白良成：提升生活垃圾焚烧污染控制管理问题

　　编者按：8月9日，住建部环境卫生工程技术研究中心白良成在青岛举办的“山东省城市建设管理协会环卫分会暨第十一届山东城乡环境卫生设施设备与固体废弃物处理技术博览会”上做了名为“提升生活垃圾焚烧污染控制管理问题”的报告，主要讲解了生活垃圾焚烧过程中哪些技术细节的把控可以有效降低二噁英等有害物的排放，达到正常指标。如文章根据现场录音整理，未经个人审阅。

　　生活垃圾清洁焚烧目的是要减少垃圾体积和危害，避免或减少可能有害物质，利用焚烧能量的方法是基于环境问题的解决方案。生活垃圾清洁焚烧机制是要达到常态化安全、可靠、环保运行，提升基于国策的节能、减排、能效管理。

　　1 生活垃圾焚烧厂整治提升检查

　　严峻的任务—行业发展的驱动力：我国大陆地区生活垃圾清运量36年增长7.25倍。自1986-2016年，每10年增加约5000万吨。

　　我国生活垃圾焚烧行业近年得到快速发展，截至2017年2月已经建成运行与在试运行的生活垃圾焚烧厂295座。统计口径：根据我国的行政与行业管理范围，①处理规模大于200t/d采用层燃型和流化型主流技术的厂；②分期建设的厂按一个项目计；③不含港澳台地区的厂（本文以下内容均不含）；④不含水泥窑协同处理厂与生物质焚烧厂；⑤不含2017年内已经列入关停计划的厂。总焚烧垃圾规模29.81万吨/日（9677万吨/年，进厂11380万吨），其中采用层燃技术的22.01万吨/日，流化技术的7.80万吨/日。

　　为实现我国焚烧厂现阶段常态化安全、可靠、环保运营，并按国策为下阶段提升节能、减排和能效管理，2017年受部城建司委托，中环协组织对229座焚烧厂(不含2012、2014年等级评价达到无害化处理且地方无要求的厂)，以整治提升检查为总要求，对建设程序合规性，设施配置与状态适宜性，运行管理安全可靠性，依法依规进行污染物控制与文明生产，环保部33号文执行情况等重点内容进行量化分析和现场检查。对检查结果划分为4类：第一类(19%)：安全/可靠/环保运行状况良好，仍要提升精细化运管水平。第二类(45%)：需进一步规范运行，达到常态化安全/可靠/环保运行管理。第三类(31%)：相对存在较多需要整治的问题，需要提高工程管理水平。第四类(5%)：达不到环境约束焚烧水准，需要全面整治的厂。

　　现状特征1，我国生活垃圾焚烧行业在持续进步，管理在不断完善，要求在渐进提高。

　　现状特征2：设备老化/环保趋严/热值提高→处理量下降/可靠性指标调整/焚烧发电量提高。

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　　2 烟气污染物在线监测的初级减排控制建议

　　2.1超烧或负荷率过低是烟气污染物排放超标的要素之一。包括实际LHV超MCRLHV时，若仍按设计规模焚烧垃圾，就会发生超烧现象。CO超标可能影响因素：流化型焚烧炉有机理性因素；不完全燃烧；炉膛漏风、二次风运行不稳定等。

　　①规范运行管理。按月度焚烧垃圾负荷率（ALR）作为超烧判别指标，按渗沥液量折算进厂垃圾负荷率②可按下式作为判别垃圾热值适宜状态的指标：-0.3＜（焚烧垃圾热值/MCR热值-1）≤0.05③按国标7.4“启停、故障或事故排放污染物持续时间≤60h”为判断指标，进行运行约束。④明确非正常运行报告制度，做到通道畅通，防止误报漏报虚报瞒报现象。⑤保证实际运行状态与统计的方法的一致。应按“任何一小时平均值”统计，而不是以峰值统计。根据垃圾的不稳定特性与检测仪表的滞后性，要保证任何小时均值与日均值达标运行，在此基础上的瞬时超标属正常运行工况。

　　建议：参考欧盟标准的规定与欧盟委员会最佳适用技术的论述，100%达到规定的小时均值排放指标，97%达到日均值排放指标。

　　2.2关于炉膛温度动态分布与炉膛主控温度

　　垃圾焚烧锅炉是处在高温、结渣、腐蚀的恶劣工作环境中。保证安全性、可靠性，在此基础上通过初级减排控制保证环保性。故而炉膛温度控制包括安全可靠运行与初级减排两大并重任务，也是垃圾焚烧锅炉运行的基本原则。作为初级减排控制点的环保监控点不是炉膛所有温度，是炉膛主控温度区的监控温度。炉膛主控温度检测方法，热电偶侧墙测温直读；热电偶炉顶测温+修正计算；光学测温+修正计算。只限定侧墙直读法的做法是不够的。但针对炉膛侧墙检测点的情况，推荐下图所示炉膛主控温度实时状态的监控与监督的做法。

