危險廢物焚燒處置及煙氣凈化工藝技術特點分析

文_梁東梅 上海清寧環境規劃設計有限公司

由于近年來危險廢物導致的環境風險和污染日益突出，我國出臺了一系列危險廢物污染防治法規和處理處置工程技術規范。危險廢物的處理處置主要采用預防為主、集中控制，全過程管理和污染者承擔治理的防治原則，促進危險廢物的減量化、資源化和無害化。目前，危險廢物最終處置技術手段主要為安全填埋和焚燒，而焚燒技術通過將危廢置于高溫且含氧量充足的焚燒爐中，使其可燃成分充分氧化分解，是一種同時具有減量化、無害化和資源化的處理技術，現已成為危險廢物無害化處置的主要技術手段之一。

某危險廢物處置工程的危廢來源主要為當地化工及相關行業，危險廢物的有機物含量和熱值較高，成分較為穩定，適合采用焚燒處置工藝。本文結合該工程實例介紹危險廢物采用“回轉窯+爐排+二燃室”的焚燒處置工藝以及“SNCR 脫硝+急冷脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸+煙氣加熱+活性焦吸附”的煙氣凈化工藝技術特點。

1 危險廢物焚燒處置工藝

針對復雜多樣的危險廢物，為達到無害化、減量化、資源化處理的目標，所選用的爐型及焚燒方法應適應性廣、尾氣凈化部分須安全可靠。

本工程采用技術成熟、穩定可靠的“回轉窯+爐排+二燃室”的多段燃燒模式，同時多段配風，并通過縮短回轉窯部分、加長爐排的結構調整方式，使回轉窯以干燥和熱解為主，爐排以燃燒、燃燼為主，可處理大小、形狀、理化性復雜的廢物，使危險廢物焚燒后殘渣熱灼減率滿足《危險廢物焚燒大氣污染物排放標準》（DB31/767-2013）中熱灼減率＜5%的要求。

不同熱值的固廢配伍后投入回轉窯中，高熱值廢液通過噴槍噴入窯內，在高溫煙氣下通過回轉窯的混合、干燥、熱解，大部分廢物被熱解氣化，形成可燃氣體，直接進入二燃室燃燒；其余廢物在回轉窯熱解過程中經攪拌、碰撞，使廢物的粒度減小，未燃燼物料落至爐排上繼續燃燼，熱解氣體進入二燃室內。焚燒爐排為往復式順推爐排，緊接在回轉窯尾部，從回轉窯排出的正在燃燒的殘渣直接掉落在該尾部爐排上，通過爐排的往復運動逐步將未燃燼的殘渣向前慢速移動、翻動。同時，爐排下方設計為分室送風，分段供入可使殘渣燃燼的足夠風量，殘渣中的未燃燼物質繼續燃燒、燃燼，直至爐排末端，落入渣井水冷后由排渣機排出。

“回轉窯+爐排+二燃室”焚燒模式示意圖見圖1。

該焚燒系統特點如下：

①回轉窯作為干燥熱解氣化裝置，不作為主燃裝置，不需要補足大量輔助燃料和空氣，窯內氣氛溫和，可燃氣體緩慢進入二燃室，大大減少隨煙氣帶入的飛灰、重金屬、鹽類。

②回轉窯溫度控制在重金屬揮發、低熔點鹽的熔融溫度以下，重金屬和低熔點鹽以固體形式和其他灰渣落在爐排上，隨爐排運動分別落入爐排下灰斗和出渣機中。

③爐排可根據焚燒廢物的特性設計足夠的寬度和長度，使由窯尾跌落未燃燼的殘渣在爐排上再次充分焚燒，相當于在爐排軸線長度方向均布置燃燒空氣。

④未燃燼殘渣在爐排上的行進方式是向前上方→跌落翻滾→向前移動，按照如下規律：燃燒（著火）→翻身（鼓風）→燃燒（去灰）→直至燃燼。

⑤爐排被分為多個風室，每一室都是獨立的供風，獨立風壓。爐排運動速率可調，可根據實際情況提供不同的風量和風壓乃至調整爐排運動速率以使殘渣進一步被燃燼。

2 焚燒煙氣污染控制措施

2.1 焚燒煙氣凈化工藝

焚燒煙氣中污染物主要有酸性組分（SO2、NOx、HCl、HF）、CO、重金屬、顆粒物、二噁英類等。根據污染物性質，煙氣凈化系統采用“SNCR 脫硝+急冷脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸+煙氣加熱+活性焦吸附”的多級煙氣凈化工藝，使排放尾氣的污染物滿足《危險廢物焚燒大氣污染物排放標準》（DB31/767-2013）中排放標準要求。焚燒煙氣凈化處理工藝流程見圖2。

