危險廢物焚燒處置煙氣達標排放研究

周苗生，李春雨，蔣旭光，陸勝勇，李曉東

(1.杭州市大地環保有限公司，杭州 311101；2.能源清潔利用國家重點實驗室（浙江大學），杭州 310027)

危險廢物焚燒處置煙氣達標排放研究

周苗生1，李春雨2，蔣旭光2，陸勝勇2，李曉東2

(1.杭州市大地環保有限公司，杭州 311101；2.能源清潔利用國家重點實驗室（浙江大學），杭州 310027)

危險廢物安全處置是固體廢物管理的重點，杭州市危險廢物及醫療廢物處置項目采用回轉窯焚燒爐，配合二燃室、余熱鍋爐以及煙氣處理系統，采用急冷塔、反應塔、布袋除塵和洗滌塔對煙氣進行處理。監測表明，通過對送入窯內焚燒的危險廢物進行配比并在污染物脫除系統中添加消石灰和活性炭，以及采用布袋除塵后，可以實現污染物達標排放。

危險廢物;焚燒;回轉窯;布袋除塵;污染物排放

1 引言

危險廢物具有毒性、反應性、易燃性、腐蝕性、感染性等危險特性，處置不當會對人類健康和環境造成重大危害。我國2008年危險廢物的產生量達到1357萬t，比上年增長8.3%，除去部分綜合利用外，需要處置或貯存的危險廢物達到585萬t[1]。發達國家自20世紀70年代起就對危險廢物的污染狀況進行調查，經過近四十年的發展，已經建立了完整的管理法規體系[2]。與發達國家相比，我國危險廢物管理水平和處置技術尚處于較低階段，但過去十多年間明顯加快了步伐。我國在1995年通過了《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》，并在2004年進行了修訂，按照《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》的要求，國家陸續出臺了一系列標準和規范，對危險廢物的貯存、運輸、焚燒、填埋等環節作出了規定。為了便于危險廢物的統一鑒別和管理，1998年頒布了《國家危險廢物名錄》，并根據使用中存在的問題在2008年作了修訂，新的《國家危險廢物名錄》將危險廢物分為49大類，并按照行業來源進行了詳細分類。

焚燒是危險廢物安全處置的重要手段之一，焚燒處置在實現危險廢物減量化和無害化處置的同時，還可以實現余熱回收利用[3]。國家在2001年發布的《危險廢物污染防治技術政策》中鼓勵研究開發高效、實用的危險廢物焚燒成套技術和設備，包括危險廢物焚燒爐技術、危險廢物焚燒污染控制技術和危險廢物焚燒余熱回收利用技術等，同年出臺的《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB18484-2001）為危險廢物的焚燒處置提出了污染排放控制要求。2004年印發的《全國危險廢物和醫療廢物處置設施建設規劃》要求危險廢物集中處置系統優先采用對廢物種類適應性強的回轉窯焚燒技術[4]。

危險廢物中除了易爆和具有放射性的外，均可送入回轉窯內焚燒，但為了保障安全運行，仍需對送入回轉窯內進行焚燒的危險廢物進行控制，否則某些成分會在高溫下產生劇烈的化學反應，燒壞爐壁，導致危險廢物泄漏甚至爆炸事故[5]。此外，焚燒過程中控制焚燒廢物的組分，以及良好的預處理和組織燃燒、加入適量添加劑，還能夠對污染物的生成控制起到積極作用，提高危險廢物安全處置效果[6-8]。廢物焚燒系統產生的飛灰，由于其浸出毒性一般超過危險廢物的鑒別標準[9、10]，通常也被當作危險廢物處理，經過固化處理后的飛灰達到安全要求以后，才可以送入填埋場進行填埋處理[11]。近年來，眾多學者開始研究在環境安全的前提下，對廢物焚燒灰渣進行資源化利用，但綜合利用需要考慮灰渣的性能，如果焚燒過程中的灰渣燃盡效果不佳，或由于底灰的包裹等因素，都會造成底渣中可燃成分增加[12]，降低灰渣的綜合利用性能。雖然通過采用先進的燃燒和控制技術，促進燃燒的均勻和完全，減少煙氣排放量等措施，可以大大降低污染物排放總量，降低煙氣處理成本，但只有進行源頭管理和廢物減量，盡可能地減少需要焚燒處理的廢物數量，才是最根本的解決途徑[13]。本文以浙江省重點項目杭州市危險廢物及醫療廢物處置項目為例，對危險廢物焚燒處置煙氣污染物排放特性進行了研究。

