危險廢物配伍及其對焚燒系統(tǒng)的影響

修德勇，王東博，張言

（中節(jié)能（盤錦）清潔技術(shù)發(fā)展有限公司，遼寧 盤錦 124200）

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展與工業(yè)化水平的提高，工業(yè)固體廢物的產(chǎn)量也呈現(xiàn)出迅速增加的勢態(tài)。我國已堆積以及每年新產(chǎn)生的大量工業(yè)固廢給土壤和大氣帶來了不同程度的污染，由于我國危廢處理產(chǎn)業(yè)起步晚，目前行業(yè)還存在巨大的發(fā)展空間。在2020年政策收緊的情勢下，危廢行業(yè)將持續(xù)高速發(fā)展。截至2018年底，全國各省（區(qū)市）頒發(fā)的危險廢物經(jīng)營許可證（含醫(yī)療廢物）共3 220份，利用處置能力年增長19.2%[1]，主要包括釜殘、污泥、廢酸、廢堿、礦物油、包裝物等，其中遼寧市場2020年酸性物料（釜殘、污泥等）占比顯著增長，易制爆、反應(yīng)性等危險廢物囤積較多，直接配伍投料等方式對料坑安全控制難度極大，且對焚燒系統(tǒng)設(shè)備也有一定程度的腐蝕。因此利用各階段廢物特征，擬定配伍方案才能使其達(dá)到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

1 危險廢物特性及燃燒機理

根據(jù)《國家危險廢物名錄》的相關(guān)規(guī)定，各類廢物均有其危險特性，分別包括毒性、腐蝕性、易燃性、反應(yīng)性、感染性，處置企業(yè)無論從廢物的收集還是到處置都需進(jìn)行分析、鑒別及配伍方案的擬定，所以鑒別廢物特性是保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的前提。

化工廢物組分和結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，在燃燒過程中連續(xù)不斷地進(jìn)行多級的熱分解反應(yīng)才能徹底分解成低分子可燃?xì)怏w，最終轉(zhuǎn)化為燃燒反應(yīng)，并釋放出燃燒熱量。其化學(xué)式可表示為：CaHbClcOdNe（其中Cl也可以是其他鹵素或硫、磷、金屬元素等）[2]。在鼓風(fēng)機的作用下燃燒產(chǎn)生典型的燃燒產(chǎn)物包括CO2和H2O及一些腐蝕性或污染性的產(chǎn)物。

其他產(chǎn)物有NOx、SO3、CO等及因系統(tǒng)不穩(wěn)而生成的二噁英，部分無機物在焚燒過程中也會發(fā)生氧化還原反應(yīng)或者分解反應(yīng)，如重金屬轉(zhuǎn)換成高溫下更穩(wěn)定的價態(tài)（金屬氧化物、硅酸鹽等），因此多級配伍可有效提高料坑物料配比的科學(xué)合理性。

2 物料配伍

通過控制二燃室出口溫度在1 100～1 200 ℃區(qū)間內(nèi)且煙氣停留時間大于等于2 s，才能使危險廢物達(dá)到無害化處理的目的，因此焚燒前物料中有毒有害指標(biāo)的控制尤為重要[3]。由于市場廢物種類的制約，單一配伍的方式無法滿足生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運行的需求，所以配伍需從廢物收集開始擬定。

2.1 多級配伍的擬定

以遼寧市場為例，危險廢物復(fù)雜多樣，處置企業(yè)依據(jù)其資質(zhì)進(jìn)行針對性收儲，在收集過程中需依據(jù)各產(chǎn)廢企業(yè)危險廢物的理化指標(biāo)判斷其可處置性，在擬定配伍計劃下針對性收集可接收物料。目前廢物轉(zhuǎn)移需通過產(chǎn)廢單位進(jìn)行申請辦理，所以廢物的轉(zhuǎn)運時間具有不確定性，為緩解因轉(zhuǎn)運不及時而導(dǎo)致配伍物料緊缺的問題，轉(zhuǎn)移計劃的實施必不可少，通過計劃內(nèi)待轉(zhuǎn)物料特性擬定配比方案，確定可轉(zhuǎn)移廢物，以達(dá)到焚燒料坑配伍的科學(xué)合理性。

2.2 配伍方案的制定

入爐廢物配伍的目的是依據(jù)多種物料的理化指標(biāo)，通過合理配比以達(dá)到焚燒系統(tǒng)設(shè)計要求。以盤錦公司50 t·d-1焚燒能力為參考，探究配伍控制指標(biāo)及配伍方案。焚燒廢物特性如表1升水。

表1 焚燒廢物特性表

參照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)建立待配伍物料特性的數(shù)據(jù)庫，估算處理量，并按照加權(quán)的法則計算不同物料的配伍比例及相關(guān)控制參數(shù)，以熱值為例：

式中：Q—配伍熱值，MJ·kg-1；

Qi—待調(diào)配物料的熱值，MJ·kg-1；

Xi—待調(diào)配物料的配比量，t。

對于性質(zhì)單一且滿足設(shè)計參數(shù)的危險廢物可利用其他上料方式進(jìn)行直接焚燒處置。依據(jù)危險廢物的特性指標(biāo)、加權(quán)方法及焚燒過程中不同的上料途徑，制定科學(xué)合理的配伍方案以滿足焚燒系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定。

