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由于生活垃圾成分復(fù)雜，所以垃圾焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的二次污染物也較為復(fù)雜，主要為煙塵、NOx、酸性氣體(HCl和SO2)、CO、重金屬塵粒( Pb、Cd、Hg)和二噁英(PCDD/Fs)。

隨著低氮燃燒、SNCR技術(shù)和“3T”(爐膛溫度Temperature，煙氣停留時(shí)間Time，煙氣湍流度Turbulence)技術(shù)的應(yīng)用，使得焚燒處理過(guò)程中產(chǎn)生的NOx和二噁英(PCDD/Fs)得到了有效控制。

然而由于HCl、SO2酸性氣體設(shè)計(jì)計(jì)算量在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)考慮不周全、脫酸石灰漿制漿系統(tǒng)和霧化盤設(shè)備容易出現(xiàn)故障，仍然存在不少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隱患。因此針對(duì)生活垃圾焚燒過(guò)程中酸性氣體(HCl和SO2)的產(chǎn)生量和污染防治開(kāi)展研究具有重要的實(shí)際意義。

垃圾焚燒發(fā)電會(huì)產(chǎn)生有害氣體，諸如氯化氫、二氧化硫、氟化氫、氮氧化物等有害氣體。所以垃圾焚燒發(fā)電廠會(huì)有一整套的煙氣處理系統(tǒng)，該套系統(tǒng)就是為了保證垃圾焚燒發(fā)電廠的煙氣排放指標(biāo)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB18485-2014生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn))或者地方性標(biāo)準(zhǔn)。

其中生活垃圾焚燒工程中有一個(gè)是必不可少的處理過(guò)程叫煙氣脫酸。何為垃圾焚燒煙氣脫酸呢?

垃圾焚燒煙氣脫酸是指脫除垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中所含的 HCl、SO2 、HF等酸性氣體, 使最終對(duì)大氣環(huán)境排放的煙氣中的酸性氣體成分達(dá)到國(guó)家或地方允許的排放標(biāo)準(zhǔn)。

一般而言, 煙氣中酸性氣體的脫除有三類基本處理工藝: 干法、半干法與濕法。這三類脫酸方式的效率如下圖1所示：

圖1 - 垃圾焚燒脫酸方式的效率

我們來(lái)了解下三個(gè)脫酸方式吧

中和酸性氣體所用的原材料為濕態(tài)堿性物質(zhì)(常常為水溶液或者漿液)，中和后產(chǎn)生的生產(chǎn)物為干態(tài)。通常使用為濕態(tài)的消石灰溶液即氫氧化鈣溶液，生產(chǎn)的物質(zhì)為亞硫酸鈣、氯化鈣、氫氧化鈣、氟化鈣等物質(zhì)的混合物。

流程圖如圖2所示：

圖2-半干法脫酸流程圖

該脫酸方法為通過(guò)石灰漿制備系統(tǒng)將生石灰制備成石灰漿溶液，然后通過(guò)一個(gè)水泵加壓到一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的霧化器將霧化的溶液均勻注入反應(yīng)塔內(nèi)與塔內(nèi)流動(dòng)的煙氣反應(yīng)，去除酸性氣體。不做詳細(xì)解釋。

中和酸性氣體所用的原材料為干態(tài)堿性物質(zhì)(常常為消石灰粉)，中和后產(chǎn)生的生產(chǎn)物為干態(tài)。通常使用為干態(tài)的消石灰粉，生產(chǎn)的物質(zhì)為亞硫酸鈣、氯化鈣、氫氧化鈣、氟化鈣等物質(zhì)的混合物。

流程圖如圖3所示：

圖3-干法法脫酸流程圖

該脫酸方法是利用風(fēng)機(jī)的壓能將消石灰粉末噴射到反應(yīng)塔出口的煙道中，使得消石灰與煙道流過(guò)的煙氣中的酸性成分發(fā)生中和反應(yīng)，去除酸性氣體。

干法脫酸工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資約為半干法的80%，工藝過(guò)程不產(chǎn)生廢水，設(shè)備故障率低，維護(hù)方便，但鈣硫比偏高，脫酸劑耗量大，致使飛灰產(chǎn)生量大。一般是作為半干法脫酸的補(bǔ)充。

03濕法脫酸

中和酸性氣體所用的原材料為濕態(tài)堿性物質(zhì)(常常為石灰漿溶液或NaOH溶液)，中和后產(chǎn)生的生產(chǎn)物為濕態(tài)。通常使用為濕態(tài)的氫氧化鈉(NaOH)溶液，生產(chǎn)的物質(zhì)為亞硫酸鈉、氯化鈉、氟化鈣等物質(zhì)的混合物。