圖2 焚燒煙氣凈化處理工藝流程

SNCR 脫硝：在余熱鍋爐的上半段位置設置尿素溶液噴入口，對NOX進行脫除。

急冷脫酸：余熱鍋爐出口約550℃的煙氣進入急冷脫酸塔，急冷脫酸塔內噴槍兩層布置，在塔上部設置冷卻水噴槍，進入塔內的高溫煙氣與霧化噴淋水霧直接接觸，急速降溫至200℃以下，有效避免二噁英類物質的再合成。在塔的中下部設置堿液噴槍，噴入堿液，與煙氣中的部分酸性氣體發生中和反應。

干法反應、布袋除塵：急冷脫酸塔后設置干法反應器，在干法反應器內先后噴入消石灰和活性炭粉末，煙氣中的酸性氣體與消石灰和活性炭進行湍流接觸，發生中和反應，同時吸附二噁英和重金屬，進入布袋除塵器后仍然起到吸附與中和反應作用。燃燒產生的煙塵、脫酸中和反應的產物，未參加反應的藥劑顆粒、吸附二噁英和重金屬的活性炭等形成了煙氣中的固體顆粒，經布袋除塵器收集除去。

濕法脫酸：煙氣經布袋除塵后進入濕法脫酸塔，pH 值為12的堿液循環噴淋，煙氣中的酸性氣體與堿液發生中和反應，經噴淋后煙氣溫度約為70℃。濕法脫酸后煙氣經煙氣再熱器與余熱鍋爐生產的蒸汽間接換熱，達到150℃左右，在引風機的作用下送入活性焦吸附裝置。

活性焦吸附：濕法脫酸后的煙氣再通過活性焦吸附裝置進一步凈化處理，最后高空排放。

2.2 焚燒煙氣污染控制措施分析

2.2.1 二噁英類污染控制措施

二噁英類的生成，主要由于焚燒廢物中鹵素含量過高，以及在高溫環境條件下生成。對二噁英類的控制，主要通過合理配伍進料和控制焚燒工況來減少爐內生成，以及加強后續凈化處理控制二噁英類排放的相結合方法。

①分類收集，根據廢物成分、熱值等參數合理配伍，保證入爐廢物的均質性，有效檢測，嚴禁高含氯物質集中進爐。

②采用3T 控制燃燒工況，從源頭抑制二噁英類的生成。3T控制是指二燃室溫度（Temperature）在1100℃以上，使二噁英類完全分解；保證煙氣在二燃室中有足夠的停留時間（Time），在2s 以上，使可燃物完全燃燒；優化焚燒爐的爐體設計，合理配風，提高煙氣的湍流度（Turbulence），改善傳熱、傳質效果；保證足夠的爐膛空氣供給量，過量的氧氣能夠保證充分燃燒，但是過多的氧氣會促進氯化氫轉化為氯氣，因此須保證適量的氧氣含量，二燃室出口氧含量控制在6%～10%。通過以上工藝控制，減少二噁英類生成。

③采用煙氣急冷技術，遏制二噁英類再合成。焚燒煙氣在含有二噁英類前驅物（可以是氯苯、氯酚等二噁英類片段物質，也可能是脂肪族化合物、芳香族化合物、氯代烴等化合物）、活性氯、氧、Cu、Fe 等物質并在適宜溫度（250 ～450℃）的條件下極易再形成二噁英類物質。為了遏制煙氣凈化過程中二噁英類的再合成，焚燒煙氣從余熱鍋爐出來后（保證出口溫度＞500℃），采用急冷技術使煙氣在1s以內由500℃以上急速冷卻至200℃以下，從而避開二噁英類易形成的溫度區。急冷塔利用壓縮空氣使噴水霧化，水被霧化成非常細小的霧滴，霧滴在高溫煙氣中迅速蒸發，吸收煙氣的大量熱量，使煙氣迅速降溫，減少二噁英再合成的時間，抑制二噁英類有害物質再生成。

④結合活性炭吸附和袋濾式除塵器，高效去除二噁英類。活性炭具有極大的比表面積和極強的吸附能力，在袋式除塵器之前的管道內噴射活性炭，使煙氣進入袋式除塵器之前就能與活性炭充分混合和接觸，可有效吸附二噁英類，并在后續布袋除塵器上被截留形成濾餅去除，從而最大限度地減少二噁英類排放量。

