大允许摄入量4 pgTEQ/kg体重的10%）。5.2 预测分析5.2.1 上海江桥生活垃圾焚烧厂技改及扩能工程 该工程在正常排放时，二恶英的一次浓度最大值为0.035~0.130pgTEQ/m3，年平均值在阳光威尼斯为0.001~0.0025 pg TEQ/m3、在真建新村为0.001~0.002 pg TEQ/m3，远优于环境质量推荐标准（均低于标准限值0.6 pgTEQ/m3的1%）. 该工程在非正常排放时（即一台烟气处理设备因故障不起作用、且持续一小时），以一个成年人处在二恶英最大落地浓度处24小时计，其通过呼吸摄入体内的最大量在0.010~0.037 pgTEQ/kg体重，相当于推荐标准值的2.5%~9.2%。可见在正常排放和非正常排放情况下，该工程排放的二恶英对周边敏感人群的健康都是安全的。5.2.2 日本某生活垃圾焚烧厂 该生活垃圾焚烧厂的处理能力为1200吨/日，烟气中二恶英的排放浓度限值为0.1ng-TEQ/Nm3，日本专家按烟气扩散模式计算的结果是：二恶英的最大落地浓度位于距烟囱800米处，最大落地浓度小于0.02 pgTEQ/m3，仅为环境标准0.6 pgTEQ/m3的1/30。对周边敏感人群的健康不会造成任何影响。5.3 国外调查 据瑞典和德国发布的职业安全调查报告，生活垃圾焚烧厂职工与其他人群中相比，血液中的二恶英含量没有明显差异。 日本厚生劳动省每年公布二恶英类物质对健康影响的调查结果（详见厚生劳动省政府网站http://www.mhlw.go.jp/topics/index.html#roudou）。对在生活垃圾焚烧厂就职工作人员抽样进行常年跟踪调查，将职工血液中的二恶英浓度与大阪市和埼玉县一般市民的抽样调查结果进行比较。结果表明，生活垃圾焚烧厂工作人员和一般市民血液里的二恶英浓度无显著差异。（本文作者：上海市环境工程设计科学研究院院长，张益）