危險廢物焚燒煙氣脫酸處理工藝研究

周清

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330038）

危險廢物是指被列入國家危險廢物名錄或者具有腐蝕性、易燃性、反應性、毒性以及感染性中一種或多種危險性質固、液類廢物。危險廢物來源廣泛。國家發改委、公安部、交通運輸部和國家衛健委共同修訂發布了《國家危險廢物名錄》(2021年版)，將危廢分類調整為46類，列入467種危險廢物，涉及化工、醫療、金屬冶煉等多種行業[1]。隨著國民經濟不斷發展與工業化程度提高，危廢產量逐年增長。據統計，2017年我國危險廢物總量已達69 368.9 kt。

相較一般性廢物，危險廢物危害性更為嚴重，所以對其處理處置技術的要求也更高。焚燒工藝憑借著減容減量效果明顯、適應性強等優點，成為危險廢物處理處置技術中重要且應用廣泛的方式之一[2-3]。危險廢物經過焚燒后產生的煙氣含有多種組分，例如粉塵、CO，以及SO2、NOx等酸性氣體組分。其中，NOx與SO2是造成大氣污染和產生酸雨的主要原因。此類酸性氣體還會對廠區設備、管道、管廊產生腐蝕，不僅僅影響美觀，而且造成安全風險。因此，危險廢物焚燒煙氣脫酸處理在煙氣處理處置中占有重要地位。基于此，本文擬對常用的危險廢物焚燒煙氣脫酸處理工藝技術進行探討，以期為危廢焚燒煙氣脫酸處理項目提供技術參考。

1 危險廢物焚燒煙氣的特點

危險廢物焚燒煙氣組成成分及其體積分數受廢物成分配比、燃燒系統配置、燃燒條件、煙氣處理工藝等多種因素綜合影響。焚燒煙氣性質主要包括以下特點：1）煙塵顆粒細微、密度較小，吸濕性較強；2）煙氣中有害物組分比較多，治理難度相對較大；3）煙氣濕度高、吸濕性強、露點較高；4）煙溫范圍較大，煙溫控制要求嚴格；5）酸性氣體組分多且含量高，對于生態環境與人體健康都存在重大影響。

2 酸性氣體特征及排放限值要求

2.1 焚燒煙氣中酸性氣體成分特征

煙氣中酸性氣體可歸納為氮氧化物（NOx）、硫氧化 物（主 要 為SO2、SO3）、鹵化氫（主要為HCl、HF、HBr）以及磷酸等。煙氣脫酸處理工藝主要針對HCl、SOx和NOx類。

1）HCl氣體源于廢物中含Cl元素的成分燃燒生成，以有機氯化物（以聚氯乙烯為代表）及無機氯化物（以KCl為代表）為主，可源于橡膠、含氯農藥殘留、塑料、餐廚垃圾、鈉鹽、鉀鹽等。通常而言，煙氣中HCl氣體的含量可高達SOx含量的10倍[5]，因此HCl是焚燒煙氣酸性成分中最為主要的成分。

2）煙氣中SOx中絕大部分為SO2形式，硫氧化物源于廢物中硫化物的燃燒，轉化率接近100%。SOx是酸雨形成的主要原因之一。酸雨能夠引起植被破壞、水質影響、土壤退化、農產減量以及物種死亡等。

3）氮氧化物類型非常繁多，例如NO、NO2、N2O、N2O4、N2O5等。當危險廢物中含有N元素的成分經過高溫燃燒后發生氧化分解反應產生NO和NO2。一般而言，NO體積比可以占到煙氣中NOx總量的95%。NOx是造成大氣污染的主要污染物，是形成酸雨、光化學煙霧的重要氣體。當其進入大氣平流層時，對臭氧層會產生破壞作用。在污染嚴重的許多地區，植物也受到不同程度的損害，另外，NO還能夠與血紅蛋白結合降低血液輸氧能力，接觸較高濃度氣體時會危及人體健康。另外，NOx的次級產物硝酸、硝酸鹽會引起材料腐蝕。

2.2 酸性氣體排放標準

國家環境保護總局在1999年12月3日首次發布《危險廢物焚燒污染控制標準》（GWKB 2—1999），并于2001年修訂為《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2001），實施適用至今。依據該國家標準，危險廢物焚燒煙氣須執行大氣污染物排放限值，見表1。

表1 大氣酸性污染物排放限值1） mg/m3

3 煙氣脫酸工藝

煙氣脫酸工藝根據上述酸性氣體成分特點及形成機理，通過控制煙氣中酸性氣體的含量達到脫酸的目的。一般而言，在處理煙氣中酸性氣體時普遍采用堿性介質吸收的方法。工業上堿性介質多選擇為氫氧化鈉、石灰乳、碳酸氫鈉等，脫酸工藝可由此分為干法、半干法、濕法、SNCR等。

3.1 干法脫酸

干法脫酸工藝一般設置在煙道（多為文丘里管形式）中，往煙道內噴入碳酸氫鈉或者熟石灰粉末，使其與煙氣充分混合均勻，發生中和反應，去除酸性氣體。

干法脫酸工藝只需噴入干態吸收劑，裝置簡單，運行費用低，無廢液生成。國內外學者通過改進吸收劑性能、調整“活性炭＋消石灰”的有效配比、提高反應效率、高效凈化煙氣等途徑不斷探索干法工藝的脫酸效率，使其既可去除酸性氣體，又可脫除部分二惡英。然而，在實際應用過程中，干法工藝中脫酸劑依舊存在與煙氣混合還不夠均勻、反應效率相對較低、脫酸效率僅能達到50%、有可能造成系統除塵負荷增加等問題。

