中国生活垃圾焚烧环境管理创新与探索-二噁英形成机理分析

多年来，许多研究人员对二噁英在垃圾焚烧中形成的机理以及控制处理技术做了大量研究，（Tosine et al，1983；陈彤，2006；林晓青，2015；樊颜玲，2018；周芳磊，2019）基于过往研究成果，针对空港厂的MARTIN-SITY2000型炉排炉进行研究分析认为，该焚烧炉在垃圾燃烧后二噁英形成机理主要分为以下三方面：

其一，原生垃圾中固有的二噁英（原生项）。最初认为垃圾在燃烧过程中产生的二噁英是由于垃圾本身含有的二噁英未能破坏而被排放到烟气或残渣中。通过专家实验分析研究认为，二噁英类物质热稳定性好，焚烧炉内温度小于850℃时，垃圾本身含有的二噁英类物质得不到彻底分解，形成大分子碳和聚氯乙烯、聚氯亚乙烯、聚氯树脂等二噁英类物质的前驱体，从而为低温合成二噁英类物质提供了原料。研究表明，在有飞灰和热源存在且温度范围为250～400℃的条件下，很容易形成二噁英。（周芳磊，2019）

其二，垃圾焚烧炉膛中的生成（高温气相生成项）。垃圾在送入炉膛后，在高温条件下，垃圾逐步干燥，由于垃圾的厚度及一次风支管流量没有稳定的检测，垃圾料层厚度的控制及一次风的流量控制处于手动状态，整个炉膛的垃圾燃烧时，就会出现局部垃圾没有完全燃烧缺氧的状态，此时会生成不完全燃烧产物PIC（Products of Incomplete Combusion），燃烧时垃圾中几乎所有的有机氯和部分无机氯会以HCl的形式释放出来，由于氧的存在，HCl部分转化为Cl和Cl2，而这些氯源又可以氯化为PIC。在燃烧时，PIC的氧化以及氯化反应是竞争反应，当氯化反应较氧化反应容易发生时，PIC生成氯代的PIC，然后通过聚合反应生成PCDD/Fs。一般认为能够生成的PIC主要是脂肪族或烯烃、炔烃类化合物，通过氯化生成氯苯，进而转化为多氯联苯（PCBs），而PCBs在温度为871～982℃时，即在燃烧区，会反应生产PCDD/Fs。(www.xing528.com)

其三，燃烧后区域二噁英的生成（低温异相合成项）。离开炉膛后的烟气除了含有可能已经生成的二噁英以外，还携带有氯苯、氯酚或多氯联苯等（化学结构与二噁英相似）芳香族化合物和烯烃、炔烃等脂肪族类有机物，同时还有未燃尽的炭存在，以及一些过渡金属（如Cu、Fe等），这些物质从炉膛高温（850℃以上）冷却后发生聚合，通过分子重组催化反应生成二噁英，温度范围一般在250～650℃之间，最大生成温度在300℃左右，即所谓的低温异相催化合成。

综合上述分析，垃圾焚烧线排放的二噁英主要来源于焚烧炉内垃圾没有完全燃烧而生成的不完全燃烧产物（PIC），即高温气相生成项。因此，控制二噁英排放的关键在于控制焚烧炉的燃烧状态。如果垃圾在焚烧炉内燃烧达到完全燃烧状态，就可以减少二噁英的产生，那么就可以在最大程度上减少二噁英排放。