危險廢物焚燒余熱利用與煙氣凈化工藝分析

陳竹，肖燕，伍長青

（中國天楹股份有限公司，江蘇南通226600）

危險廢物焚燒余熱利用與煙氣凈化工藝分析

陳竹，肖燕，伍長青

（中國天楹股份有限公司，江蘇南通226600）

通過實際工程分析了危險廢物焚燒余熱利用與煙氣凈化工藝的選擇，提出采用“回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+螺桿膨脹機+急冷塔+旋風除塵器+干式反應塔+活性炭噴射裝置+布袋除塵器+濕式洗滌塔+煙氣加熱器”的工藝，可以實現能量利用以及污染物達標排放。

危險廢物；余熱利用；煙氣凈化

根據《國家危險廢物名錄》，危險廢物是指具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性和感染性等一種或者幾種危險特性的，以及不排除具有危險特性，可能對環境或者人體健康造成有害影響，當未進行適當的處理、存放、運輸或處置時，會對人類健康或環境造成重大危害的廢物［1］。《國家危險廢物名錄》按照最新的國民經濟行業分類對廢物代碼作了調整，廢物類別調整為46類，廢物種類調整為479種。2015年我國危險廢物處理量達3.57×107t，處置率為83.6%，仍然處于較低水平，顯示我國危險廢物產生量大，處置能力不足，存在很大市場空間。

焚燒法能夠極大程度無害化、減量化處理危險廢物，目前，全國90%以上的危險廢物處置中心都采用了危險廢物焚燒處理系統［2］。煙氣經余熱鍋爐進行換熱產生蒸汽，由于蒸汽品質低，在傳統技術制約下企業除自身利用外，大部分對空排放，不僅造成環境污染，而且造成較大的能源浪費。將產生的蒸汽發電并網實現能量梯級利用，提高能源利用效率已經成為危廢行業發展必須要考慮的問題。在大多數適宜焚燒處置的危險廢物（如漆渣、化工釜殘、廢化學試劑等）中，都含有S、Cl、F等成分［3］。危險廢物焚燒處置工程要求對危險廢物進行分類、均值配伍后送到焚燒爐焚燒；要求焚燒煙氣滿足排放指標，這對工程的預處理系統、煙氣凈化系統提出了較高的工藝技術要求［4］。

1 余熱利用與煙氣凈化工藝選擇

1.1 余熱利用工藝選擇

常用的余熱利用設備為汽輪機，而危險廢物產生的蒸汽品質低，因此采用螺桿膨脹機更適宜。螺桿膨脹是容積膨脹型旋轉螺桿式動力機，對達到一定膨脹比的各種混合工作介質具備極高的兼容性，推動陰陽螺桿向相反方向旋轉，實現將熱能轉換成機械能的做功過程。螺桿膨脹機通過工作方式及原理的轉變，一舉擺脫低品位熱源對汽輪機的限制。螺桿膨脹機與汽輪機比較如表1所示。

表1 螺桿膨脹機與汽輪機比較

1.2 煙氣凈化工藝選擇

1.2.1 重金屬、二惡英類物質

首先控制焚燒爐二燃室的“3T＋1E”原則，即保證足夠的溫度（危險廢物焚燒爐>1 100℃）、足夠的停留時間（危險廢物焚燒爐1100℃時>2s）、足夠的擾動（二燃室喉口用二次風或燃燒器燃燒讓氣流形成漩流）、足夠的過剩氧氣［5］。其次，采用強制噴淋降溫方法，在1 s內將溫度從550℃左右降到200℃，避開二惡英的再合成區間。

在常見的二惡英去除工藝組合中，對二惡英去除起重要作用的是活性炭吸附作用，從抑制二惡英生成的觀點考慮，為了達到更好的二惡英去除效果，最好不要采用電除塵器［6］。為減少設備投資，簡化工藝，可采用在布袋除塵器前噴入活性炭粉的方法脫除重金屬及二惡英。部分重金屬具有揮發性，其在燃燒過程中大部分進入煙氣中，在煙氣降溫的過程中被吸附在煙塵上，在除酸性氣體和除塵的過程中被除去。

1.2.2 酸性氣體

酸性氣體的凈化可采用干法、半干式、濕法或者這幾種工藝的組合，這幾種方法都要使用酸性氣體吸收劑，常用吸收劑為CaO、CaCO3、MgO和MgCO3等。其均能去除粉塵、重金屬、酸性氣體，現行的工藝組合大致有4種形式，見表2［7］。

表2 煙氣凈化工藝比較

危險廢物焚燒煙氣凈化技術的選擇應充分考慮危險廢物特性、組分和焚燒污染物產生量的變化及其物理、化學性質的影響，并注意組合技術間的相互關聯作用。干法工藝簡單，不需配置復雜的石灰漿制備和分配系統，設備故障率低，維護簡便；濕法凈化效率較高，在歐洲及美國應用多年的實踐均可驗證其對HCl脫除效率可超過95%，對SO2亦可超過80%。經過濕法脫酸后的煙氣由于含有大量的水汽，因此經過引風機后會在引風機中造成積水，并在經過煙囪后形成白煙，對周圍的環境造成嚴重污染［8］。此時不能直接排放，需通過換熱裝置升溫后排放。煙氣加熱器的熱源來自余熱鍋爐的蒸汽，加熱器采用高效的熱管式換熱器。考慮到廢物中Cl、F、S含量較高，為保證達標排放，采用“急冷塔+旋風除塵器+干式反應塔+活性炭噴射裝置+布袋除塵器+濕式洗滌塔+煙氣加熱器”的煙氣凈化工藝。