焚燒煙氣從急冷塔出來的溫度在200℃以下，布袋除塵器正常工作溫度可在120 ～260℃，既滿足煙氣溫度要求又可有效防止二噁英類物質生成。

⑤采用活性焦吸附技術，減少二噁英類排放量。煙氣凈化系統的后段設有均壓移動床式活性焦吸附塔，此裝置保證煙氣最后通過的活性焦一直為活性最佳狀態，對已經痕量的二噁英進行進一步的攔截。

活性焦具有比活性炭更發達的孔隙結構，尤其具有豐富的表面官能團和良好的催化反應特性，可以脫除廢氣和廢水中的多種有害物質。活性焦是針對處理重金屬和二噁英類開發的產品，面對成分復雜多變的危險廢物的焚燒煙氣，活性焦對重金屬和二噁英類有極佳的吸附脫除效果，在焚燒煙氣排放前設置活性焦吸附裝置，可有針對性、高效率的去處煙氣中的二噁英類、重金屬類物質，進一步降低污染物排放濃度，滿足現行嚴格的排放標準要求。

通過上述治理措施，通常可使二噁英類的去除效率達到85%以上。

2.2.2 酸性氣體控制及治理措施

酸性氣體主要由SO2、HCl、HF、NOX組成，對焚燒煙氣中的酸性氣體，采用急冷中和洗滌、消石灰干法脫酸、堿液濕法脫酸的多級脫酸模式，并且布袋除塵器攔截、移動床式活性焦吸附塔對酸性物質也有一定的中和、吸附、攔截作用。

煙氣與噴入的消石灰、NaOH 堿液充分混合，其中所含SO2、HCl、HF 等酸性氣體與消石灰、NaOH 堿液發生中和反應生成相應的鹽。主要反應方程式為：

經中和反應后再接布袋除塵器和堿液噴淋洗滌，酸性尾氣得以進一步去除。

采用上述多級脫酸模式，對酸性氣體HCl、HF 總去除率可達85%以上，SO2可達80%以上，使其滿足排放標準要求。

HCl、HF 等與消石灰、NaOH 堿液進行酸堿中和反應，由于此化學反應效率較高，通常為酸性氣體去除的最有效方法。

2.2.3 NOx的產生及控制措施

NOX的產生主要分熱力型和燃料型。控制NOX的排放主要通過兩個途徑，一是控制燃燒工況降低NOX生成量；二是尾氣凈化系統增加脫硝措施。

焚燒系統所用燃料為含氮量少的清潔能源輕柴油，且主要為啟爐升溫和調控爐溫用，不起主要燃燒作用，因燃料燃燒產生的氮氧化物較少，可控制燃料型NOX產生。

熱力型NOx生成與燃燒溫度和氧氣濃度有關。焚燒溫度越高，含氧量越高，NOx產生越多。本工程將物料的燃燒過程分階段完成，實施多級燃燒的焚燒模式可以有效抑制熱力型NOx。在第一階段，物料在回轉窯內焚燒，供入回轉窯的空氣量為總燃燒空氣量的35%，使物料先在缺氧的富燃料燃燒條件下干餾及燃燒，此時第一級燃燒區內過量空氣系數α＜1，降低了燃燒區內的燃燒速度和溫度水平，而且在還原性氣氛中降低了NOx的反應生成率，抑制NOx生成。為了完成全部燃燒過程，完全燃燒所需的其余空氣則通過爐排給風和二燃室二次風的供給，使第一級燃燒區在“欠氧燃燒”條件下所產生的混合煙氣，在α＞1的條件下完成二次及全部燃燒過程。在第一級燃燒區內的過量空氣系數越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃燒產物越多，導致燃燒效率降低、引起燒不透和腐蝕越大，通過增加爐排和控氧燃燒，有效解決了不完全燃燒和燒不透的問題。既能保證減少NOx的排放，又保證焚燒爐燃燒的經濟性和可靠性。

此外，在余熱鍋爐的上半段內設置SNCR 系統藥劑噴入口，使用尿素作為脫硝劑，此區間溫度為850 ～1100℃，還原劑與煙氣充分混合，可以有效進行脫硝反應，實現最佳的脫硝效率和最小的NH3逃逸。超過該溫度區，氨氣會被氧化成氮氧化物；當溫度降低時，反應速度減慢，會導致逃逸的氨氣在煙道內形成氨鹽。利用尿素CO(NH2)2還原NOx 并結合后續脫酸藥劑的使用，總體上NOx去除效率可達60%以上。

逃逸的NH3可在后續煙道中與NOx及煙氣中的酸性物質進一步反應去除，并經濕法脫酸塔噴淋水的吸收，可有效去除逃逸的NH3。通過上述治理措施，可使排放尾氣中NOx和NH3均滿足排放標準要求。

