摘要：为了避免城市生活垃圾焚烧对环境产生二次污染，必须对垃圾焚烧烟气进行净化处理才能排放。分别阐述了烟气净化中除酸、尘、NOx、重金属和二恶英各种技术组合的优缺点。
关键词：垃圾；焚烧；烟气净化；
引言：垃圾焚烧发电厂中烟气净化系统的建设是一次性投资和持续性运行投入均较高的环保项目，约占整个垃圾发电厂工程造价的1/3。因此，如何结合资源条件，科学合理地选择切合实际的烟气净化技术十分重要。只有选择合适的烟气净化技术，才能用最小的投资达到《生活垃圾焚烧污染控制标准》GB18485-2001中规定的要求，同时全面达到欧盟EU2000/76/EEC的排放标准。达到保护环境的目的，从而提高电厂的经济效益和社会效益。
烟气净化技术是按垃圾焚烧过程产生的废气中污染物组分、浓度及需要执行的排放标准来确定的。通常情况下，烟气净化工艺主要针对酸性气体(HCL、HF、SOx)、颗粒物、重金属及有机毒物(二噁英与呋喃)等进行控制，其中酸性气体脱除和颗粒物捕集是工艺设计的关键。
垃圾焚烧中产生的酸性气体有HCL、HF、SOx等，脱除酸性气体的方法概括起来可分湿法、半干法、干法三种。它们对HCL的去除效率分别为98%、95%、80%，对SOx的去除效率分别为95%、80%～90%、75%，对吸收剂消耗过量系数为1、1.1~1.2、1.2~1.5。显然，湿式洗涤法对酸性气体的去除效果较好。但由于湿式洗涤法存在污水处理问题，其系统的投资费用约为半干法系统的1.8倍，同时其操作和维修费用也相应增加。干式脱酸法设备投资与半干法接近，但对酸性气体的去除效果较差。 半干法最大的特点是充分利用烟气中的余热，使吸收剂中的水分蒸发，净化反应产物以干态固体的形式排出，避免了湿法净化技术的缺点。其净化过程是将烟气从较高温度降到设定温度，并喷入碱性吸收剂，使之与烟气中的酸性气体反应，且同时得到干燥的盐类产物，再用除尘器加以回收。将碱性吸收剂与烟气中的酸性气体进行充分的传质传热，不但提高了效率，同时也可将反应生成物得到干燥，最终得到易处理的干粉状生成物。
烟气净化工艺按照是否有废水排放分为干法、半干法和湿法三种，每种工艺有其组合形式，也各有优缺点。针对某生活垃圾焚烧发电厂2台500吨烟气脱酸工艺方案的选择，提供三种组合方案提供选择。
一：干法工艺+湿法工艺+低温SCR脱硝工艺
1.1组合工艺系统的组成
采用“减温塔+干粉喷射（活性炭+熟石灰）+袋式除尘器+引风机+GGH+湿法洗涤+SGH+SCR”的组合脱酸工艺路线（不含SNCR系统，飞灰稳定系统，废水处理系统等设施）。此工艺主要由减温塔系统、熟石灰喷射系统、活性炭喷射系统、袋式除尘器系统、引风机及烟道系统、湿式洗涤塔、烟气换热系统、碱液制备系统、低温SCR脱硝系统，其它辅助系统组成。
干法脱酸可以有两种方式：一种是干式反应塔,干性药剂和酸性气体在反应塔内进行反应,然后一部分未反应的药剂随气体进入除尘器内与酸进行反应。另一种是在进入除尘器前喷入干性药剂,药剂在除尘器内和酸性气体反应。除酸的药剂大多采用消石灰（Ca（OH）2）,让（Ca（OH）2）微粒表面直接和酸气接触,产生化学中和反应,生成无害的中性盐颗粒,在除尘器里,反应产物连同烟气中粉尘和未参加反应的吸收剂一起被捕集下来,达到净化酸性气体的目的。消石灰吸附HCl等酸性气体并起中和反应,要有一个合适温度,约140℃,而从余热锅炉出来的烟气温度往往高于这个温度,为增加反应塔的脱酸效率,需通过换热器或喷水调整烟气温度,一般采用喷水法来实现降温。
此种工艺的特点是:（1）工艺简单,不需配置复杂的石灰浆制备和分配系统,设备故障率低,维护简便； （2）药剂使用量大,运行费用略高；（3）除酸（HCL）效率相对湿式和半干式低些。