流程圖如圖4所示：

圖4-濕法脫酸流程圖

該脫酸方法是利用煙氣直接穿過(guò)制備好氫氧化鈉NaOH溶液中，使得煙氣中的酸性氣體直接與溶液反生反應(yīng)，去除酸性氣體。

濕法脫酸工藝是利用堿性吸收劑(一般為NaOH溶液)在洗滌塔內(nèi)吸收HC1和SO2等酸性氣體。濕法凈化工藝凈化效率很高，國(guó)外多年的應(yīng)用業(yè)績(jī)均表明其對(duì)HC1的脫除效率可達(dá)99%以上，對(duì)SO2也可達(dá)到95%以上的脫除效率。

但是濕法凈化工藝后續(xù)需要配置廢水處理設(shè)施，且處理后煙氣溫度一般為6O～70℃，為防止煙囪出口有“白煙”冒出，還需要配置煙氣再加熱裝置，在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有應(yīng)用實(shí)例，可作為干法和半干法凈化工藝之后的尾氣深度凈化措施。

但是隨著垃圾焚燒污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的更新，排放指標(biāo)必定越來(lái)越嚴(yán)格，濕法脫酸的使用可能會(huì)進(jìn)一步在垃圾焚燒發(fā)電廠中得到使用。下圖5為2001年標(biāo)準(zhǔn)，圖6為2014年標(biāo)準(zhǔn)：

圖5-2001生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)

圖6-2014生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)

地方性的排放性指標(biāo)可能更嚴(yán)格，諸如海南省環(huán)保廳出臺(tái)的意見(jiàn)公布的垃圾焚燒排放指標(biāo)如下圖7：

圖7-海南省環(huán)保廳出臺(tái)生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)意見(jiàn)

垃圾中含有大量的含氯有機(jī)物和無(wú)機(jī)物是尾氣中HCl 的主要來(lái)源，這些有機(jī)物主要可以分為兩大類，一類是聚氯乙烯及其衍生物，聚氯乙烯是制作居民日常使用的塑料袋和塑料制品的主要原料，廣泛應(yīng)用在社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域，是垃圾焚燒發(fā)電尾氣中HCl 的主要來(lái)源，聚氯乙烯在高溫條件下燃燒分解產(chǎn)生大量CO2、H2O、HCl。

第二大類是氯苯及其衍生物，氯苯早期主要用于生產(chǎn)DDT，目前現(xiàn)在主要用做乙基纖維素和許多樹(shù)脂的溶劑，生產(chǎn)多種其他苯系中間體，如硝基氯苯等。

這類物質(zhì)是垃圾焚燒中 HCl、NOx、和二噁英的重要來(lái)源。在溫度達(dá)到 800℃以后，含氯無(wú)機(jī)物中的氯開(kāi)始轉(zhuǎn)化為 HCl，SO2開(kāi)始下降，是煙氣中 HCl 重要來(lái)源。

SO2的產(chǎn)生主要由于垃圾中含有一定量的含硫化合物如橡膠、工程塑料高溫氧化分解產(chǎn)生的，還有其他一些含硫的無(wú)機(jī)鹽高溫分解產(chǎn)生。在空氣在和陽(yáng)光作用下會(huì)形成酸性氣體，并經(jīng)雨水沖淋而形成酸雨。

2018年8月6日，海南省環(huán)保廳發(fā)布《海南省生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱為《海南地標(biāo)》)，該標(biāo)準(zhǔn)中部分污染物與歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、中國(guó)“2+26”城市特別排放限值對(duì)比如下：《海南地標(biāo)》污染物排放限值從國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)一步提升50%以上，是不是有點(diǎn)操之過(guò)急、是不是與海南目前的工業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與預(yù)期發(fā)展速度相匹配、是不是與海南島的大氣擴(kuò)散特征相符、是不是能夠真正起到降低大氣污染物排放水平、以及是不是參考過(guò)新加坡等發(fā)達(dá)島國(guó)的對(duì)標(biāo)做法?

筆者曾有另外文章做過(guò)專門的探討，這里不再贅述，既然以政府名義正式發(fā)布，將導(dǎo)致垃圾焚燒電廠在執(zhí)行過(guò)程中，其煙氣處理工藝勢(shì)必增加更多的占地面積、投資成本和運(yùn)行成本，這里僅從脫酸工藝的選擇方面介紹一種值得借鑒的方案。

顯然，傳統(tǒng)的“干法”和“半干法”脫酸工藝已經(jīng)達(dá)不到海南地標(biāo)限值要求，而傳統(tǒng)的、較多應(yīng)用于火電廠的“濕法脫硫脫酸工藝”如果照搬在垃圾焚燒電廠，去處理原生垃圾中硫含量?jī)H為0.2%-0.4%的焚燒后煙氣，不僅投資巨大、運(yùn)行成本巨大、去除率不高、系統(tǒng)腐蝕性能增強(qiáng)，而且脫酸后產(chǎn)生的固液產(chǎn)物(脫硫石膏、氯化鈣、脫硫廢水等)仍將對(duì)地表環(huán)境產(chǎn)生確定的二次污染。但對(duì)于沿海地區(qū)來(lái)講，不防首先考慮“海水脫酸”技術(shù)和工藝。

