中国生活垃圾焚烧环境管理：减少污染物排放的创新探索

（一）生活垃圾焚烧污染特征

生活垃圾焚烧烟气中的污染物主要有颗粒物（粉尘）、酸性气体（HCl、SO2、NOX等）、重金属（Hg、Pb、Cd等）和有机毒性污染物质（二噁英、呋喃等）等。其中颗粒物（粉尘）是垃圾焚烧过程中产生的微小无机颗粒物质，由物理原因及热化学反应产生，颗粒物成分较复杂，具有较强的吸附性，是多种有害物质的载体，含有各种重金属如铅、汞、镉、铬、镍、铁、铍及二噁英等。烟气中HCl来源于有机氯化物（如PVC）、无机氯化物（如NaCl）的焚烧，在燃烧过程中产生的HCl会造成受热面的高温腐蚀损毁和尾部受热面的低温腐蚀。烟气中的NOX分别来源于热力型NOX和燃料型NOX，受燃烧温度影响，焚烧烟气中由受垃圾氮元素影响的燃料型NOX占70%～80%，由N2和O2在高温下反应产生的热NOX占比较低。原生垃圾中含有不等量的各类金属废弃物如各种金属制品、电池等，其中所含的重金属（如Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn、Mn等）在焚烧过程中发生迁移和转化，富集于直径小于1μm的飞灰中。CO是生活垃圾中的可燃物不完全燃烧产生的，它是碳氢燃料和氧发生的化学反应的中间产物。二噁英是多氯二苯并二噁英（PCDDs）和多氯二苯并呋喃类（PCDFs）的总称。其中，以2，3，7，8－TCDD的毒性最强，为氰化物的100倍，沙林的2倍，是目前已知的最毒的物质。

除焚烧烟气会排放二噁英外，生活垃圾焚烧产生的飞灰也含有一定的二噁英。飞灰中富集了二噁英、重金属、可溶性盐等有毒有害物质，垃圾焚烧飞灰在很多国家都被列为危险废物。飞灰中的可溶性盐类，尤其是氯化物，极易释放并污染环境。由于干法或半干法脱硫技术在垃圾焚烧烟气处理中的广泛应用，用于去除酸性气体而使用的过量碱性药剂残留在飞灰中，使得飞灰具有较高的碱度，与水接触时可产生高pH的溶液环境，促进了Pb、Zn等两性重金属溶出。因此，为了控制飞灰在填埋后的环境毒性，在我国需要处理达到填埋标准后方可进入生活垃圾填埋场分区进行填埋。但是，中国只有少数城市建造了专门处理飞灰的设施，生活垃圾焚烧飞灰在处置过程中极易形成二次污染。

（二）改善污染物排放绩效的路径及要点

1.开展垃圾源头分类

因我国大部分城市生活垃圾未进行分类，原生混合生活垃圾有机质比例大约 60%，含水率高达50%～60%。垃圾含水率高而热值低，直接焚烧原生垃圾难度较大，尤其是夏季垃圾不能直接满足垃圾焚烧条件。我国生活垃圾这种特质带来的后果就是垃圾焚烧发电的经济效益低，焚烧过程不稳定，设备投资高，烟气处理技术复杂、难度大。因此，提高垃圾焚烧热值是发展垃圾焚烧处理技术的首要问题，而垃圾分类是重要的垃圾前端管理手段。应大力推动垃圾分类制度，加大与垃圾前端分类相适应的后端处理设施的建设，重构从垃圾源头分类、过程转运到末端治理的垃圾处理处置链，实现垃圾减量、提高垃圾处理效益、减少污染物排放、降低垃圾填埋量。如将报刊、纸盒、易拉罐等进行综合回收，减少了垃圾产生量；厨余类可降解生物质垃圾是混合垃圾水分的主要贡献者，也是城市固体废物中 N 元素和 Cl 元素的主要来源，将厨余垃圾单独分出进行生化处理，有利于降低垃圾含水率、提高垃圾热值，改善垃圾焚烧炉内的焚烧过程，进而提高焚烧效率和热能利用率，也利于后端尾气的污染控制。

2.开展垃圾的预处理

目前垃圾预处理是指在焚烧处理前将生活垃圾在贮料池里堆放，堆放过程中用抓斗进行翻堆，降低垃圾含水率，提高垃圾热值，为垃圾稳定达标焚烧提供原料保证。研究分析发现，生活垃圾中的可生物降解有机物含量高、水分大，有利于微生物的生长繁殖，在贮料池堆放期间，生活垃圾会发生一系列复杂的生化作用，含水物质结构被破坏，其中的一部分游离水和结合水渗出，在一定程度上降低了含水率，提高了热值，改善了垃圾焚烧特性，垃圾焚烧效果较好。