3.2 半干法脫酸

半干法脫酸工藝是目前應用最為廣泛的技術之一。該工藝噴射的反應物主要為石灰漿液。半干法脫酸裝置主要包括給料、制漿和反應3個系統：在給料系統中，首先將脫酸劑Ca(OH)2制成粉末狀，再經過制漿系統與水混合配制成漿液，最后通過噴槍霧化形成霧滴噴入急冷塔。堿性吸附劑一般由塔頂上部進入，煙氣可選擇順流或者逆流的方式分別由塔頂上部或下部進入。石灰漿液與煙氣中的酸性氣體充分接觸并完成反應生成中性鹽，降低HCl、SO2等氣體濃度。吸收塔反應溫度通過噴液體量來實現控制。

正常情況下，半干法工藝的吸附劑利用率以及其脫酸效果都要遠高于干法。該工藝對HCl的去除效率可達90%左右。漿液中的水分蒸發后降低煙氣溫度，可以提高反應效率，且反應過程中不生成廢液[6]。

3.3 濕法脫酸

濕法脫酸工藝中常見的脫酸裝置主要為濕式洗滌塔，根據焚燒操作數據表明，NaOH所能吸收的SO2量遠大于熟石灰，因此一般選用NaOH溶液作為脫酸吸收劑，煙氣中HCl、SO2等主要酸性氣體充分溶解在NaOH溶液并發生中和反應生成鹽類。工業運行數據表明，濕法脫酸工藝對于HCl脫除效率高達95%，對于SO2脫除效率高達90%。濕法系統不僅可以去除酸性氣體，對于粉塵、重金屬等都有著高效的去除效果，因此濕法工藝發展迅速并被廣泛應用。

3.4 脫硝工藝

煙氣中氮氧化物的凈化技術發展迅速，按工藝原理可以將其分為兩種方式：1）對焚燒過程進行控制減少NOx生成；2）通過物理化學方法對煙氣中生成的NOx進行合理有效去除。其主要工藝方法有選擇性非催化還原法（SNCR）、選擇性催化還原（SCR）、氧化吸收法、吸附法、低氮燃燒技術等。目前，國內外NOx凈化工藝主要以選擇性非催化還原法和選擇性催化還原法為主。運用SNCR還原NOx時，不需要使用催化劑，最為常見的還原劑為尿素以及氨水等，反應溫度一般控制在850～1 100℃范圍內。當煙氣中NOx與噴入的含有氨基的還原劑充分混合后，在氧氣和還原劑的共同作用下生成無毒無害的N2，從而去除掉煙氣中氮氧化物。典型的SNCR系統主要由多層還原劑噴入裝置及其控制系統組成，運行費用較低，改造簡單，施工周期短。對于大型火電廠燃煤機組而言，SNCR脫硝效率能夠達到40%左右。

4 復合脫酸技術分析

隨著危險廢物焚燒煙氣大氣污染物排放限值的越來越嚴格，單純的工藝方法已基本不能滿足環保要求。近年來，國內外對多種復合型煙氣脫酸處理技術進行了實驗和探究，不斷有煙氣脫酸復合工藝出現并應用于實踐項目處理中。目前，“SNCR+半干急冷塔+干式反應器+布袋除塵器+濕式洗滌塔+煙氣再熱器”的煙氣凈化復合處理工藝已逐漸成熟。下面以某危險廢物處理處置項目為例，分析該項目采用復合脫酸技術的效果。該項目進料的特性參數設計值見表2。

表2 危險廢物組成成分%

將危險廢物經回轉窯、二燃室焚燒后產生的酸性煙氣通入到余熱鍋爐中。余熱鍋爐內設置有SNCR脫硝反應器，在余熱鍋爐800～1 100℃的溫度區間噴入還原劑尿素，使其迅速分解成NH3并與煙氣中的NOx進行SNCR反應，生成N2和H2O。該反應可有效去除廢氣中的NOx。隨后，煙氣進入急冷塔后，在塔內經石灰漿液[Ca(OH)2]噴淋吸收。給水在塔內的多個霧化噴頭作用下，被霧化成約為30 μm，可將煙氣溫度在1 s內驟降至200℃。煙氣從急冷塔進入干式脫酸反應器，與反應器內噴入消石灰與活性炭粉末進行充分反應，去除煙氣中的SO2、HCl、HF等酸性氣體，并可吸附二惡英和重金屬等有害物質。由布袋除塵器排出的煙氣經預冷塔降溫脫酸后，進入洗滌塔，在洗滌塔中利用NaOH溶液進一步對酸性污染物進行深度脫除。凈化后的煙氣除霧后通過煙氣加熱器，將煙氣溫度升至130℃后由煙囪排放。

某危險廢物處置項目連續10 d排放煙氣中NOx與SO2排放濃度變化，如圖2所示，HCl排放濃度變化，如圖3所示。由此可見，經復合脫酸技術處理后的煙氣酸性成分完全滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》中大氣污染物排放限值。

圖2 混合脫酸煙氣NOx與SO2排放濃度

圖3 混合脫酸煙氣HCl排放濃度

5 結語

綜上所述，危險廢物焚燒產生的煙氣中酸性氣體組分多且含量高，主要以HCl、SOx和NOx類為主，對于環境與人類健康有著嚴重影響。常見的脫酸工藝各自有著不同的適用范圍和優缺點，脫酸效率受到溫度、煙氣流速、壓力和脫酸劑用量等因素的綜合影響。隨著煙氣排放要求日趨嚴格，脫酸效率更高、系統運行更加穩定的“SNCR+干法+半干法+濕法”的組合脫酸工藝技術成為目前危險廢物焚燒煙氣脫酸處理的重要工藝方法。