湿法脱酸采用洗涤塔形式,烟气进入洗涤塔后经过与碱性溶液充分接触得到满意的脱酸效果。洗涤塔设置在除尘器的下游,以防止粒状污染物阻塞喷嘴而影响其正常操作。同时湿式洗涤塔不能设在袋式除尘器上,因为高湿度之饱和烟气将造成粒状物堵塞滤布,气体无法通过滤布。湿式洗涤塔产生的废水经浓缩后,污泥进入除尘器前设置的干燥塔内进行干燥以干态形式排出。湿式洗涤塔所使用的碱液通常为NaOH,较少使用石灰浆液Ca(OH)2以避免结垢。
此种方式的特点是:（1）流程复杂,配套设备较多；（2）净化效率较高,在日本工程应用多年的实践均可验证其对HCl脱除效率可超过98%,对SO2亦可超过95%；（3）产生含高浓度无机氯盐及重金属的废水,需经处理后才能排放；（4）处理后的废气因温度降低至露点以下,需再加热,以防止烟囱出口形成白烟现象,造成不良景观；（5）设备投资高,运行费用也较高。
1.2组合工艺的工业应用情况
该组合工艺在日本较为普遍，日本大阪8座焚烧厂，东京23座焚烧厂，绝大部分几乎都采用了这一工艺。该技术原型为欧洲奥地利能源在斯比特劳焚烧厂与1986年率先使用，后为日本借鉴并广泛使用，与欧洲这家公司相近的项目为日本大阪舞洲清扫工场。由日本日立公司承接，日本公司的技术转让方为vonroll公司，vonroll公司为奥地利能源的子公司。
该工艺在国内的应用情况为，某环境集团的老港，松江，奉贤等项目，上海浦发集团的上海黎明项目。这些项目均未上SCR，但松江和奉贤项目预留了SCR场地。上述4个湿法项目中，老港和黎明（浦东老港）采用了日立合作的下属公司的工艺设计，奉贤和松江项目采用了荏原合作的下属公司的工艺设计。前述4个项目均由日本公司承担性能担保，提供湿法洗涤塔的施工设计等全部设计，国内机械加工企业代工，日本企业监造的方式。目前老港项目已经投运，但实际运行排放指标与日本企业相比，有一定差距，导致实际运行效果没达到湿法的实际效果。
1.3组合工艺的工业应用效果
由于湿法洗涤工艺，在各类行业经过多年的实践，其主要问题在于投资、运行及维护费用高，二次污染处理成本高，低温烟气对下游设备的腐蚀严重等问题。其主要优势在于，脱除酸性物质有较好的能力，对粉尘也有进一步脱除的能力，但对微细粉尘脱除效率较低。综合来说，“干法工艺+湿法工艺+低温SCR脱硝工艺”是一种效果好，成本高，性价比较高的工艺选择。
1.4组合工艺简述
余热锅炉省煤器出口出来的温度约190-220℃的烟气，从进入减温塔顶部侧面入口烟道进入减温塔，工业用水由喷射泵送到减温塔顶部的气-液双流体型喷嘴后呈雾状喷入减温塔，与烟气均匀接触汽化吸收烟气的热量，从而将烟气的温度降低至175℃左右，从减温塔下部出口烟道排出进入袋式除尘器内进行除尘，减温塔收集的飞灰通过旋转刮板和旋转排灰阀排至减温塔下面的飞灰输送机送出。熟石灰喷射系统向减温塔和袋式除尘器之间的烟道里喷入粉末状的熟石灰，使烟气中的酸性气体如：氯化氢、硫氧化物等有害气体和初次与熟石灰反应后被吸收去除大部分，降低湿式洗涤塔的处理负荷。活性炭喷射系统向减温塔和袋式除尘器之间的烟道里喷入粉末状的活性炭，用于除去烟气里的重金属和二噁英等有害物质。在袋式除尘器里，未反应的熟石灰和烟气中的酸性有害气体进行反应，进一步提高了去除效率。袋式除尘器内的烟气温度始终保持高温(150℃以上)，所以不会产生因凝结水而引起腐蚀的问题。
烟气中的粉尘经过布袋过滤和在线空气吹扫，掉落到袋式除尘器底部的粉尘仓，由旋转排灰阀送至其下面的飞灰输送机送出。在系统启动过程中为防止袋式除尘器低温腐蚀，设置热风循环系统对布袋除尘器进行预热。
经过除尘后的约170℃烟气经过引风机增压后通过GGH烟气换热器管程与壳程内流动的低温净烟气进行热交换，将烟气降至约108℃通过湿式洗涤塔下部烟气入口进入湿式洗涤塔，烟气从洗涤塔下部向上依次通过洗涤塔下部的冷却部和上部的吸收减湿部。冷却液循环泵将塔底冷却液送至冷却部上方的喷嘴，向下喷入与逆流的烟气充分接触，将烟气温度从108℃逐渐降低其饱和温度60～70℃。经冷却部的冷却和吸收后的烟气进入洗涤塔上部的吸收减湿部，从减湿水槽来的减湿水由减湿水循环泵，经热交换器降温后，输送至吸收减湿部上方喷嘴向下喷入,均匀地经过填料床与烟气充分接触，然后再回到减湿水槽形成循环。在吸收减湿部，烟气温度进一步降低，烟气中含水量也随之降低。这样，既防止了烟囱出现冒白烟的状况，又由于低温有利于碱液对酸性气体的吸收，烟气中的酸性气体含量将进一步降低。
