鉻渣干法無害化處理技術的應用

楊紅芬，張東偉

(北京機電院高技術股份有限公司，北京100027)

1 引言

鉻渣屬于重金屬危險廢物，研究表明，鉻渣中含有的鉻酸鈣(屬Cr6+)具有較強的致癌和致突變特性［1，2］。近年來，我國重金屬污染事件頻發，尤其是2011年云南省曲靖市發生的鉻渣污染事件，震驚全國。目前我國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，時刻威脅著我們的生態安全和生命安全。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，成為全社會必須嚴肅面對的問題。

我國對含鉻廢渣的處理早在20世紀60年代就已經展開了，并探索了許多治理途徑。總體上有三類，即堆儲法、無害化處理法和綜合利用法［3］。該工程選用較為成熟的回轉窯技術對含鉻污泥進行干法解毒。通過技術創新對傳統的回轉窯解毒工藝進行優化，有效保證了解毒效果的穩定性，有利于鉻渣污染治理工作的進一步推進。

2 鉻渣解毒系統

2.1 項目概況

該工程處理的物料主要為含鉻污泥，處理規模23100t/年，日處理能力70 t/d，每天連續工作 24h，年平均運行工作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行焚燒。

2.2 鉻渣干法無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900℃，以過程產生的CO和H2作還原劑對Cr6+進行還原解毒，將毒性較大的Cr6+還原為低毒的 Cr3+，實現鉻渣無害化［4，5］。并在密封條件下水淬后形成玻璃體，或投加過量的硫酸亞鐵【6】，以鞏固還原效果，解毒后渣中的 Cr6+降至9×10－6mg/kg，進入一般工業廢物填埋場，處理工藝見圖1。

圖1 工藝流程圖

2.3 工藝流程說明

2.3.1 進料系統

含鉻污泥與煤粉的混合物用抓斗經料倉送入爐前料斗，爐前料斗設有兩級密封門和推料機構，保證上料過程中的密封性。

2.3.2 焚燒系統

(1)回轉窯變頻調速控制鉻渣在窯內的停留時間，保證鉻渣的還原時間。窯頭窯尾采用摩擦式及迷宮式的組合式金屬密封，減少漏風量。保證回轉窯在負壓狀態下運行，窯內保持還原氣氛。物料沿著回轉窯的傾斜角度和旋轉方向向后緩慢移動，解毒的鉻渣從窯尾排出，殘渣掉進回轉窯尾部的刮板除渣機，除渣機中放置硫酸亞鐵溶液，對解毒鉻渣進行淬冷。硫酸亞鐵具有強還原性，使高溫狀態下還原生成的Cr3+不會再冷卻狀態下產生逆反應，而保持還原狀態。

溫度是保證鉻渣還原反應的最基本條件，回轉窯溫度低，還原效果差，溫度過高則浪費能源，該項目回轉窯溫度控制在800～950℃左右。

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

2.3.3 余熱利用系統

采用余熱鍋爐對焚燒爐內產生的高溫煙氣進行熱量回收，回收的熱量供系統內使用和生產使用。在余熱鍋爐的第一回程內設置脫氮裝置，噴入液氨，采用非催化法還原控制NOx。

2.3.4 尾氣凈化系統

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

(2)布袋除塵器。為保證過濾效率，過濾風速選擇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技術:催化過濾技術與表面過濾技術，可對二噁英、氮氧化物進行催化分解。

(3)洗滌塔。采用碳酸鈉中和吸收煙氣中的酸性氣體(SO2、HCl、HF)。塔內裝有旋流塔板，除霧波紋板。洗滌塔內噴入碳酸鈉溶液，碳酸鈉加入量通過pH計在線監測循環堿液的pH值控制，以保證循環液對堿濃度的要求，即酸性氣體與藥液中和后不腐蝕系統設備。

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

3 該項目的技術創新點分析

3.1 鉻渣與煤粉配比技術

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

3.2 富氧燃燒技術

利用富氧燃燒器對進入二燃室的未充分燃燒的煙氣進行焚燒，保證了煙氣在1100℃高溫環境中停留時間大于2s，同時相對于普通燃燒器節約了燃料，降低了運行成本。

3.3 脫銷工藝

采用在900～1100℃的煙氣溫度區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，達到了歐盟2000標準。

3.4 催化布袋除塵技術

布袋除塵器應用了催化濾袋，具有催化過濾和表面過濾雙重功效，除塵效果好，尤其對二噁英去除徹底，能達歐標排放標準。

3.5 精確的自動控制技術

該系統的測點設置全面、合理，應用儀表先進，控制精確度高，充分把控了關鍵的工藝點，使整套工藝設備運行穩定，自動化程度高。例如在回轉窯出口設置一氧化碳儀表、氧含量儀表、溫度儀表對鉻渣解毒的反應條件進行動態監控，保證了解毒效果。

4 結語

鉻渣治理技術是否可行，首先取決于解毒效果極其穩定性，其次是經濟型和可操作行方面的因素。該工程采用的回轉窯干法解毒技術成熟、可靠，而且經過長周期的考驗，加之回轉窯易于操作和控制，能夠保證解毒效果的穩定性。但該方法能耗偏高，相應增加運行費用。因此有必要進一步研究更經濟、解毒更徹底，綜合利用效果更好的方法，以確保在經濟增長的同時，做好環保治理工作。

［1］石玉敏，王 彤.鉻渣解毒處理處置技術綜述［J］.化工環保，2008，28(6):471 ～476.

［2］郭 軍，黃戊生.鉻渣的無害化處理與資源化利用［J］.太原科技，2008(10):85～86.

［3］崔永鋒.鉻渣干法解毒無害化處理分析［J］.甘肅科技，2012，28(5):49～50.

［4］高玉梅，劉帥霞.鉻渣無害化處理方法的比較研究［J］.中原工學院學報，2009，20(5):34 ～36.

［5］石 磊，趙由才，牛東杰.鉻渣的無害化處理和綜合利用［J］.再生資源研究，2004(6):34～37.

［6］景學森，蔡木林，楊亞提.鉻渣處理技術研究進展［J］.環境技術，2006(3):33～42.

［7］趙由才.實用環境工程手冊―固體廢物污染控制與資源化(第一版)［M］.北京:化學工業出版社，2002.

［8］趙黛青.燃燒生成物的發生與抑制技術［M］.北京:科學出版社，2001.

［9］余宇楠.國內外鉻渣浸出渣治理方法概述［J］.昆明冶金高等專科學校學報，1998，14(2):48 ～50.

［10］黃 霞，劉 輝，吳少華.選擇性非催化還原(SNCR)技術及其應用前景［J］.電站系統工程，2008，24(1):12～14.