　　炉膛温度（图1）自下而上顺序分区：①炉膛下部燃烧区（中心区1200～1400℃）；②紊流区。二次风处温度降低，可能紧接温度上升等不稳定区紊流区；③高温烟气区。包括炉膛主控温度区；④炉膛出口区。炉膛出口温度需降低（如800℃），再通过水冷壁换热，控制进对流受热面前烟温在620℃安全要求。

　　炉膛温度横向不均匀性动态分布，纵向不均匀递减性的动态分布（图2）。①遵循流体力学原理，烟气流速与温度贴近炉墙低，中心区高且几何对称点的温度不是理想状态对称。②存在局部烟气回流及涡流从而烟气温度不稳定的区域，如烟气温度过高，极易导致局部结渣、腐蚀，影响垃圾焚烧锅炉安全运行。③在二次风喷入的紊流区的局部区域低于850℃，在该区域上部可能存在未燃尽CO的燃烧而导致局部温度高于下部温度情况，是正常现象。④在炉膛主控温度区域是垃圾焚烧锅炉控制二噁英的必须监控的区域，也是涵盖负荷工况的动态区域。在该区域最上层温度点是最大允许负荷即额定负荷115~120%的控制点，其下层温度点是80%额定负荷控制点。若作为100%额定负荷控制点，则要在该温度点下面再设一层温度点作为80%额定负荷控制点。⑤炉膛出口处的烟气温度不是控制二噁英的主控温度，如降低到850℃以下应是合理的。实际上此区域温度过高（如950℃），则会使对流受热面进口处的温度过高（如达到670℃）。而进入对流受热面的烟气测温度是保证垃圾焚烧锅炉安全运行所必须控制的温度，一般控制在620℃，最高应小于650℃。#p#副标题#e#

　　2.3影响环保达标的运行因素与对策

　　①最大限度控制垃圾不稳定特性与不完全燃烧。控制指标：炉渣热灼减率CO浓度。监控方法：直接观察火焰颜色判断燃烧温度，进行火线监督。②炉膛主控温度区会随着负荷降低下移。运行控制：垃圾焚烧锅炉的日均负荷率控制在0.8~1.1区间，且要避免超出0.7~1.2范围。③焚烧垃圾热值大于MCR点时，应控制负荷运行（GAT事例）环保措施：针对焚烧垃圾热值超MCR热值现象，加强对焚烧垃圾特性分析，合理确定焚烧垃圾量。避免过度焚烧导致炉温过高，主控温度区上移现象。④运行故障与排除状态分为可预见与不可预见现象，并影响烟气温度与污染物的波动。管理对策：提高ACC投入率。避免或减少故障率，提高初级减排水平。⑤检测设备在恶劣工作环境下的寿命很短，发生失真现象，发送、传输、接受过程故障会有发生。环保措施：要及时沟通，建立企业、省级环保监督与国家环保平台监督通道的畅通。

　　3 生活垃圾焚烧过程的二噁英类工程控制措施分析研究

　　3.1垃圾焚烧过程二噁英控制的工程研究

　　二噁英是在一些特定过程和活动中，非故意产生的副产物。二噁英以气、固相（吸附或附着在颗粒物中）存在于焚烧烟气中。在通常的运行温度范围，活性炭的吸附作用是非常强烈并且将在很大程度上取决于烟气与活性炭粉末的气/固相接触（外扩散），而吸附容量则主要取决于活性炭的内部孔隙结构（内扩散）。

　　（1）运行温度

　　当C、O、H和Cl处于200~650℃区间的燃烧过程会产生痕量的二噁英类。在锅炉或烟气净化设备中最易生成的温度范围200~450℃，最多的是在月300℃。在良好的3T燃烧即最佳可行焚烧技术的环境下会破坏/分解二噁英。在锅炉尾气温度范围150~220℃内，去除二噁英效率随温度的升高下降非常快。实际最低温度限为150℃左右，在更低运行温度下会发生CaCl2等吸湿盐的潮解。

　　（2）催化物质

　　已知铜、铁、锌、铝和锰会催化二噁英及呋喃的生成。含硫、含氮的化合物会抑制其生成但可能会引起其它副产物的生成。已发现的其它因素和条件也是很重要的。垃圾焚烧实验数据表明所生成二噁英类量不取决于单一参量。当氯含量增大（不论是有机的还是无机的）、或湿度增大、或负荷增加、或存在催化金属时，二噁英类浓度增大。