30%的烧碱原料通过槽车运来注入烧碱储罐中，经烧碱稀释泵注入烧碱稀释槽中，加水稀释成为20%的烧碱溶液。20%的烧碱溶液通过烧碱输送泵输送至冷却液循环泵入口管道及减湿液循环循环泵入口管道中，将冷却液和减湿液的PH值维持在6左右。烟气中经过前面干法净化后剩余的部分酸性气体HCl、SO2等与烧碱溶液进行充分的反应，生成NaCl、NaF、Na2SO3、Na2SO4等盐类，同时通过洗涤塔洗涤使烟气中的灰尘含量进一步降低，烟气得到彻底净化。净化后约62℃的烟气经塔顶除雾器去除水雾后通过GGH烟气换热器壳程与管程内的高温原烟气进行热交换，使温度升高至约125℃由烟囱排入大气中。
经过GGH烟气换热器换热后的烟气(125~130℃)进入蒸汽烟气加热器(SGH)被低压蒸汽加热到170℃后，再进入SCR反应塔。烟气中的NOX在低温催化剂的作用下与氨气反应，净化后的烟气经烟囱，然后排入大气。
二：半干法工艺(旋转喷雾脱酸塔)+干法工艺+低温SCR脱硝工艺
2.1组合工艺的组成
采用“半干法(旋转喷雾脱酸塔)+干法（活性炭+熟石灰）+袋式除尘器+引风机+SGH+SCR”的组合脱酸工艺路线（不含SNCR系统，飞灰稳定系统，废水处理系统等设施）。此工艺主要由旋转喷雾脱酸塔系统、熟石灰喷射系统、活性炭喷射系统、袋式除尘器系统、引风机及烟道系统、湿式洗涤塔、烟气换热系统、碱液制备系统、低温SCR脱硝系统，其它辅助系统组成。
半干法脱酸的吸收剂一般采用氧化钙（CaO）或氢氧化钙（Ca（OH）2）为原料,制备成（Ca（OH）2）溶液,在烟气净化工艺流程中通常置于除尘设备之前,因为注入石灰浆后在反应塔中形成大量的颗粒物,必须由除尘器收集去除。由喷嘴或旋转喷雾器将Ca(OH)2溶液喷入反应器中,形成粒径极小的液滴。由于水分的挥发从而降低废气的温度并提高其湿度,使酸气与石灰浆反应成为盐类,掉落至底部。烟气和石灰浆采用顺流或逆流设计,无论反应器采用何种流动方式,其主要目的均为维持烟气与石灰浆微粒充分反应的接触时间,以获得高的除酸效率。半干式反应塔内未反应完全的石灰,可随烟气进入除尘器,若除尘设备采用袋式除尘器,部分未反应物将附着于滤袋上与通过滤袋的酸气再次反应,使脱酸效率进一步提高,相应提高了石灰浆的利用率。
此种方式的特点是: （1）半干式反应塔脱酸效率较高对HCl的去除率可超95%,此外,对一般有机污染物及重金属也具有良好的去除效率,搭配袋式除尘器,则重金属去除效率可超过99%；（2）不产生废水排放；（3）流程简单,投资和运行费用相对较低；（4）石灰浆制备系统较简单。
2.2组合工艺的工业应用情况
该组合脱酸工艺在韩国较为普遍，首尔4座焚烧厂，公司领导走访了2座，江南和麻蒲资。均采用了这一工艺。日本富山县，意大利，奥地利阿诺西单等新建项目，均未采用湿法洗涤。但这并不代表湿法洗涤工艺会遭到淘汰，而仅仅是处于投资性价比的综合考虑。
该工艺在国内的应用情况为，北京首钢鲁家山、海淀、朝阳等3个项目，南京江南，江北等2个项目。北京3个项目采用了240度段左右的催化剂，目的是为了避开硫酸氢氨等不利影响，但运行能耗较高。而江南江北均采用了170段的壳牌粒子状催化剂。
2.3组合工艺的工业运行效果