2 杭州市危險廢物及醫療廢物處置項目簡介

杭州市危險廢物及醫療廢物處置項目建設規模包括14,400t/a的危險廢物回轉窯高溫焚燒，8000t/a的醫療廢物焚燒系統，兩套焚燒裝置可以互為備用，配套灰渣穩定化固化設施、廢物暫存庫，安全填埋場規模為庫容量65萬m3。該項目處理的工業廢物以固態、液態廢物為主，主要是熱值較高和毒性較大的廢有機溶劑、農藥廢物、醫藥廢物、廢礦物油、精（蒸）餾殘渣/液、含酚廢物、有機磷化合物等，以及污水處理的含油污泥、印染污水污泥、劇毒化學品等；從狀態上劃分包括固體廢物、液體廢物、半固體膏狀廢物。為保障焚燒爐穩定安全運行，危險廢物入爐前，需根據成分、熱值等參數及廢棄物間的相容性進行摻混配比[14]，配比后入爐廢物平均低位熱值為12.9MJ/kg，輔助燃料用輕質柴油。項目設計6個有效容積為30m3的液體暫存罐，暫存罐內的廢液經廢液泵輸送至回轉窯和二燃室：熱值低于25MJ/kg的廢液進入回轉窯，高于25MJ/kg的廢液進入二燃室，替代部分二燃室的輔助燃油；半固體膏狀廢物采用木屑干化后同固體一起進料。

回轉窯焚燒爐要求進料最佳尺寸不超過100×100×200（mm），不滿足要求的廢物需要經過破碎機處理，破碎后的廢物進入預處理區暫存坑，在預處理區進行不同來源危險廢物的配料摻混，整個預處理區為密閉負壓狀態，空氣被焚燒爐鼓風機引入爐內焚燒處理，確保有害氣體不外溢。廢物被抓斗送入爐前料倉后，經料倉底部的鏈板輸送機送入爐前中間料斗，在料斗底部設有計量裝置。

危險廢物焚燒系統由回轉窯、二燃室及控制系統組成。經過預處理的各類危險廢物按照適當比例配比后通過不同的進料途徑進入焚燒系統，在回轉窯連續旋轉下，廢物在窯內不停翻動，完成干燥、氣化和燃燒，通過調節回轉窯轉速，可以調整物料在回轉窯內的停留時間，由于物料在回轉窯內的停留時間較長（40～73min），當到達回轉窯出口端時，能夠實現較好的燃盡效果，殘渣自窯尾落入渣斗，由水封出渣機連續排出。危險廢物在回轉窯內燃燒所需風量由窯頭不同的送風系統送入，回轉窯出口處煙氣進入二燃室經過再次高溫燃燒，煙氣在二燃室的停留時間大于2s，進一步降低了出口煙氣中有機組分的含量。經充分燃燒的高溫煙氣進入余熱鍋爐回收熱量。考慮到危險廢物的復雜性、成分多變性及熱值的不均衡性，為確保焚燒系統的安全穩定運行，回轉窯頭和二燃室都布置了輔助燃燒器。當廢物熱值低于1.17MJ/kg或含水率高于50%時，回轉窯需加入燃油助燃。焚燒系統和煙氣處理系統主要技術參數如表1所示。

