危險廢物焚燒煙氣中二噁英控制策略探討

劉 凱覃楠鈞施耀華宋曉薇

（1.廣西神州立方環境資源有限責任公司，廣西 南寧 530021；2.廣西壯族自治區環境保護科學研究院，廣西 南寧 530022）

危險廢物焚燒煙氣中二噁英控制策略探討

劉 凱1覃楠鈞2施耀華1宋曉薇2

（1.廣西神州立方環境資源有限責任公司，廣西 南寧 530021；2.廣西壯族自治區環境保護科學研究院，廣西 南寧 530022）

針對我國危險廢物焚燒必然產生二噁英的問題，根據二噁英生成的機理和影響因素，探討焚燒物料組成、煙氣溫度、活性炭噴射量等因素對二噁英排放的影響。結合分析探討結果，提出在危險廢物應進行分類收集，并討論了煙氣溫度、活性炭噴射量的控制要求和條件，提供了實際工程應用中危險廢物焚燒煙氣中二噁英的控制策略。

危險廢物；二噁英；煙氣；控制策略

1 前言

危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或者根據國家規定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有危險特性的廢物，而且通常具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性或者感染性等一種或者幾種危險特性，處置不當還可能對環境或者人體健康造成有害影響[1-2]。2008年，中華人民共和國環境保護部、國家發展和改革委員會聯合頒布并予以實施了《國家危險廢物名錄》，將我國危險廢物按照廢物類別、行業來源和危險特性等因素分為49類，即編號HW01-HW49。

根據環境保護部發布的《2013年環境統計年報》數據顯示，2013年，全國工業危險廢物產生量為3156.9萬t；綜合利用量為1700.1萬t；處置量為701.2萬t；貯存量為810.8萬 t[3]。而根據王琪[4]等人的研究，我國的危險廢物管理存在底數嚴重不清楚的問題，我國工業危險廢物占工業固體廢物總量的2.5%左右，因此估算2013年我國工業危險廢物產生量應為8200萬t左右。

目前危險廢物主要的處理方法主要有化學反應、物理分離、生物處理、焚燒、安全填埋等。而焚燒是最有效、最徹底地處理方法，可實現危險廢物的減量化和無害化，并可回收利用其余熱[5-6]。采用焚燒方式處理危險廢物在國內外也獲得了越來越多的關注和認可[7-10]。2004年原國家環保總局發布了《全國危險廢物和醫療廢物處置設施建設規劃》，規劃建設功能齊全的綜合性危險廢物處置中心31個，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。根據陳佳[11]的調研結果顯示，截止至2012年底，我國共有151處危險廢物焚燒處置設施，爐型主要為回轉窯和熱解爐。

雖然焚燒法處置危險廢物能夠減容、減量，但又不可避免地產生二噁英類有毒物質，從而有可能帶來二次污染。隨著社會的發展，我國危險廢物的焚燒量還將不斷增加，相應帶來的是二噁英類有毒物質的排放量也將不斷增加。為了控制二噁英的排放，我國相繼發布實施了《危險廢物焚燒污染控制標準》、《危險廢物集中焚燒處置工程建設技術要求》，不僅規定了危險廢物焚燒尾氣中二噁英的排放限值，還對危險廢物焚燒處置提出相應的技術要求[12-13]。

本文為了進一步加快推進我國危險廢物焚燒處置行業二噁英的減排工作，結合某個危險廢物焚燒處置設施，探討焚燒物料組成、煙氣溫度、活性炭噴射量等因素對二噁英排放的影響，以期有助于危險廢物焚燒處置經營者根據自身情況進行相應的參數調整和設備選型。

2 基本情況

2.1研究對象

本文特選取廣西某危險廢物處置中心的危險廢物焚燒處置設施作為研究對象。本危險廢物焚燒處置設施處理的廢物以固態、液態廢物為主，平均危險廢物焚燒量為31.28 t·d-1，其中醫療廢物20.13 t·d-1、干化污泥2.8 t·d-1、廢油漆渣2.00 t·d-1、無塵紙1.25 t·d-1、廢活性炭2.20 t·d-1、廢有機溶劑1.40 t·d-1、廢樹脂 1.50 t·d-1。焚燒產生的煙氣量為 18.3 km3·d-1，煙氣中還含有一定量的粉塵、酸性氣體、二噁英及重金屬汞、鎘、鉛等。

