鉻渣干法無(wú)害化處理技術(shù)的應(yīng)用

楊紅芬，張東偉

(北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京100027)

1 引言

鉻渣屬于重金屬危險(xiǎn)廢物，研究表明，鉻渣中含有的鉻酸鈣(屬Cr6+)具有較強(qiáng)的致癌和致突變特性［1，2］。近年來(lái)，我國(guó)重金屬污染事件頻發(fā)，尤其是2011年云南省曲靖市發(fā)生的鉻渣污染事件，震驚全國(guó)。目前我國(guó)很多省份都存放著露天鉻渣堆，不少位于大江大河旁邊，還有的隱藏在地下，時(shí)刻威脅著我們的生態(tài)安全和生命安全。因此如何妥善處理好這些鉻渣，防止鉻渣污染事故的再次出現(xiàn)，成為全社會(huì)必須嚴(yán)肅面對(duì)的問(wèn)題。

我國(guó)對(duì)含鉻廢渣的處理早在20世紀(jì)60年代就已經(jīng)展開(kāi)了，并探索了許多治理途徑。總體上有三類(lèi)，即堆儲(chǔ)法、無(wú)害化處理法和綜合利用法［3］。該工程選用較為成熟的回轉(zhuǎn)窯技術(shù)對(duì)含鉻污泥進(jìn)行干法解毒。通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新對(duì)傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯解毒工藝進(jìn)行優(yōu)化，有效保證了解毒效果的穩(wěn)定性，有利于鉻渣污染治理工作的進(jìn)一步推進(jìn)。

2 鉻渣解毒系統(tǒng)

2.1 項(xiàng)目概況

該工程處理的物料主要為含鉻污泥，處理規(guī)模23100t/年，日處理能力70 t/d，每天連續(xù)工作 24h，年平均運(yùn)行工作330d，因含鉻污泥熱值較低，將低硫煤于鉻渣按比例充分混合后進(jìn)行焚燒。

2.2 鉻渣干法無(wú)害化處理的基本工作原理

將鉻渣與還原煤粉按比例充分混合后，密封焙燒，溫度高達(dá)900℃，以過(guò)程產(chǎn)生的CO和H2作還原劑對(duì)Cr6+進(jìn)行還原解毒，將毒性較大的Cr6+還原為低毒的 Cr3+，實(shí)現(xiàn)鉻渣無(wú)害化［4，5］。并在密封條件下水淬后形成玻璃體，或投加過(guò)量的硫酸亞鐵【6】，以鞏固還原效果，解毒后渣中的 Cr6+降至9×10－6mg/kg，進(jìn)入一般工業(yè)廢物填埋場(chǎng)，處理工藝見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

2.3 工藝流程說(shuō)明

2.3.1 進(jìn)料系統(tǒng)

含鉻污泥與煤粉的混合物用抓斗經(jīng)料倉(cāng)送入爐前料斗，爐前料斗設(shè)有兩級(jí)密封門(mén)和推料機(jī)構(gòu)，保證上料過(guò)程中的密封性。

2.3.2 焚燒系統(tǒng)

(1)回轉(zhuǎn)窯變頻調(diào)速控制鉻渣在窯內(nèi)的停留時(shí)間，保證鉻渣的還原時(shí)間。窯頭窯尾采用摩擦式及迷宮式的組合式金屬密封，減少漏風(fēng)量。保證回轉(zhuǎn)窯在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行，窯內(nèi)保持還原氣氛。物料沿著回轉(zhuǎn)窯的傾斜角度和旋轉(zhuǎn)方向向后緩慢移動(dòng)，解毒的鉻渣從窯尾排出，殘?jiān)暨M(jìn)回轉(zhuǎn)窯尾部的刮板除渣機(jī)，除渣機(jī)中放置硫酸亞鐵溶液，對(duì)解毒鉻渣進(jìn)行淬冷。硫酸亞鐵具有強(qiáng)還原性，使高溫狀態(tài)下還原生成的Cr3+不會(huì)再冷卻狀態(tài)下產(chǎn)生逆反應(yīng)，而保持還原狀態(tài)。

溫度是保證鉻渣還原反應(yīng)的最基本條件，回轉(zhuǎn)窯溫度低，還原效果差，溫度過(guò)高則浪費(fèi)能源，該項(xiàng)目回轉(zhuǎn)窯溫度控制在800～950℃左右。

