焚烧炉烟气中氯化氢、氟化氢等酸性污染物去除技术综述

引言

随着垃圾焚烧技术的广泛应用，焚烧过程中产生的酸性污染物控制问题日益凸显。氯化氢（HCl）和氟化氢（HF）作为主要酸性成分，不仅具有强腐蚀性，还是形成酸雨、危害人体健康的重要前体物。据统计，我国垃圾焚烧厂烟气中HCl浓度普遍在300-1200mg/m³，HF浓度在10-50mg/m³，远超环保排放标准。开发高效去除技术，对实现垃圾能源化利用与环境保护双目标具有重要意义。

一、酸性污染物生成机制与危害

（一）污染物生成路径

1. 氯化氢产生机理
   主要来自含氯塑料（PVC）、厨余垃圾中的氯化钠（NaCl）及纸张中的氯化物。在焚烧温度超过800℃时，有机物分解产生HCl气体，反应方程式为：
   2NaCl + H2O + O2 → 2HCl + Na2O

2. 氟化氢形成过程
   源于含氟化合物如聚四氟乙烯（PTFE）的分解，反应式为：
   4F⁻ + O2 → 2OF2 → 2HF + O2↑（高温下）

（二）环境与健康影响

1. 设备腐蚀
   HCl与金属接触生成氯化物，加速设备腐蚀。某焚烧厂余热锅炉因HCl腐蚀，年均维修成本增加42%。

2. 生态破坏
   酸性气体形成酸雨，导致土壤酸化、水体富营养化。长三角地区监测数据显示，焚烧厂周边土壤pH值较背景值下降0.8-1.2单位。

3. 人体危害
   长期暴露于含HCl/HF空气，可引发呼吸道疾病。流行病学研究表明，焚烧厂周边居民支气管炎发病率比对照组高37%。

二、酸性污染物去除技术体系

（一）湿法净化技术

1. 喷淋塔工艺
   采用逆流式喷淋塔，烟气与NaOH溶液接触发生中和反应：
   HCl + NaOH → NaCl + H2O
   HF + NaOH → NaF + H2O
   优势：净化效率＞95%，投资成本适中。
   局限：产生含盐废水，需配套蒸发结晶装置。

2. 湿式电除尘耦合
   在电场作用下，带电荷的酸雾粒子被水雾捕集。广州某项目实测显示，耦合系统对PM2.5去除率提升28%，但能耗增加15%。

（二）干法净化技术

1. 消石灰喷射系统
   将Ca(OH)₂干粉喷入烟道，反应式为：
   2HCl + Ca(OH)₂ → CaCl₂ + 2H2O
   优势：无废水产生，运行成本＜0.8元/吨垃圾。
   局限：脱酸效率仅70%-85%，需配合布袋除尘。

2. 活性炭吸附法
   利用活性炭微孔结构吸附酸性气体。实验室数据显示，改性活性炭对HF的吸附容量达8.2mg/g，但再生成本高达300元/次。

（三）半干法净化技术

1. 喷雾干燥法
   将Ca(OH)₂浆液雾化喷入反应塔，水分蒸发后形成干态反应物。深圳某厂应用后，HCl去除率89%，比干法提升14个百分点。

2. 循环流化床工艺
   吸附剂在流化床内循环反应，北京项目实测显示，Ca/S比1.8时，SO2/HCl综合去除率＞92%，但设备投资较湿法高30%。

三、技术创新与优化方向

（一）高效吸附剂研发

1. 纳米级钙基吸附剂
   通过溶胶-凝胶法制备纳米CaO颗粒，比表面积达120m²/g，实验室反应速率常数提升3倍。

2. 复合金属氧化物催化剂
   CeO2-TiO2复合催化剂可将HCl氧化温度降低150℃，促进低温脱酸反应。

（二）工艺集成创新

1. 渗沥液回喷协同脱酸
   利用垃圾渗沥液中的NH3中和HCl，上海某厂实施后，尿素用量减少40%，NOx排放同步降低15.8吨/年。

2. 多污染物协同去除系统
   集成SNCR脱硝+半干法脱酸+活性炭吸附，杭州九峰项目实现烟尘、SO2、NOx、HCl去除率分别＞99.99%、99%、87.5%、99%。

（三）智能化控制升级

1. 烟气成分在线监测
   采用激光光谱仪实时检测HCl/HF浓度，与DCS系统联动调节药剂投加量，某项目实施后药剂浪费减少22%。

2. 数字孪生优化
   构建虚拟反应塔模型，通过CFD仿真优化流场分布，使脱酸效率提升5%-8%。

四、典型案例分析

（一）上海某焚烧厂工艺升级

1. 技术路线
   原工艺：石灰乳湿法
   升级后：SNCR+干法消石灰+活性炭+布袋除尘+湿法NaOH

2. 效益分析
   HCl排放从32mg/m³降至8mg/m³，NOx排放降低15.8吨/年，渗沥液处理成本节约252万元/年。

（二）杭州九峰项目综合处理系统

1. 技术路线
   SNCR+半干法脱酸+干法脱酸+活性炭吸附+布袋除尘+SCR+湿法脱酸

2. 性能指标
   烟尘＜5mg/m³，SO2＜35mg/m³，NOx＜50mg/m³，HCl＜1mg/m³，二噁英＜0.01ng-TEQ/m³，全面优于GB18485-2014标准。

五、未来发展趋势

1. 低温脱酸技术
   开发适用于200-300℃烟气的低温催化剂，解决传统工艺能耗高问题。

2. 资源化利用
   将脱酸产物转化为建筑材料，如CaCl₂用于道路除冰，NaF用于铝电解添加剂。

3. 碳捕集耦合
   在脱酸塔后增设CO2捕集模块，实现碳减排与酸性气体控制双效益。

结语

焚烧炉烟气中酸性污染物去除是垃圾能源化利用的关键环节。通过湿法、干法、半干法技术的综合应用与创新升级，结合智能化控制与资源化理念，可构建高效、经济的净化体系。未来，随着材料科学、智能控制等技术的发展，酸性污染物去除将向更低能耗、更高价值化方向演进，为可持续发展提供坚实支撑。