2.2.4 顆粒物的控制治理措施

焚燒系統采用多級燃燒、多級供風的模式，各級燃燒煙氣流速較低，可減少煙氣的帶塵量。

焚燒系統顆粒物的控制主要通過合理設計回轉窯和二燃室結構尺寸，回轉窯欠氧燃燒，煙氣量較低，使煙氣流速控制在2 ～3m/s，該流速下，顆粒較大可沉降。煙氣進入余熱鍋爐內后，截面積放大，煙速放緩，煙氣中顆粒物因自身重力作用下落，沉降效果更好；余熱利用后，布袋除塵器對煙氣中的顆粒物有高效的捕捉，后續布置的濕法洗滌塔對顆粒物也有一定的去除作用，活性焦床也有一定的過濾作用，總體上顆粒物的去處效率可達98%以上，滿足排放標準要求。

2.2.5 重金屬類的控制治理措施

重金屬主要是廢物本身含有，是不值得回收的微量存在。部分顆粒物和重金屬附著在鍋爐管束表面上，在吹灰器的作用下落入灰斗；后續通過煙氣冷卻、活性炭吸附、布袋除塵器攔截、活性焦吸附等對重金屬進行多次附著、吸附、攔截以實現去除。

含重金屬廢物焚燒后，部分重金屬經揮發而存在于煙氣中，當煙氣通過冷卻設備后，重金屬經降溫而凝結成粒狀，或因吸附作用而附著于噴入的消石灰粉末、活性炭或細灰表面，可被后續的除塵設備去除。當廢氣通過除塵設備時的溫度越低，去除效率越佳。

活性焦吸附裝置是專門針對防治重金屬和二噁英類研發的產品，對重金屬同樣具有良好的去除效率。

綜合上述治理措施，對重金屬類的去除效率總體可達70%以上。由于汞的飽和蒸氣壓較高，不易凝結，汞的去除效率約35%；通過嚴格控制汞的入爐焚燒量，可實現重金屬類污染物的達標排放。

2.2.6 CO的產生控制措施

CO 的產生原因主要是氧量不足和燃燒時間不夠。可通過：①回轉窯通過將固廢熱解氣化成為可燃氣體，有利于完全燃燒。②采用分級供風方式，爐排風按多風室擇量供風，二燃室二次風對吹、旋流自相混合，控制風量，有利于可燃氣體與氧氣的充分接觸，達到完全燃燒的目的。③二燃室采用絕熱式，保證二燃室的均勻高溫＞1100℃，且煙氣在二燃室的停留時間＞2s，確保可燃物完全燃燼。

2.2.7 達標排放在線監控措施

尾氣排放煙囪安裝在線監測裝置，可實時反映煙氣的排放狀況，測量參數有煙氣流量、溫度、壓力、濕度、O2濃度、CO濃度、煙塵濃度、HCl、SO2、NOx。同時焚燒爐安裝運行工況在線監測裝置，可實時反應焚燒爐內二燃室溫度、煙氣停留時間和出口氧含量。

2.2.8 其他污染控制措施

除污染治理設施、工況控制、在線監測等焚燒煙氣污染控制措施，進料的配伍也是焚燒污染控制的一個重要環節。通過配伍，控制進料的含氯量、重金屬含量、有機物含量等，保證入爐焚燒物質成分和熱值的均衡，可減少對后續污染治理設施的沖突，維護焚燒系統及污染治理設施的正常穩定運行，確保焚燒煙氣穩定達標排放。

配伍需在危險廢物相容條件下進行，避免不相容的廢物混合產生不良后果。配伍嚴格依據實驗室對進場待處理危險廢物的理化性分析數據表進行：①根據廢物的熱值、水分、揮發分、灰分進行熱值配伍；②根據廢物的酸性、堿性、重金屬含量等進行有害成分配伍；③根據廢物的鈉、鉀、磷化物含量搭配其它物質入爐，降低其濃度，保證設備正常運行。

3 結語

“回轉窯+爐排+二燃室”焚燒工藝成熟先進，是對危險廢物進行無害化處置的有效技術手段，同時回收熱能；焚燒煙氣采用“SNCR 脫硝+急冷脫酸+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸+煙氣加熱+活性焦吸附” 的多級凈化處理模式，并設置在線自動監測系統，使污染物滿足排放標準要求。上述危廢焚燒系統工程具有技術可靠、經濟可行，無害化處置危廢的同時具備經濟和社會效益的特點，可為其他危廢處置工程提供參考。