2.2危險廢物焚燒處置工藝流程簡述

該中心危險廢物焚燒處置設施的焚燒爐爐型為回轉窯，煙氣凈化系統與我國目前危險廢物焚燒行業大部分設施一樣[14]，選用“急冷+活性炭噴射+布袋除塵器+半干法脫酸”凈化工藝。工藝流程如圖 1所示。各類危險廢物摻混配比后進入回轉窯，在回轉窯中翻動、干燥、氣化、燃燒，經過45～70 min的高溫焚燒，到達回轉窯出口時，危險廢物徹底焚燒成高溫煙氣和灰渣。焚燒灰渣從回轉窯出口處進入水封刮板出渣機，水冷后進入灰倉，定期送到穩定化/固化車間進行處理。燃燒產生的煙氣從回轉窯出口處進入二燃室，在二燃室再次經過高溫燃燒，停留時間在2s以上，使煙氣中的微量有機物及二噁英得以充分分解。二燃室后設置余熱鍋爐，以回收高溫煙氣中的部分熱能。在余熱鍋爐中煙氣溫度從1100～1200 ℃降至550 ℃左右，然后煙氣經煙道從上方進入急冷塔，急冷塔上設置的雙流體噴頭。在噴頭的內部，在壓縮空氣的作用下，壓縮空氣與水經過若干次的打擊，水被霧化成直徑0.1 mm左右的水滴，被霧化后的水滴與高溫煙氣充分換熱，在短時間內迅速蒸發，帶走熱量。使得煙氣溫度在瞬間（一般為 0.7s左右）被降至 200 ℃。由于煙氣在 200～500 ℃之間停留時間小于1s，因此防止了二噁英的再合成。

煙氣經過急冷塔后進入脫酸塔，在此處加入的消石灰粉與煙氣中的酸性氣體進行充分混合，去除大部分的酸性氣體。煙氣在進入布袋除塵器之前，利用虹吸原理將活性炭粉噴入管道當中，吸附煙氣中的二噁英等有毒有害成分。從布袋除塵器底部排出、收集的飛灰經螺旋輸送機、埋刮板輸送機收集運往穩定化/固化車間進行處理。煙氣經過袋式除塵器除塵后進入洗滌塔，去除前端未完全去除的酸性氣體和有害物質。經過洗滌塔后的煙氣中含有大量的水汽，此后在經過引風機時造成積水，并在經過煙囪后形成白煙，對周圍的環境造成嚴重污染。為了解決形成白煙的問題，在洗滌塔后設置煙氣加熱器，將洗滌后溫度大約74 ℃的煙氣升高到大約120 ℃，解決了煙氣中的水汽對引風機及煙囪的腐蝕，也解決煙囪冒白煙的問題。

圖1　危險廢物焚燒處置設施工藝流程圖

2.3二噁英分析方法

二噁英檢測方法依據《環境空氣和廢氣 二（噁）英類的測定同位素稀釋高分辨氣相色譜高分辨質譜法》（HJ77.2-2008）標準方法。分析儀器采用 HP6890GC/Waters Autospec Premier。

3 二噁英控制策略探討

3.1焚燒原料組分控制對二噁英產生的影響

二噁英不是天然產物，而是含氯的碳氫化合物在燃燒過程中形成的，有氯和金屬元素存在條件下的有機物燃燒均會產生二噁英[15]。因此減少二噁英排放最有效、最直接的辦法就是通過控制焚燒原料的組成，盡量減少能促進二噁英形成的物質，從源頭控制二噁英的產生。危險廢物在進入回轉窯前，先進行預處理，剔除部分水分，通過分揀、分離、回收金屬類廢物（銅被證明是非常活潑的催化剎，雖然其他金屬化合物也有催化能力，但能力都相對較弱，所以應注重銅類廢物的分類回收[16]），減少不可燃組份，并盡可能的避免氯、含苯環類廢物進入回轉窯焚燒，從而減少二噁英合成反應中所需的反應物和重金屬催化劑的量。然而對于本危險廢物焚燒處置設施而言，焚燒原料中含有 64%左右的醫療廢物，而醫用廢塑料、廢棄醫用藥品均提供了二噁英形成所需要的氯源。醫用廢塑料本身是可實現多次再生的資源，而近年來新興的高溫蒸汽消毒、化學消毒、微波消毒等非焚燒技術可將分類收集篩選的醫用廢塑料破碎并滅菌消毒后加以再生利用，減少了焚燒原料組分中氯含量，從而控制二噁英的產生。各類危險廢物根據的成分、熱值等參數及廢物間的相容性進行摻混配比，使焚燒物料能夠獲得足夠熱量強度，確保進入回轉窯后得以充分燃燒[17]。