垃圾堆放的关键点是堆放天数的确定。生活垃圾在贮坑内停留时间为 3～5 d较为合适，气温低和湿度大的可以适当延长停留时间。同时，为了保障贮料池内垃圾自然发酵的条件，使之充分发酵和干燥，需采取措施保证析出的渗沥液及时排出，保证排水格栅牢固及排水沟道畅通无阻，便于析出的渗沥液尽最大可能流出。

3.促进工艺运行管理精细化

按照垃圾焚烧企业的污染物的产生机理及运行管理实践，合理的垃圾入炉量、垃圾含水率、焚烧炉运行工况（含焚烧炉温度、烟气停留时间、烟气急冷时间、烟气过剩空气系数）、烟气环保物料的添加量（如石灰乳、活性炭）等参数的控制及连锁反馈机制的建立对改善污染物排放水平有积极作用。正因为垃圾焚烧企业各控制指标间存在连锁关联及反馈关系，因此垃圾焚烧企业应该对焚烧线采用调节控制系统，实现垃圾焚烧过程，过热蒸汽生产及烟气净化等全自动控制和调节，采用分散控制系统（DCS），在中央控制室进行集中监视及控制，实现焚烧系统、热力系统、烟气治理系统等的连锁及保护。

4.严格做好管理制度的建设

垃圾焚烧企业环境管理制度的建设，具体包括自行监测制度及环境管理台账的建设和实施。

自行监测制度的建设及落实是企业自证环保达标的重要方式，也是我国排污许可管理改革中的重要内容。

其中在监测方案的制定及落实过程中，应明确排污单位的基本情况、监测点位及示意图、监测指标、执行标准及其限值、监测频次、采样和样品保存方法、监测分析方法和仪器、监测质量控制、自行监测信息公开等内容。在企业实际运行中，应当如实填报采用自动监测的污染物指标、自动监测系统联网情况、自动监测系统的运行维护情况等；对于未要求开展自动监测的污染物指标，排污单位应当填报开展手工监测的污染物排放口和监测点位、监测方法、监测频次。自行监测污染源和污染物应包括排放标准以及其他环境管理要求中涉及的废气、废水污染源和固体废物。排污单位开展自行监测的监测点位包括外排口监测点位、内部监测点位、无组织排放监测点位等。

对于企业管理台账的建设，可采用纸质或电子化的方式予以存储，记录的工况应含正常运行及非正常运行工况下的相关指标；记录的指标为运行状态，生产负荷，产品产量，燃料及辅料的消耗情况，企业取水及内部用水机制，运行时间，污染防治设施运行情况等。

综上，影响生活垃圾焚烧的排放水平的因素主要有：①入厂垃圾的质量，即垃圾中有毒有害元素及物质的含量、垃圾含水率。其中垃圾中氯元素及重金属的带入量会直接影响到焚烧烟气中二噁英及重金属类污染物排放量；垃圾含水量的高低会影响垃圾热值，从而间接影响垃圾焚烧炉特别是循环流化床的稳定燃烧水平。②垃圾焚烧炉的燃烧技术水平，包括垃圾入料量及热值是否在焚烧炉燃烧图控制范围内、焚烧炉燃烧状况及工况稳定性、烟气的温度-时间分布；③烟气治理设施对烟气中有毒有害元素的治理率。

表39　减少改善污染物排放绩效的路径分析

续表39

（三）基于排放绩效改善的全球环境基金赠款技术方案确定

1.西山垃圾焚烧厂技改方案

（1）1#炉除尘器布袋更换(www.xing528.com)

设计目标：增加除尘器过滤面积，降低过滤风速及除尘器压差，提高布袋使用寿命。

建设内容：将1#炉1512条除尘器滤袋更换为过滤效果较好的褶皱滤袋。褶皱式布袋通过褶子机对布料进行打褶预处理，使平面布料形成折扇形卷曲效果，再对褶后布料进行整形加固形成布袋，此布袋配合特制袋笼，在不增大布袋直径的前提下能有效提高布袋过滤面积，使之达到一般圆筒形滤袋比表面积2倍以上，提升良好的通过性及捕尘性能。