　　（3）飞灰量

　　烟气飞灰粒径≤10µm总表面积大，≥75％固相二噁英分布其中，致颗粒物排放值高，不利于二噁英排放控制。要达到排放0.1ngTEQ/Nm3，颗粒物日均排放浓度≤10mg/Nm3。

　　（4）烟道积灰的记忆效应

　　烟道积灰中留存二噁英前驱物，随时间缓慢释出，与催化物质反应生成二噁英，增加二噁英排放浓度效应。

　　（5）活性炭性质与喷入量

　　①活性炭吸附效果随其粒度减小而增大。②应该根据运行操作温度及活性炭喷入浓度选择合适停留时间。③注意喷入活性炭粉末的气流，均化距离，确保活性炭粉末均匀分布于烟气中活性炭比表面积的增加对于二噁英去除效率ηg的提高作用在较高的操作温度下更加显著。在0~65mg/Nm3范围内，ηg几乎随活性炭喷入浓度的增加成线性增加；到约150mg/Nm3，继续增加活性炭浓度，ηg的增加不再明显。

　　（6）烟气系统设备漏风会导致氧量增加

　　对实测O_2M量状态下的污染物浓度X_M换算成11%O₂的浓度X₁₁：X₁₁=10×X_Ｍ／21-Ｏ_２Ｍ。#p#副标题#e#

　　3.2生活垃圾焚烧过程二噁英控制与监测的负面影响因素

　　（1）在二噁英基础理论研究基础上，仍需深入研究提高二噁英控制的工程理论。如二噁英高温去除后低温再生成的机理；燃烧过程二噁英与CO量化关系研究等。

　　（2）二噁英类作为痕量级有害物质，检测过程复杂，检测误差相对较大。

　　（3）影响二噁英检测结果的因素复杂并具有随机性，如垃圾成分复杂性、随机性，燃烧状态；温度等级；烟气含水率、携带细微颗粒及气溶胶、催化物质致使二噁英生成不可控；除尘器漏风，滤袋质量；活性炭质量、注入状态、失效条件；取样是否清洁；二恶英痕量级别等。需要做好运行维护与监测取样的标准、程序、过程、设施等多方面的协调、配合工作。

　　（4）按检测误差分析理论，样品抽取是影响检测的基本因素。按HJ77.2-2008-7.2：环境条件（温度、水分、压力、流速、氧含量等）；采样内标物质回收率70~130%；采样嘴与气流方向≤10%；采样管抽出后用水冲洗采样管和连接管，保留冲洗液与冷凝水。检测前1个月无停炉，检测前20分钟未进行锅炉清灰。

　　3.3二噁英控制之运行状态核查与初步判断

　　检测前1个月无停炉，检测前20分钟未进行锅炉清灰，对历史记录两级减排的运行分析显示正常；现场运行状态正常：

　　（1）建设程序，安全规章制度，应急预案；炉膛主控温度区的设置；文明生产，社会责任；三体系认证；监管机构。

　　（2）主设备配置。采用污控标准与追溯性、运行控制程序与指标。装树联和气体监测仪的定检周期。

　　（3）初级减排控制。ACC，负荷率、焚烧设备利用小时等可靠性指标，汽水、烟风侧的压力控制、温度等级，运行管理与运行状态。

　　（4）二级减排控制。活性炭喷射方法，均化距离，除尘器入口均布装置；除尘器入口温度；氢氧化钙或碳酸氢钠与活性炭的质量，添加量，烟气在线监测，烟气净化系统投运。二噁英第三方监测和监督性监测。

　　3.4二噁英控制之监测取样的异常分析

　　（1）可能与测点位置，仪器校准有关。此问题由监测责任人掌控，不再细说。

　　（2）除尘器漏风。调取某厂监测期间除尘器阻力曲线，初步判断有漏风情况。除尘器灰斗中的灰是一次清空是造成漏风的原因之一；取样口在方形水平烟道上，其后有波纹管补偿器，存在管件不严密情况。

　　（3））监测与除尘器清灰的时间协调问题。根据监测要求，取样前20分钟不清灰；一个月无停炉。实际都是连续检测6h，从而与除尘器清灰周期等的运行状态不协调。检测4小时后的阻力到顶格运行状态，此时正是取第三个样品时间段。脉冲式布袋除尘器运行阻力在1000-1200Pa时的除尘效率比较高，耗电量比较经济。实际设计一般按不大于1500Pa控制。清灰周期一般在入口含尘浓度≤5g/m3时，喷吹周期25~30分钟。采用覆膜滤料有延长到118分钟。显然6小时不清灰会影响除尘效率。另对普通粉尘，表面覆膜的微孔孔径要求小于2μm，对处在拦截作用下限、扩散作用上限的0.2~0.4μm超细颗粒（气溶胶）本身就很难捕集即除尘效率较低。增大压差则降低除尘效率，可能会增加进除尘器净室的几率。#p#副标题#e#

