通过优化垃圾焚烧炉参数降低污染物排放的策略研究

摘要：本文深入探讨了通过优化垃圾焚烧炉参数降低污染物排放的方法。分析了垃圾焚烧炉污染物来源，阐述了燃烧控制参数（温度、时间、湍流、过量空气）、燃料与运行参数（煤粉细度、一次风煤比、炉内含氧量）的优化策略，介绍了废气处理参数（除尘、脱酸、脱硝）的调整方式，提出了智能控制系统的应用以及常见问题的解决对策，旨在为垃圾焚烧炉的环保运行提供参考。

关键词：垃圾焚烧炉；参数优化；污染物排放

一、引言

随着城市化进程的加速和人口的增长，城市生活垃圾的产生量日益增加。垃圾焚烧作为一种有效的垃圾处理方式，具有减量化、无害化和资源化的优点。然而，垃圾焚烧过程中会产生大量的污染物，如颗粒物、酸性气体、重金属和有机剧毒性污染物等，对环境和人体健康造成严重威胁。因此，如何通过优化垃圾焚烧炉的参数来降低污染物的排放，成为当前亟待解决的问题。

二、垃圾焚烧炉污染物来源分析

（一）燃烧过程

垃圾在焚烧过程中，由于燃烧不完全，会产生大量的颗粒物、一氧化碳、碳氢化合物等污染物。同时，垃圾中的氮、硫等元素在高温下会与氧气反应生成氮氧化物和二氧化硫等酸性气体。

（二）垃圾成分

垃圾的成分复杂多样，不同成分的垃圾在焚烧过程中产生的污染物也不同。例如，塑料垃圾在焚烧过程中会产生二噁英等有机剧毒性污染物；含氯垃圾会产生氯化氢等酸性气体。

（三）设备运行状况

垃圾焚烧炉的设备运行状况也会影响污染物的排放。如果设备老化、维护不当或操作不规范，会导致燃烧不充分、烟气泄漏等问题，从而增加污染物的排放。

三、燃烧控制参数优化

（一）温度

温度是影响垃圾焚烧效果和污染物排放的重要因素。较高的温度有利于垃圾的充分燃烧，可以有效降低不完全燃烧类污染物和有机物的原始浓度。一般来说，垃圾焚烧炉的炉膛温度应控制在 850—1050℃之间。同时，烟气在高温区的停留时间也应足够长，一般要求烟气在 850℃以上的高温区停留时间不少于 2 秒，以确保二噁英等有害物质能够充分分解。

（二）时间

延长烟气在焚烧炉内的停留时间可以提高燃烧效率，减少污染物的排放。通过合理设计焚烧炉的结构和尺寸，以及调整垃圾的给料速度和炉排的运动速度，可以增加烟气在炉内的停留时间。

（三）湍流

增加燃烧过程中的湍流度可以促进垃圾与空气的充分混合，提高燃烧效率。可以通过改进燃烧器的设计、调整一次风和二次风的分配等方式来增加湍流度。

（四）过量空气

适宜的过量空气系数有利于垃圾的完全燃烧，可降低不完全燃烧类污染物的原始浓度。如果过量空气系数太小，会导致垃圾焚烧炉内供氧不足，垃圾燃烧不充分，增加污染物的排放；如果过量空气系数太大，会使烟气量增加，带走更多的热量，降低炉膛温度，同时也会增加氮氧化物的生成。一般来说，垃圾焚烧炉的过量空气系数应控制在 1.5—2.0 之间。

四、燃料与运行参数调整

（一）煤粉细度

对于采用煤粉助燃的垃圾焚烧炉，煤粉细度会影响燃烧过程和污染物的生成。随着炉膛温度的升高及煤粉细度的减小（煤粉变细），挥发份 N 的比例增大，焦炭 N 的比例减小。适当调整煤粉细度，可以优化燃烧过程，降低氮氧化物的生成。

（二）一次风煤比

合理调整一次风煤比，可以改善燃烧条件，降低污染物的排放。一次风煤比过小，会导致煤粉燃烧不充分，产生大量的一氧化碳和碳氢化合物；一次风煤比过大，会使炉膛温度降低，增加氮氧化物的生成。因此，需要根据垃圾的特性和燃烧工况，合理调整一次风煤比。