由于该工艺主要依赖旋转喷雾和干粉喷射作为脱酸的主要手段，从韩国的2个运行工厂来看，HCL与SOX的含量均较低，尤其是SOX在部分时段看到的数值为0，NOX的排放指标在50mg左右。而从李坑二期采用尼鲁雾化器的运行排放指标来看，其HCL与SOX的排放值也非常低，SOX的数值为0，其排放情况与老港接近，但粉尘排放略微比具有湿法洗涤塔的工艺要略高，但这可以通过增大除尘器过滤面积，提高除尘器制造工艺来实现。而NOx采用SCR工艺，完全可以控制在100mg以下。
2.4组合工艺简述
垃圾焚烧炉余热锅炉出口烟气（温度约220℃-240℃），进入半干法（旋转喷雾反应塔）顶部。
顶部通道设有导流板，可使烟气呈螺旋状向下运动。旋转雾化器位于喷雾反应器上部，从石灰浆配制系统来的石灰浆进入旋转雾化器，由于雾化器的高速转动, 石灰浆被雾化成微小液滴，该液滴与呈螺旋状向下运动的烟气形成逆流，并被巨大的烟气流裹带着向下运动，在此过程中，石灰浆与烟气中的酸性气体HCl、HF、SO2等发生反应。在反应过程的第一阶段，气-液接触发生中和反应，石灰浆液滴中的水份得到蒸发，同时烟气得到冷却；第二阶段，气-固接触进一步中和并获得干燥的固态反应生成物CaCl2、CaF2、CaSO3及CaSO4等。该冷却过程还使二恶英、呋喃和重金属产生凝结。反应生成物落入反应器锥体，一部分反应生成物由锥体底部排出，灰经旋转排灰阀并通过反应塔下飞灰输送机排至飞灰输送系统之公用刮板输送机中，另一部分挟带着飞灰及各种粉尘的烟气进入袋式除尘器。为防止反应生产成物吸潮沉积，喷雾反应塔锥体设置电伴热装置，在系统冷态启动及灰斗温度偏低时加热保温。另外，反应塔锥体部分设置振打装置，且在出灰口装有出料破碎装置，可防止大灰块堵塞出口。
在烟气进入袋式除尘器以前，进一步直接向烟气中喷射活性炭粉末和氢氧化钙粉末。氢氧化钙粉末与酸性气体HCl、SOx等的反应效果好，能有效的去除半干法处理后烟气中剩余的酸性气体。活性炭粉末能够吸收烟气中Hg等重金属，以及烟气中二恶英、呋喃等污染物。
烟气夹带粉尘进入袋式除尘器，在袋式除尘器中烟气中的酸性气体继续和氢氧化钙反应，活性炭继续吸附烟气中的重金属和二恶英。各种颗粒（包含烟气中的烟尘，凝结的重金属、反应生成物、反应剂以及吸附后的活性炭）附着在除尘器滤袋表面，经压缩空气反吹排入除尘器灰斗。
除尘后的烟气(150~155℃)进入蒸汽烟气加热器(SGH)被低压蒸汽加热到170℃后，再进入SCR反应塔。烟气中的NOX在低温催化剂的作用下与氨气反应，净化后的烟气经引风机排入烟囱，然后排入大气。
三：半干法工艺(旋转喷雾脱酸塔)+循环流化床脱酸工艺+低温SCR脱硝工艺
该组合工艺与前两种相比，在干法段采用了物料循环和流化床塔的工艺，其脱酸效率更高，但会因此牺牲引风机电耗，增加系统阻力约1000pa，在此不作赘述。
四：结语
综合上述，建议无论采用何种烟气净化工艺，需要根据项目的投资水平和当地的财政水平进行选择，不同的国家由于采用的利益分配模式不同，导致其采用不同工艺种类的烟气净化工艺的积极性也不同。此外，日本虽然采用全套洗涤工艺，但其建设周期相当长，仅参观和考察的板桥工厂为例，其已经经历了3次重建，工艺也不断更新，由于其分类回收系统做的较好，所以第一次处理量为900t，第二次为1200t，目前是第三次重建，处理量仅为600t/日。因此，选择适当的经济型好的工艺路线才是最佳方案。由于我国源头分类做的不够好，垃圾处理量还处于上升阶段，因此对工艺的投资以及运行的经济性，并不适合采用投资和运行成本过高的工艺，建议采用经济性较好的工艺。当然，在部分经济较为发达的地区，可以不考虑性价比，但政府应当加大投入。
但应该说明的是，城市垃圾焚烧在我国的应用时间还很短，无论是理论实践各方面的工作都还处在一个比较粗浅的阶段。所以，还有大量的问题有待于发现、研究、解决，从而开发出更适合我国国情的烟气净化技术，为防止城市生活垃圾处理中的二次污染做出贡献。
参考文献
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