　　3.5垃圾焚烧过程的二噁英控制措施

　　（1）控制垃圾焚烧过程二噁英达标排放的基本要求

　　二噁英减排控制是复杂的系统工程，检测值是各种影响因素与负面因素叠加的综合结果。以环保监测作为驱动力，提升精细化运行管理水平，从垃圾储存、焚烧过程的初级减排到各项污染物控制的二级减排全链条的控制，做到常态化安全、可靠、环保运行，节能、减排、能效管理，向清洁焚烧推进。

　　从炉温、氧量、CO等与二噁英生成相关条件进行控制。做到各项安全、环保管理制度规范，保持运行过程稳定，运行环保数据正常并可追溯。严格按照生产安排按计划落实检修。年度检修不应过度延迟，以保障设备性能。

　　监测期间取样周期与间隔应与除尘器清灰制度协调一致，使监测取样周期和清灰周期同步按2h控制，之后可进行脉冲清灰并在两个样品采集之间留有不少于30分钟清灰间隔。

　　按二噁英检测规范做好检测前的准备工作。监测期间注意观察除尘阻力以及温度、流量等异常时要及时与现场监测人沟通。

　　（2）控制垃圾焚烧过程二噁英达标排放的初级减排要求

　　必须控制垃圾焚烧处理量，避免过度超负荷运行，保障设备在设计点附近的良好运行性能。对层燃型垃圾焚烧技术，日焚烧垃圾量不超过处理规模的1.05倍（按每天每次运行2小时，每日2次超额定处理量10%计）并按渗沥液量控制进厂垃圾量。

　　加强对焚烧垃圾的分析，加强对垃圾池内垃圾的管理以改进垃圾均质性；依据3T+E原则进行进行焚烧过程控制。运行中应避免或减少偏烧现象，提高燃烧性能。

　　保证适宜的炉膛负压与烟气流速，确保炉膛主控温度在设计并优化的炉膛控制区域。保持垃圾稳定充分燃烧，控制炉渣热灼减率≤3%，省煤器烟侧出口CO≤40mg/Nm3，O2控制在6~10%，尽可能降低烟气含水率（如＜20%）。注意渗沥液回喷对烟气含水率的影响。

　　加强设备维护，尽可能减少焚烧线停运频次，建议做到年度计划检修+非计划检修不超过5次。保持每条焚烧线年运行时间不低于8000h且不宜超过8400h。

　　（3）控制垃圾焚烧过程二噁英达标排放的二级减排控制要求

　　加强对管道管件之间、管道管件与设备之间、设备各部套之间密封的管理，避免或减少烟气净化系统漏风率。

　　保证除尘系统管件与管件、管件与设备、滤袋与花板、除尘器各部套之间全方位密封处于良好运行状态。

　　减少含尘烟气在200~450℃的停留时间；宜控制进除尘器前的烟气温度＜200℃，必要时可增加减温措施。

　　尽可能降低颗粒物排放浓度，控制日均值≤10mg/Nm3，小时均值100%≤20mg/Nm3，97%≤10mg/Nm3。

　　严控采购活性炭品质与稳定性；投放量不低于50mg/Nm3，且不宜大于150mg/Nm3；做到活性炭均匀、微量给料；关注喷入活性炭粉的气流，确保均匀分布于烟气中。注意烟气含水量对活性炭失效的影响。充分注意袋式除尘器的脉冲周期、除尘器阻力与二噁英监测取样周期的关系.

　　应设置两个卸灰阀串联工作并保证两卸灰阀不同时开启卸灰。保持卸料器的上方有一定高度灰柱形成的灰封，保证布袋除尘器排尘口处的气密性。注意烟道中飞灰的记忆效应，定期清除烟道中的积灰。

　　将采样口清洁纳入日常管理并形成运行管理制度。采样口要求80~100mm且保证其密封性。

　　在220~240℃工况下，SCR具备有限减排二噁英作用。但工况变化对二噁英排放的影响大，甚至负面影响。

　　运营企业应承诺控制合理的排放指标并留有余地，不应过分强调低指标；可对飞灰二噁英，土壤二噁英累积情况每年进行一次检测，有异常情况时增加检测频次；

　　应组织学习《环境二噁英监测技术规范》《环境空气和废气二噁英类的测定同位素稀释高分辨气相色谱—高分辨质谱法》HJ77.2-2008等所规定的检测方法，采样条件与要求，样品提取、净化、上机样品要求，仪器分析，数据保证等。