2 危險廢物焚燒余熱利用與煙氣凈化工藝分析

2016年，某市總人口約120萬人，產生的危險廢物總量約18 500 t/a，其中適合焚燒處理的約占處置總量的54%。主要處理危險廢物包括農藥廢物、有機溶劑廢物、廢礦物油、精（蒸）餾殘渣、有機樹脂類廢物、染料涂料廢物等。

本項目焚燒系統處置能力為1 250 kg/h，整套焚燒系統24 h連續運行，危險廢物配伍后低位熱值為14 630 kJ/kg。采用“回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+螺桿膨脹機+急冷塔+旋風除塵器+干式反應塔+活性炭噴射裝置+布袋除塵器+濕式洗滌塔+煙氣加熱器”的煙氣凈化工藝。

2.1 余熱利用系統

本項目危險廢物焚燒系統工藝流程如圖1所示。從二燃室出來的約1 100℃的煙氣經余熱鍋爐換熱產生1.0 MPa、184℃的蒸汽約5.0 t/h，主要進行4部分余熱利用，如圖2所示：0.3 t/h蒸汽用于二次風加熱、0.4 t/h蒸汽用于熱力除氧器加熱、0.5 t/h蒸汽用于焚燒煙氣凈化系統煙氣再熱、3.8 t/h蒸汽用于螺桿膨脹機發電。

螺桿膨脹發電機組的技術參數如表3所示。

圖2 余熱利用系統

表3 螺桿膨脹機技術參數

2.2 煙氣凈化系統

從余熱鍋爐出來的約12 000 m3/h的550℃煙氣經急冷塔后變為約15 100 m3/h的200℃煙氣。再經旋風除塵器、干式脫酸塔以及布袋除塵器的凈化處理，煙氣溫度約為160℃，此時通過濕式洗滌塔洗滌變為13 353 m3/h的70℃煙氣，再經過煙氣加熱器加熱到約135℃排放。濕式洗滌塔產生的約2.5 t/h的廢水一部分用于冷卻爐渣，一部分進廢水處理站。從急冷塔、旋風除塵器、干式脫酸塔及布袋除塵器產生的飛灰落入刮板輸送機內集中輸出，經收集后，定期送至固化車間處置。灰分主要為煙氣夾帶的飛灰及噴入的石灰粉及活性炭粉，本項目焚燒線飛灰量約為1.5 t/d。煙氣凈化工藝物料平衡如圖3所示。

圖3 煙氣凈化工藝物料平衡示意

3 結束語

本工程達到了綜合利用煙氣余熱、提高煙氣余熱利用率的目的；提高了生產企業的經濟效益，減少了環境污染，達到了增加能源并提高社會效益的目的；同時采用螺桿機發電具有可觀的經濟效益和應用前景，為企業小規模蒸汽利用提供了新的途徑。同時本工程集成了煙氣降溫、除塵、脫酸、重金屬去除以及降低二惡英等各類技術的煙氣凈化工藝，使得相關污染物排放能夠達標，減少對大氣的污染。煙囪上設置取樣孔，安裝煙氣在線檢測系統，監視排放煙氣的品質并反饋控制煙氣凈化系統的運行。煙氣在線監測裝置檢測焚燒爐所排放煙氣中的煙塵、二氧化硫、氯化氫、一氧化碳、氮氧化物、含氧率、二氧化碳等。

［1］杜軍，鄭喜洋，程冉冉.危廢焚燒工程煙氣治理工藝研究［J］.現代化工，2016（2）：122-124.

［2］張邵坤.回轉窯危險廢物焚燒系統的優化設計［J］.中國環保產業，2015（4）：59-63.

［3］姜安璽.污染物控制［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［4］鄭安橋.危險廢棄物焚燒處置預處理及煙氣凈化工藝設計［J］.環境工程，2010，28（5）：58-62.

［5］肖燕，李軍，伍長青.回轉窯焚燒爐在某縣危廢焚燒處理中的應用［J］.環境衛生工程，2015（5）：74-77.

［6］周澤宇，劉書敏，蔡德耀.垃圾焚燒中二惡英脫除方法及機理［J］.能源與環境，2009（1）：80-82.

［7］肖燕，伍長青，李軍.危險廢物焚燒工程實例介紹［J］.中國環保產業，2016（5）：24-27.

［8］岳強，范亞民，耿磊，等.危險廢物焚燒工程煙氣治理工藝設計［J］.環境衛生工程，2012，20（4）：28-30.

Technology Analysis of Waste-heat Utilization and Flue Gas Purification in Hazardous Waste
Incineration

Chen Zhu，Xiao Yan，Wu Changqing
（China Tianying Inc.，NantongJiangsu226600）

By the practical project，we analyzed the waste-heat utilization and cleaning process of flue gas produced by hazardous waste incineration，and proposed the technology of rotary kiln+second combustion chamber+waste-heat boiler+screw expander+quench tower+cyclone dust collector+dry reactor+activated carbon injection device+bag dust collector+ wet scrubber tower+flue gas heater.The technology can realize energy utilization and pollutant discharging under certain standard.

hazardouswaste；waste-heat utilization；flue gascleaning

X706；X701；X705

B

1005-8206（2017）03-0034-04

陳竹（1970—），主要從事城市固體廢物處理。

2017-02-06