引 言
试验研究表明硫基物质是二 英(PCDD/Fs)的良好抑制剂，可使二 英生成的活泼金属催化物(如 CuCl2)钝化成低活性的 CuSO4。PCDD/Fs生成的硫基抑制剂主要包括硫酸铵((NH4)2SO4)、硫铁矿(FeS2)等。目前抑制剂的应用研究主要集中在实验室内的小型规模试验研究，在实际生活垃圾焚烧炉中的应用还相当少，而在危险废物(医疗垃圾)焚烧炉中的应用几乎没有。
研究显示高 S/Cl 比值的燃料或者物料才能表现出低的 PCDD/Fs 生成趋势。物料经焚烧后 Cl大部分转换成 HCl 而存在于烟气中，但是 S 则主要以硫酸盐形式存于炉渣中，要稳定烟气中高比值的S/Cl尤其在低温段显得比较困难。Hunsinger等设计了一套系统，烟气先通过 pH1 的溶液，将 HCl等酸性气体去除后，通过 pH1 的溶液，将烟气中SO2捕获，最后通过一系列化学反应将 SO2释放回用至烟气中，使烟气的 S/Cl 的高比值显得可能。但该系统十分复杂，运行成本高，并存在湿式洗涤中的记忆效应。
本文通过借鉴国内外相关研究，依托某大型实际危险废物焚烧炉(50 td1)，开发了一套烟气量为 500 m3h1的硫基循环抑制和飞灰低温热处理联用中试平台，维持烟气中一定浓度的 SO2，实现二 英的高效抑制。考虑实际烟气中 SO2浓度过低的情况，试验中在热处理反应器添加外源硫基抑制剂，以满足 SO2浓度的需要。本文深入研究了该系统的 SO2的循环累积能力及烟气中二英的抑制能力。
1 试验材料和方法
1.1 试验系统
该危险废物焚烧系统主要由回转窑、二燃室、余热锅炉、急冷塔和烟气净化装置组成，如图 1 所示。中试平台从危险废物焚烧炉的余热锅炉引烟气进行试验，烟气自余热锅炉出来的温度在 450℃左右，烟气量为 500 m3h1。如图 1 所示，中试平台主要由布袋除尘系统、热脱附系统及烟气回流系统组成。布袋除尘系统主要对烟气中活性炭和飞灰进行捕获，布袋材质是PTFE 浸渍的玻璃纤维。热脱附系统主要对布袋捕获的活性炭和飞灰进行热脱附，将 SO2等气体脱附出来，回流至系统中，同时也能将飞灰中吸附的PCDD/Fs 进行脱氯降解，达到去除 PCDD/Fs 的目的。整个热脱附反应在惰性气体保护下进行，该热处理器的负荷处理量约为 10 kgh1。布袋飞灰在螺旋叶片的旋转带动下完成热处理，热处理温度为 400℃。烟气回流系统主要是将脱附的 SO2及热处理过的吸附剂循环回流至系统中。脱附的 SO2等气体循环回流至系统中(回流点温度为 400℃左右)再次参与抑制反应，而经热处理的含有飞灰的活性炭等吸附剂回流至系统中(循环利用率为30%)参与吸附反应。
1.2 试验工况
试验针对中试平台运行稳定性、布袋除尘效率、活性炭吸附效率及 S 基物质循环控制效果进行工况设置，如表 2 所示。由于实际余热锅炉出口烟气中的 SO2浓度很低，试验中在热处理反应器额外添加了外源硫基抑制剂，增加 SO2的浓度，从而提高 PCDD/Fs 抑制的能力。活性炭和外源硫基物质的添加量及惰性气氛浓度如表 2 所示。烟气常规污染物采样点设置在 S 基物质循环系统前(S1)、S 基物质循环系统内(S2)和布袋除尘后(S3)，烟气二英采样点设置在 S 基物质循环系统前(S1)和布袋除尘后(S3)。
1.3 样品采集及分析
烟气中常规污染物通过 GASMET 烟气分析仪(DX4000, Finland)进行在线监测。依照 USAEPA23A 方法，利用固定源烟气采样仪(ModelKNJ23，KNJ, Korea)对烟气二 英样品进行等速采集，采样时间为 2 h。每个工况试验结束前对飞灰二 英样品进行采集。
2 结果和讨论
2.1 烟气中 SO2的浓度变化
不同工况下 SO2浓度的变化情况。有活性炭喷射时(工况 2)，布袋后 SO2浓度比无活性炭喷射工况(工况 1)低，说明活性炭吸附了部分 SO2，导致 SO2浓度降低。研究证实活性炭对 SO2有一定的吸附作用[17-18]，而且其吸附能力与活性炭的孔径、SO2浓度、烟气温度、含氧量、流量等条件有关。另外，活性炭的改性能大大加强SO2的吸附能力[21-24]。吸附了 SO2的活性炭再经过热脱附系统后(工况 3)脱附出 SO2，使循环系统内(S2)的 SO2浓度从 11.9mgm3增加至 44.9 mgm3。由于原始烟气中的SO2浓度较低，经过吸附-脱附过程后，SO2浓度仍难于达到较高的二 英抑制浓度，本试验特别添加了外源硫基物质硫酸铵和 SO2气体。研究发现，外源硫基物质硫酸铵(工况 4)和 SO2气体(工况 5和 6)的添加将循环系统内(S2)的 SO2浓度提高到了 90、88 和 90 mgm3左右，而布袋后的 SO2浓度也相应地提高到了 64、39 和 41 mgm3。可见，该系统能保证 SO2的循环累积，尤其在外源物质的添加下，系统中 SO2浓度能稳定在 100 mgm3左右，有利地保证了后续试验的进行。
2.2 飞灰中 PCCD/Fs 的浓度变化
对中试平台各工况下飞灰的 PCDD/Fs 浓度进行整理和分析发现(图 4)，当没有外源硫基添加时(工况 3)，经飞灰热处理及硫基物质循环抑制后，布袋飞灰的 PCDD/Fs 浓度从 1.68 ng TEQg1降到0.63 ng TEQg1，飞灰中 PCDD/Fs 的去除率达62.5%。当硫酸铵作为外源硫基物质时，经系统热处理后飞灰中 PCDD/Fs 浓度进一步降至 0.34 ngTEQg1，去除率进一步提高到 79.8%，说明外源硫基硫酸铵的添加能抑制飞灰中 PCDD/Fs 的生成。
上 述 研 究 表 明 系 统 的 稳 定 运 行 能 保 证PCDD/Fs 的显著减量化，去除率达 80%以上。由于系统热处理过程存在 PCDD/Fs 的再生成及脱附回流，将会影响系统对二 英的减排效果。因此，后续的研究中需要进一步优化系统相关参数，特别是系统的稳定运行、热处理系统的惰性气氛保护及外源抑制剂的连续添加。
3 结 论
本文依托某危险废物焚烧炉(50 td1)开发了一套硫基循环抑制及飞灰低温热处置联用控制二英排放的中试平台，研究了该系统对硫基的循环累积能力及对烟气中二 英的抑制能力。试验结果表明，该系统能连续稳定运行，对硫基物质有一定的循环累积能力，烟气中 SO2浓度能维持在 50mgm3左右，进一步添加外源硫基物质时，SO2浓度能维持在 100 mgm3左右。系统对整体二 英排放因子的去除率达 78.8%，进一步添加外源硫基硫酸铵和 SO2气体后，去除率分别升至 87.7%和88.3%。低温热处置系统的稳定运行及惰性气氛保护直接影响着该系统对 PCDD/Fs 排放控制效果，系统的相关参数需进一步优化。