(2)二燃室溫度控制在1100℃。為使煙氣與二次供風(fēng)充分混合，二燃室采用較高的風(fēng)速30～50m/s，不同高度環(huán)向傾斜布置，使二燃室的爐膛空間得到了充分利用，延長(zhǎng)了煙氣在二燃室的停留時(shí)間，煙氣滯留時(shí)間大于2s，使煙氣中的有害物質(zhì)完全分解。

2.3.3 余熱利用系統(tǒng)

采用余熱鍋爐對(duì)焚燒爐內(nèi)產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)行熱量回收，回收的熱量供系統(tǒng)內(nèi)使用和生產(chǎn)使用。在余熱鍋爐的第一回程內(nèi)設(shè)置脫氮裝置，噴入液氨，采用非催化法還原控制NOx。

2.3.4 尾氣凈化系統(tǒng)

(1)急冷塔。采用雙流體噴霧系統(tǒng)進(jìn)行急冷降溫，為減少“二噁英”再合成的機(jī)會(huì)，煙氣在急冷降溫段 200 ～ 550℃ 的滯留時(shí)間小于 1s［7，8］。

(2)布袋除塵器。為保證過(guò)濾效率，過(guò)濾風(fēng)速選擇0.3～0.5m/min。濾袋選用帶有催化功能的濾袋，該催化濾袋集成了兩項(xiàng)技術(shù):催化過(guò)濾技術(shù)與表面過(guò)濾技術(shù)，可對(duì)二噁英、氮氧化物進(jìn)行催化分解。

(3)洗滌塔。采用碳酸鈉中和吸收煙氣中的酸性氣體(SO2、HCl、HF)。塔內(nèi)裝有旋流塔板，除霧波紋板。洗滌塔內(nèi)噴入碳酸鈉溶液，碳酸鈉加入量通過(guò)pH計(jì)在線監(jiān)測(cè)循環(huán)堿液的pH值控制，以保證循環(huán)液對(duì)堿濃度的要求，即酸性氣體與藥液中和后不腐蝕系統(tǒng)設(shè)備。

(4)煙氣加熱器。通過(guò)熱管式換熱裝置將煙氣升溫至130℃左右排放，可有效預(yù)防煙羽的生成。

3 該項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)分析

3.1 鉻渣與煤粉配比技術(shù)

鉻渣與煤粉在合理配比［9］下充分混合后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，在回轉(zhuǎn)窯中高溫(850～950℃)還原氣氛(大量CO存在)條件下，鉻渣中的劇毒的Cr6+被充分還原成無(wú)毒Cr3+，解毒效果良好。

3.2 富氧燃燒技術(shù)

利用富氧燃燒器對(duì)進(jìn)入二燃室的未充分燃燒的煙氣進(jìn)行焚燒，保證了煙氣在1100℃高溫環(huán)境中停留時(shí)間大于2s，同時(shí)相對(duì)于普通燃燒器節(jié)約了燃料，降低了運(yùn)行成本。

3.3 脫銷(xiāo)工藝

采用在900～1100℃的煙氣溫度區(qū)間噴射液氨的非催化還原(SNCR)［10］的煙氣脫硝工藝使NOx的排放濃度低于200mg/Nm3，達(dá)到了歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 催化布袋除塵技術(shù)

布袋除塵器應(yīng)用了催化濾袋，具有催化過(guò)濾和表面過(guò)濾雙重功效，除塵效果好，尤其對(duì)二噁英去除徹底，能達(dá)歐標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 精確的自動(dòng)控制技術(shù)

該系統(tǒng)的測(cè)點(diǎn)設(shè)置全面、合理，應(yīng)用儀表先進(jìn)，控制精確度高，充分把控了關(guān)鍵的工藝點(diǎn)，使整套工藝設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高。例如在回轉(zhuǎn)窯出口設(shè)置一氧化碳儀表、氧含量?jī)x表、溫度儀表對(duì)鉻渣解毒的反應(yīng)條件進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，保證了解毒效果。

4 結(jié)語(yǔ)

鉻渣治理技術(shù)是否可行，首先取決于解毒效果極其穩(wěn)定性，其次是經(jīng)濟(jì)型和可操作行方面的因素。該工程采用的回轉(zhuǎn)窯干法解毒技術(shù)成熟、可靠，而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)周期的考驗(yàn)，加之回轉(zhuǎn)窯易于操作和控制，能夠保證解毒效果的穩(wěn)定性。但該方法能耗偏高，相應(yīng)增加運(yùn)行費(fèi)用。因此有必要進(jìn)一步研究更經(jīng)濟(jì)、解毒更徹底，綜合利用效果更好的方法，以確保在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，做好環(huán)保治理工作。

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