為了提高經濟性，在二燃室后部布置余熱鍋爐，通過余熱鍋爐將高溫煙氣中的部分熱能回收，所產生的蒸氣供內部使用，煙氣溫度在余熱鍋爐內由1100℃～1200℃降至500℃左右后進入急冷塔。為了抑制二英的生成，需要嚴格控制余熱鍋爐出口煙氣溫度不能太低，急冷塔壓力霧化噴頭將水霧化成直徑小于30μm的霧滴，直接與煙氣進行傳質傳熱交換，利用煙氣的熱量使噴淋的水分蒸發，從而使煙氣在塔內迅速降溫至200℃左右，煙氣在急冷塔內的停留時間＜1s，急冷塔出來的煙氣進入布袋除塵器除去粉塵。為減輕后續處理工序的堿消耗量，煙氣在進入布袋除塵器之前通過流化床反應器噴入消石灰粉和活性炭粉，使煙氣中的酸性氣體與Ca(OH)2中和，煙氣中的PCDD/PCDF等有毒有害成分則由活性炭吸附。經布袋除塵器除塵后的煙氣進入洗滌塔，煙氣中的有害成分在洗滌塔內被進一步去除，焚燒系統及煙氣凈化系統如圖所示。

余熱鍋爐、急冷塔、布袋除塵器底部分別設置有飛灰收集裝置，收集的飛灰送至穩定/固化車間處理，回轉窯窯尾的出渣經磁選機分離出金屬后，運至穩定/固化車間處理后送入填埋場進行填埋處理。為了實際監測焚燒系統運行過程中污染物的排放情況，于2009年7月對1.44萬t/a的危險廢物回轉窯高溫焚燒系統運行過程排放的煙氣中的污染物進行了測定[15]。

廢物焚燒及煙氣流程示意圖

表1 焚燒系統和煙氣處理系統主要技術參數

3 危險廢物焚燒系統污染物排放監測

3.1 危險廢物成分分析

送往處置中心進行安全處置的危險廢物的來源復雜，不同來源的廢物的成分和物化特性有很大差別，為了保證焚燒系統安全運行和污染物排放的有效控制，需要對不同來源的危險廢物進行必要的預處理，并按照不同比例進行摻混。摻混配比過程不僅需要考慮不同危險廢物的性質，防止發生劇烈反應，還需要控制危險廢物中的S、Cl含量，對S、Cl含量較高的成分，可適當降低其在摻燒中的比例。監測期間焚燒爐焚燒的廢物主要有廢油墨、廢油漆，蒸餾有機殘渣、廢有機溶劑殘渣等，監測期間送入回轉窯焚燒的危險廢物成分分析以及配料比例如表2所示。在表2所列各危險廢物中，有機鹵化殘液Cl含量較高，但可以通過降低其在混料中所占比例來減少其高Cl含量帶來的二英生成的危險性。監測期間焚燒量為2.1t/h，工況負荷為90%。

表2 監測期間焚燒危險廢物成分分析

3.2 監測方法

監測過程按照《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484-2001）中規定的焚燒設施排放氣體分析方法，對該焚燒系統運行過程中污染物排放情況進行監測，其中Pb、Cu采用EPA200.8-1994，SO2采用HJ/T 56-2000中規定的方法進行測定，監測點位于煙囪段（如圖所示）。

3.3 監測結果

監測結果如表3所示。由表3可知，采用回轉窯+二燃室+余熱鍋爐焚燒系統，不但可以實現危險廢物焚燒過程中的熱量回收，而且通過設置急冷塔和添加消石灰、活性炭脫除污染物，并采用布袋除塵，還可以實現危險廢物焚燒處置過程中污染物的達標排放。根據監測，煙氣處理系統煙塵平均去除率達到98.7%，SO2的平均去除率達到95.5%，HCl的去除率達到88.4%[15]。

表3 回轉窯焚燒系統煙氣排放污染物測定結果[15]

表4 回轉窯焚燒系統煙氣排放污染物測定結果[15]

4 結語

（1）危險廢物是工業固體廢物管理的重點，隨著工業的發展，危險廢物的種類和產生量逐年增加，回轉窯焚燒處置可以較好地適應不同來源的危險廢物成分復雜的特點。

（2）適當的預處理和良好的摻混配比對危險廢物在回轉窯內的安全、有效焚燒十分必要，并有助于控制污染物的生成。

（3）合理布置余熱鍋爐內受熱面，將余熱鍋爐出口煙氣溫度控制在合理范圍，煙氣經過急冷塔處理后，完全可以抑制二英的生成。

（4）經由流化床反應器添加消石灰和活性炭，以及布袋除塵器，焚燒系統煙氣中的污染物排放量可以完全達到國家排放標準。

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