（三）炉内含氧量

科学调整炉内含氧量，可以避免生成太多氮氧化物。当炉内含氧量比较低时，会排出少量氮氧化物，但倘若炉内含氧量太低，会增加飞灰可燃物。为避免这种情况，要科学控制炉内氧量，以 2.5%—3.5%为宜。

五、废气处理参数调整

（一）除尘

采用高效的除尘设备，如布袋除尘器、电除尘器等，可以有效去除烟气中的颗粒物。布袋除尘器具有除尘效率高、运行稳定、适应性强等特点，广泛应用于垃圾焚烧炉的烟气净化系统。电除尘器则具有除尘效率高、运行维护简便等优点，适用于处理烟气量大、颗粒物浓度高的场合。

（二）脱酸

通过湿法脱酸、干法脱酸和半干法脱酸等技术，可以去除烟气中的酸性气体，如二氧化硫、氯化氢和氟化氢等。湿法脱酸利用碱性溶液与烟气中的酸性气体进行反应，生成盐类和水，具有处理效果好、适应性强等优点，但会产生废水，需要进一步处理。干法脱酸通过喷射碱性干粉（如石灰粉）与烟气中的酸性气体进行反应，生成固体废弃物。半干法脱酸结合了湿法和干法的优点，具有污染物去除效率高、石灰耗量低、废水零排放等优点。

（三）脱硝

采用 SNCR、SCR 和臭氧氧化协同脱硝等技术，可以降低烟气中的氮氧化物排放浓度。SNCR 技术利用还原剂在适当条件下与 NOx 反应，生成氮气和水蒸气，具有设备简单、操作简便等优点，但脱硝效率相对较低。SCR 技术利用催化剂在适当条件下与 NOx 反应，生成氮气和水蒸气，具有脱硝效率高、运行稳定等优点，但需要消耗大量的催化剂和还原剂。臭氧氧化协同脱硝技术向烟气中注入臭氧，将难处理的 NO 氧化为易溶于水的 NO₂、NO₃，再通过湿法脱酸塔吸收，具有无需催化剂、无二次污染等优点，但臭氧制备电耗高。

六、智能控制系统的应用

部署数字孪生模型等智能控制系统，可以实时模拟焚烧炉内流场、温度场，预测污染物生成趋势并提前调节参数。通过传感器实时监测炉内的温度、压力、氧气含量等参数，自动调整燃烧条件，提高燃烧效率和环保性能。智能控制系统还可以实现设备的远程监控和故障诊断，及时发现和处理设备运行中的问题，确保垃圾焚烧炉的安全、稳定运行。

七、常见问题与解决对策

（一）二噁英超标

二噁英是垃圾焚烧过程中产生的有机剧毒性污染物，对人体健康危害极大。为防止二噁英超标，应严格控制垃圾焚烧炉的燃烧温度和停留时间，确保二噁英能够充分分解。同时，在烟气处理系统中设置活性炭吸附装置，吸附烟气中的二噁英等有害物质。

（二）氨逃逸超标

在使用 SNCR 和 SCR 技术进行脱硝时，可能会出现氨逃逸超标的问题。氨逃逸不仅会造成二次污染，还会降低脱硝效率。为解决氨逃逸超标问题，可在 SCR 出口加装激光氨逃逸监测仪，联动调节喷氨量，确保氨逃逸控制在规定范围内。

（三）催化剂中毒

SCR 技术中的催化剂在使用过程中可能会中毒失效，影响脱硝效率。为防止催化剂中毒，应严格控制烟气中的硫氧化物、粉尘等杂质含量，选择抗硫中毒性能好的催化剂。同时，定期对催化剂进行再生和更换，确保其活性。

八、结论

通过优化垃圾焚烧炉的参数，可以有效降低污染物的排放，实现垃圾焚烧的环保运行。在燃烧控制方面，应合理调整温度、时间、湍流和过量空气等参数；在燃料与运行参数方面，应根据垃圾特性和燃烧工况进行调整；在废气处理方面，应采用高效的除尘、脱酸和脱硝技术；同时，应用智能控制系统可以提高垃圾焚烧炉的运行效率和稳定性。此外，还应针对常见问题采取相应的解决对策，确保垃圾焚烧炉的安全、稳定运行。未来，随着技术的不断发展和环保要求的不断提高，需要进一步研究和探索更加高效、经济的污染物减排技术，为实现垃圾焚烧的可持续发展做出贡献。