一.“海水脫酸”原理

天然海水的PH值約為8.0，呈堿性特征，這一點(diǎn)正是海水脫酸的基本原理，也就是說(shuō)，天然海水作為煙氣中酸性污染物的吸收劑，是其能夠洗滌脫除煙氣中SO2和HCl的主要?jiǎng)恿??；驹硎菈A性海水吸收酸性SO2和HCl，釋放出CO2。

1.煙氣中SO2與海水接觸主要發(fā)生以下反應(yīng)：

SO2(g)+H2O→H2SO3→H++HSO3-HSO3-→H++SO32-

SO32-在曝氣池中氧化成SO42-，反應(yīng)：SO32-+?O2→SO42-

以上為SO2接觸海水后的反應(yīng)過(guò)程;

2.同樣煙氣中氯化氫HCl接觸海水的反應(yīng)過(guò)程為：

HCl→H++Cl-H+

與海水中的碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)：

CO32-+2H+→H2CO3→CO2↑+H2O

3.海水脫硫工藝總反應(yīng)為：

SO2(g)+CO32-+?O2→CO2↑+SO42-

4.海水脫除氯化氫工藝總反應(yīng)為：

2HCl+CO32-+?O2→H2O+CO2↑+Cl-

從上述反應(yīng)不難看出，含有SO2和HCl的煙氣接觸海水后，經(jīng)堿性海水的中和作用，處理后只向大氣中排放一定量的CO2，而同時(shí)生成的硫酸根離子和氯離子，作為海水中的本底物質(zhì)成分，以及海水巨大的緩沖能力，隨海水洗滌而被帶走，不再產(chǎn)生新的二次污染物而去污染地表環(huán)境和大氣環(huán)境。

二.海水脫酸工藝在全球的應(yīng)用覆蓋面：

全球電站海水脫酸裝置總?cè)萘考s為90000MW，廣泛分布于英國(guó)、西班牙、瑞典、馬來(lái)西亞、斯里蘭卡、菲律賓、越南、柬埔寨、印尼等沿海國(guó)家;

中國(guó)國(guó)內(nèi)目前有18個(gè)沿海電廠采用海水脫酸工藝，總裝機(jī)容量為22084MW(50套)，例如：深圳媽灣電廠(6X300MW)、福建漳州后石電廠(7X600MW)、華能汕頭電廠(4X1000MW)、華能威海電廠(2X300MW+2X660MW)、華能大連電廠(4X350MW)、山東黃島電廠(2X660MW)、華能海門電廠(2X1036MW)、華能日照電廠(2X350MW+2X670MW)、秦皇島電廠(2X200MW+1X300MW)、首鋼高碑店自備電廠(2X300MW)、嵩嶼電廠(4X300MW)等，去除率均在95%-98.69%之間，其中，浙江舟山電廠#4機(jī)組海水脫硫BOT項(xiàng)目，環(huán)保局鑒定SO2排放2.86mg/Nm3。中電國(guó)際所屬電廠采用海水脫酸工藝的項(xiàng)目有越南永興項(xiàng)目(2X600MW)和巴基斯坦胡布項(xiàng)目(2X600MW)。

三.海水脫酸特征：

(1)海水脫酸投資成本與運(yùn)行成本均遠(yuǎn)低于濕法脫酸;

(2)脫除效率高，而且不額外產(chǎn)生任何二次固廢和液廢;

(3)海水脫酸反應(yīng)產(chǎn)物以離子態(tài)存在,系統(tǒng)無(wú)結(jié)垢和堵塞傾向，因此海水脫酸不受結(jié)垢和堵塞影響。

(4)天然海水為吸收劑，無(wú)其它環(huán)保耗材。

四.海水脫酸注意事項(xiàng)：

(1) 僅用于沿海區(qū)域;

(2)需要另外編制《海洋環(huán)評(píng)》并獲得評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)。這一點(diǎn)雖然多了一項(xiàng)前期工作程序，但與長(zhǎng)期所取得效果來(lái)講，值得一做。舉例：當(dāng)年華能汕頭電廠4X1000MW機(jī)組，已獲得環(huán)評(píng)批復(fù)，脫硫工藝為濕法脫硫，后來(lái)了解了海水脫硫技術(shù)后，不惜推翻原來(lái)的環(huán)評(píng)，重新以海水脫硫技術(shù)為改進(jìn)方案，重新編制《環(huán)評(píng)》和《海洋環(huán)評(píng)》，最終重新獲得審批。

五.國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

《火電廠煙氣脫硫工程技術(shù)規(guī)范-海水法》(環(huán)境2046-2014，2015年3月1日實(shí)施)。