3.2煙氣溫度對煙氣中二噁英形成的影響

溫度是控制二噁英排放的關鍵因素，二噁英在850 ℃以上且停留時間在2 s以上則會得到有效地分解，但在200～500℃范圍內二噁英又容易合成，尤其在350 ℃合成速率最高[18]。所以應采用急冷設備降低煙氣溫度，盡可能縮短煙氣在處理和排放過程中處于200～500 ℃的時間，避開二噁英合成的溫度區域，控制煙氣進入布袋除塵器入口的溫度低于200 ℃，防止焚燒后再合成[19]。王偉與李永華等人[20,21]認為，在理論上通過利用改進的急冷工藝，使急冷塔以噴水的形式與煙氣進行熱量交換，能夠將煙氣溫度在0.22 s以內，從500 °C迅速降至200 °C以下，進而抑制二噁英的二次合成。

3.3活性炭噴射量對危險廢物焚燒煙氣中二噁英脫除效果的影響

“活性碳吸附+布袋除塵器”為控制二噁英排放最有效的的工藝技術，當運行參數優化時，較容易實現使煙氣中二噁英濃度低于0.1 TEQ ng·m-3[22]。活性炭具有很強的吸附性能，不僅可吸附二噁英，還能吸附常規污染物與重金屬等，而通常活性炭噴射量的不同會對二噁英的脫除效果存在一定的影響[23]。

本文初步實驗研究活性炭的噴射量對二噁英脫除效果的影響，實驗結果見圖2。由圖2可知，在煙氣處理系統中，投入活性炭粉末量越多，對二噁英的去除效率越高。當活性炭濃度為0 mg·Nm-3時，二噁英的TEQ的濃度大約為1.4688 TEQ ng·Nm-3，并未到二噁英排放限值0.5 TEQ ng·Nm-3要求；當活性炭濃度為 200 mg·Nm-3時，二噁英的 TEQ的濃度大約為0.3064 TEQ ng·Nm-3，低于排放限值要求；而當活性炭濃度增至500～600 mg·Nm-3時，脫除率提高并不明顯，相對于噴射量的成本而言，明顯是不合理的。但是對于工程應用而言，并不能保證危險廢物焚燒的原料組分不變，也不能時刻保證物料得以充分燃燒，所以在應用當中往往會比理論的噴射量多一倍，即理論上活性炭濃度為200～300 mg·Nm-3即可使二噁英達標排放，在實際應用中應增至500～600 mg·Nm-3。活性炭噴射裝置是有必要的，“活性碳吸附+布袋除塵器”工藝技術可以比較方便地運用于實際工程，也可較容易的實現煙氣中二噁英的濃度達標排放，然而這種技術只是將煙氣中的二噁英轉移到了飛灰中。對于本危險廢物焚燒處置設施的監測結果表明焚燒產生的飛灰中二噁英類最大為3823 TEQ ng·kg-1，所以對飛灰中的二噁英的處理也是一個重要問題。

圖2　活性炭噴射量對危險廢物焚燒煙氣中二噁英脫除效果的影響

4 結論

針對二噁英產生所需的物理、化學條件，可通過控制調整焚燒原料組分、煙氣溫度、活性炭噴射量來排放煙氣中二噁英的排放。

（1）對焚燒原料應進行分類收集，回收其中金屬類廢物、醫用廢塑料，不僅能夠有效控制氮源減少催化劑含量，還可以實現廢物的資源化利用。

（2）通過才用急冷設備，盡可能控制煙氣在二噁英合成的溫度區域（200～500 ℃）的停留時間，可以有效的減少了二噁英的產生。

（3）活性炭噴射裝置是有必要的，當活性炭噴射量為200～300 mg·Nm-3時，二噁英的排放能夠達到標準限值的要求，但在實際應用中應增至500～600 mg·Nm-3，以確保不同工況下危險廢物焚燒煙氣中二噁英能夠達標排放。

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The control strategy discussion on the PCDD/Fs in hazardous waste incineration flue gas

For the problem of hazardous waste incineration is bound to produce PCDD/Fs, according to the mechanism and influencing factors of PCDD/Fs generation, this study discusses how the composition of burning material and flue-gas temperature and quantity of activated carbon ejecting affect the emission of PCDD/Fs. Combining with the analysis results, proposing the hazardous waste should be classified collection, and discussing the control requirements and conditions of flue-gas temperature and quantity of activated carbon ejecting, offering the control strategy on the PCDD/Fs in hazardous waste incineration flue gas in actually engineering project.

Hazardous waste; PCDD/Fs; flue gas; control strategy

X511

A

1008-1151(2015)10-0017-03

2015-09-11

2014人才小高地“錫多金屬礦選礦行業清潔生產節水與資源化利用”。

劉凱（1976－），男，湖北武漢人，廣西神州立方環境資源有限責任公司工程師，碩士研究生，從事固體廢物處置、環境工程等工作。