3 配伍指標(biāo)對系統(tǒng)的影響

3.1 鹵素、硫的影響

危險廢物在焚燒過程中會產(chǎn)生酸性氣體（主要為SO2、HCl、HF等），無論是對焚燒系統(tǒng)還是對環(huán)境均有影響，設(shè)備的腐蝕起初是微觀的，隨著腐蝕的加深不僅會影響設(shè)備的壽命還有可能被迫停車。其腐蝕機理為：

Fe+SO2+H2O→FeSO3+H2↑

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

Fe+2HF→FeF2+H2↑

為減少焚燒產(chǎn)生的煙氣對大氣環(huán)境造成二次污染，處置企業(yè)均采用脫硫脫硝設(shè)備以滿足煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)，因脫硫率的限制，過高的酸性氣體仍無法完全去除，所以有效控制入爐指標(biāo)，才能減少因腐蝕造成的經(jīng)濟損失。

3.2 熱值的影響

在燃料化學(xué)中，熱值是表示燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo)，而危險廢物組分復(fù)雜無法通過計算求得熱值，所有常采用氧彈量熱儀測量廢物的熱值。廢物熱值的高低直接影響系統(tǒng)運行的產(chǎn)量，低熱值物料焚燒不足以維持二燃室出口溫度從而需補充大量天然氣。高熱值物料焚燒不僅會使出口溫度難以控制，還會對耐火材料、布袋、設(shè)備等有不良影響，所以有效控制入爐物料的熱值才能使溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定。我公司廢物熱值與處理量曲線如圖1所示。

圖1 熱值與處理量曲線

當(dāng)實際熱值大于設(shè)計值時，焚燒產(chǎn)量隨之降低，熱值增幅1.2%～2.3%，產(chǎn)量降低20%～30%；當(dāng)實際熱值小于等于設(shè)計值時，均能滿足焚燒產(chǎn)量但天然氣的消耗也會隨之增多。綜合分析，配伍物料熱值維持在11.5～13.5 MJ·kg-1區(qū)間時系統(tǒng)相對穩(wěn)定。

3.3 堿金屬及重金屬的影響

廢物中金屬元素在鼓風(fēng)條件下焚燒會生成穩(wěn)定的金屬氧化物、硅酸鹽或復(fù)雜的共熔物，也因元素的占比不同而在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)所呈現(xiàn)的熔融狀態(tài)也不同，其取決于氧化物自身的熔點，常見氧化物熔點如表2所示。

表2 常見氧化物熔點

廢物中堿金屬含量較高時，共熔物整體熔點會被拉低，廢物Si、Al、Ca等高熔點元素較多時，共熔物熔點會隨之升高[4]。以盤錦公司系統(tǒng)為例，運行窯尾溫度一般在1 000～1 100 ℃，若共熔物熔點的軟化溫度接近窯尾溫度，則危險廢物在焚燒過程中極易導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯結(jié)焦；共熔物的流動溫度低于窯尾溫度時，焚燒則是以熔渣的方式運行，高于窯尾溫度時則為灰渣；較高的堿金屬對窯磚也有腐蝕，含量越高腐蝕速率也相對越快；而重金屬含量過高也會直接影響填埋，所有控制入爐前物料的金屬含量才能有效緩解回轉(zhuǎn)窯的負(fù)擔(dān)。

3.4 水分、灰分的影響

料坑內(nèi)配伍后物料一般采用工業(yè)分析儀進(jìn)行測量水分、灰分，但由于工業(yè)危險廢物有機物的成分較多，所以料坑物料水分的指標(biāo)包含部分有機相，過高的水分（含有機相）不僅對焚燒系統(tǒng)有一定影響，還會導(dǎo)致行車因物料過稀而難以抓取從而無法上料，若水分較低會使配伍物料難以攪拌均勻且灰分隨之增加，從而導(dǎo)致系統(tǒng)燃燒不穩(wěn)定。圖2為我公司料坑物料灰分、水分及系統(tǒng)運行曲線。

圖2 料坑物料灰分、水分及系統(tǒng)運行曲線

由于遼寧市場物料行情的影響，配伍后指標(biāo)水分、灰分不足以滿足焚燒設(shè)計要求。當(dāng)水分為28%～32%、灰分為30%～35%時，較高的灰分易導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞使得運行時間較短，但此時料坑干濕程度相對較好；當(dāng)水分為35%～38%、灰分為20%～28%時，較低的灰分可加大系統(tǒng)運行天數(shù)，但料坑較稀從而增加了進(jìn)料的難度，所以必須添加吸水性輔料。

4 結(jié)束語

在危險廢物的無害化處置過程中，科學(xué)的配伍才能確保焚燒系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。通過鑒別各類廢物的理化性質(zhì)、利用焚燒系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)以及控制各項配伍指標(biāo)，才能制定合理的配伍方案，以減少系統(tǒng)結(jié)焦和腐蝕，延長焚燒運行時長。