解决问题：解决循环流化床除尘设备工作阻力大，原设计布袋除尘器过滤面积上所留余量不足、烟气阻力大、除尘效果不佳、寿命周期短等问题。

（2）预处理南线破碎机采购更换、北线破碎机升级改造

建设内容：采购一台12×2刀型新破碎机对南线破碎机进行更换，提高破碎效果采用；将原10×2刀型旧南线破碎机更换成12×2刀型，更换和维保后更换至北预处理线。

解决问题：解决现有破碎设备磨损严重、故障率高，破碎效果差，垃圾破碎粒径影响环流化床入炉垃圾的均匀性、排渣的稳定性的问题。解决现有垃圾破碎尺寸偏大（80%粒径大于15cm），进入炉膛易成团、燃烧速率迟缓且易引发爆燃现象，影响CO排放及锅炉床温稳定问题。

（3）DCS系统升级

建设内容：将锅炉系统现有计算机10台，其中1台为工程师站、2台服务器、7台操作站，汽机DEH现有计算机2台，共计12台全部更换为支持WIN7、WIN10的主流专业电脑；将现有16个主控单元FM802更换为K-CU01；更换24VDC开关电源FM910、查询电源；新增8通道星形IO-BUS模块、DP终端电阻匹配模块以及相应连接电缆；将原DCS系统软件版本由MACSV5.2.3+SP2升级为MACSV6.5.3并授权；将原电脑操作系统由Windows XP升级为Windows 7。

解决问题：解决DCS数据受服务器容量影响、存储周期仅30～50d，影响数据分析的问题。

（4）阿里云控制系统

建设内容：硬件建设内容含管理机、工作机、部署机；应用系统包括锅炉管理、发电机管理、汽轮机管理、脱硫除尘设备管理、个人信息、云端算法管理、算法参数管理、点位报警管理等系统；系统接口含DCS基本数据传输接口、DCS告警信号传输接口、阿里云算法参数调用接口、阿里云算法信息传输接口等；所记录内容含发电机运行记录、汽轮机运行记录、锅炉运行记录、脱硫除尘运行记录、锅炉自动运行统计、性能分析统计。

解决问题：将云计算运用到循环流化床垃圾焚烧炉，实现远程计算机对DCS控制，为异重循环流化床垃圾炉提高自动化水平找到突破点；实现参数的远程修改调整、综合控制；实现AI控制，完成系统控制自我学习；实现远程和就地双重自动控制；实现通过普通摄像头进行视频给料，大幅降低成本。

（5）850℃2秒认证

建设内容：①测量二次风断面至炉膛出口测量之间的距离X、炉膛截面积Y；②在两侧炉膛出口分别安装流量测量元件，并将所测量数据上传至DCS系统，在DCS系统读取两个数据之和为炉膛出口流量Z；③将CEMS测量Z送至DCS系统；④在DCS控制器算法组态中将X、Y、Z三个数值进行相应的逻辑运算，持续验证燃烧过程850℃2秒，并将测量参数做到相应DCS画面供查看；⑤采用耐高温防腐蚀流量计，开展850℃2秒效果验证；⑥烟气排放指标监测与优化。

解决问题：对炉膛出口温度850℃2秒进行验证并对烟气停留时间进行可视化控制，确保焚烧炉烟气停留时间满足《生活垃圾焚烧污染物控制标准》（GB18485—2014）要求的控制焚烧炉内烟气出口温度不低于850℃、烟气在炉膛内的停留时间不小于2秒的要求。

2.空港垃圾焚烧厂技改方案

（1）DCS系统

设计目标：全厂控制系统统一集成，并考虑后期生产信息管理的融合控制系统程序优化，消除原有缺陷，完善控制逻辑发现并消除全厂生产系统长期存在的隐患。改善控制系统硬件及现场测控设备，提高生产自动化、信息化、标准化水平，通过优化各子系统控制逻辑，实现各系统单回路自动控制，进一步稳定负荷，降低污染物排放量及环保辅料使用量。

解决问题：解决原有DCS控制系统老化、控制系统不完备、控制系统集成度不高、数据存储时间短的问题。有效改善原有DCS、DEH、ECS三大控制系统未能集成、系统数据分散、不便于信息化集成的问题。

（2）2#焚烧线烟气净化系统升级改造主要实施内容

设计目标：提高雾化器转速，获得最佳的雾化效果及酸性气体的吸收效率，使烟气与脱酸物料能够充分接触，使活性炭及熟石灰对烟气的吸附更充分，提高二噁英、重金属、酸性气体等污染物的去除率，减少雾化器维护需求，降低环保管理风险，使污染物的排放优于《生活垃圾焚烧污染控制标准》（GB 18485—2014）要求。

解决问题：企业原采用对雾化器及喷雾塔结构的反应效率较低，飞灰中未反应的Ca（OH）2高（含量超24%），飞灰产生量大，烟气中SO2、HCl及二噁英、重金属等含量较高，环保耗材消耗量大等问题。