側吹浸沒燃燒技術在工業危廢處置行業的應用

許 欣

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 前言

2008年，初版《國家危險廢物名錄》公布，“十一五”期間，我國的危險廢物處置行業開始快速發展；2010年，全國持危險廢物經營許可證單位利用處置的危險廢物共840萬t，較2006年提高了180%；2012年，多部門聯合發布《“十二五”危險廢物污染防治規劃》，“十二五”期間，全國危險廢物污染防治法規體系日漸完善，利用處置能力逐漸提升。

2016年，新版《國家危險廢物名錄》發布，危險廢物被劃分為46大類約479種，隨后多個省市出臺危廢處置“十三五”規劃。2017年，環境保護部印發《“十三五”全國危險廢物規范化管理督察考核工作方案》，大力加強危險廢物污染防治工作。最新版《國家危險廢物名錄(2021年版)》于2020年11月發布，共列入467種危險廢物。相較2016年版《國家危險廢物名錄》，2021年版并不是簡單地減少了危險廢物種類，而是將有關內容作進一步完善和細化后納入附表中，表明國家以更加科學及謹慎的態度，對危廢處置行業提出了更高的要求。

隨著國家相關政策的相繼出臺，危廢處置技術向安全、環保、高效的方向不斷發展。本文對行業現行處置技術進行了梳理，對其優勢和不足進行了分析，并重點對近年新興的用側吹浸沒燃燒技術處理工業危廢的工藝及裝備進行了詳細介紹。

1 工業危廢領域現行技術

工業危廢行業的現行技術主要有資源化利用和無害化處置兩種。我國危廢主要包括工業廢物、醫療廢物及其他廢物。實現危廢資源化的途徑主要有三種：回收利用、轉換利用和焚燒回收利用能量[1]。在工業危廢無害化處置技術方面，國內外主流處理方式為：焚燒處置法、固化填埋法、生化物化法。

焚燒處置技術既能實現工業危廢的無害化處置，又能回收部分能源，是目前應用最為廣泛的處置方法。該方法采用的核心設備通常是回轉窯[2]，具體過程是采用適當的預處理方式(破碎、混合等)處理工業廢物后，將其和輔助燃料從傾斜的回轉窯高端加入，物料在通過回轉窯窯體的過程中被氧化、分解[3]?；以诟G體低端排放并收集，排放的廢氣進行脫酸和除塵處理，飛灰在填埋前進行固化處理。焚燒處理技術最大的優勢是物料適用性廣，但該技術先在較大空間中獨立完成燃燒，再利用余熱鍋爐回收煙氣熱量，熱量利用方式單一，且回收效率低，同時存在占地面積大、造價高等缺點[4]。

固化填埋法主要采用水泥、石灰、特定藥劑等固化劑將有害廢物固化或轉變，再將其填埋。該方法工藝簡單，成本較低，但填埋場占地大，對土壤及地下水源仍存在一定的污染風險。

生化物化法是通過化學反應或溶劑萃取的方法，將危險廢物轉化為非危險廢物，具有針對性強、回收利用價值高等優點，但存在專用設備多、設備通用性差、處理成本較高等缺點。

隨著處置量的不斷增長和國家對綠色生產要求的不斷提高，上述危廢處置行業的現行技術已經難以滿足需求。

2 側吹浸沒燃燒技術

側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(Side-Submerged Combustion smelting process,SSC)是由中國恩菲工程技術有限公司(以下簡稱“中國恩菲”)開發的具有自主知識產權的一種強化熔池熔煉技術。該技術已在錫精礦還原、液態鉛渣直接還原、鉛膏等二次鉛雜料的連續熔化還原、鋅浸渣等二次鋅雜料的處理等有色冶金領域實現工業化應用[5]，近年來其應用拓展到了工業危廢處置行業。

2.1 技術原理

側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術將燃燒發生過程引入熔池中，通過側吹噴槍將富氧空氣和燃料以接近聲速的速度噴入熔池內部，燃料在熔池內充分燃燒，直接為熔池中的反應提供熱量。同時，由噴槍噴入的氣體及燃燒產生的氣體對熔池形成攪拌，為熔池提供了良好的動力學條件，從而加快了熔池內部的傳熱、傳質，使爐料的加熱、熔化、反應等過程得以加速完成。該技術特別適用于不發熱物料的處理[6]。

2.2 核心設備

該技術核心設備為綜合回收處理爐，其主要由磚體內襯、水套爐壁、鋼板外殼、骨架、側吹噴槍、下料口、金屬放出口、渣放出口、出煙口、電極等部件組成，爐體結構如圖1所示。

“沒錯，天葬師需要做的，便是將草木削成碎片，將頑石砸成碎渣！”他口中默念著，然后一狠心，猛地將手掌往女孩胸口按下。

圖1 綜合回收處理爐爐體示意圖

配料后的物料經爐頂下料口加入爐內，作為補充熱源的天然氣及助燃空氣經爐身側墻上的噴槍直接鼓入熔池，噴槍為中國恩菲專利產品。為適應工業廢物來料不穩定、成分波動大的特點，在綜合回收處理爐上裝備了兩種結構形式的噴槍：一種為補充熱量的天然氣噴槍；另一種為保證熔池反應的富氧風噴槍。兩種噴槍的數量及放置位置可根據爐況靈活調整。

入爐物料中的炭精末和廢活性炭作為還原劑，控制爐缸熔池處于弱還原性氣氛中。物料中的銅等金屬氧化物發生還原反應，生成金屬，同時赤鐵礦與造渣劑造渣，在重力作用下，密度相差較大的金屬和渣得以分層，金屬相富集于爐底，由爐底金屬放出口放出。根據不同的使用場景，在爐身不同高度上設置上渣口、下渣口、緊急泄渣口各一個。正常生產過程中，渣相浮于熔池表面，定期從上渣口排出；側吹噴槍口維護時，需要將渣面降至側吹噴槍以下，此時需啟用下渣口；為防止噴爐，設置了緊急泄渣口，一旦產生泡沫渣，即啟用緊急泄渣口。

拌入物料中的可燃有機物在熔池中劇烈燃燒，熔池中反應生成的CO及天然氣未完全燃燒產生的CO從熔池溢出，需在煙氣出爐前完全燃燒轉化為CO2。為保證燃燒充分，在綜合回收處理爐上部爐膛側壁設置了大量二次風兌入口，二次風富氧濃度可根據爐況進行調整。

處理固體工業廢物的同時，該爐型也可處理廢有機溶劑等可燃性液態工業廢物。在爐身擴大段側墻上設置溶劑噴嘴，液態工業廢物在高壓下噴入高溫爐膛中，充足的富氧風及較大的爐膛空間為其充分燃燒提供了良好的條件，燃燒釋放的熱量可在一定程度上補給熔池。為確保燃燒充分，在上升煙道設置三次風兌入口，同時在煙道出口設置煙氣成分在線檢測儀，對煙氣溫度、殘氧、CO濃度、SO2濃度進行實時監測。

2.3 技術特點

近年來，側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術在實踐過程中不斷升級，形成了一系列的技術優勢。

1) 安全可靠。爐體采用全包圍式爐殼，不易發生燃氣泄漏。

2) 熱利用率高。燃料及助燃氣體由噴槍直接鼓入熔池，在熔池內充分燃燒，單位容積熱強度大，同時充分的攪拌使得熔池內的傳熱、傳質迅速發生。

4) 作業率高。通過采用強制冷卻的方式，帶走磚體熱面的大量熱量，延長磚體使用壽命；在爐缸區的渣線附近，采用特殊結構形式的銅水套，通過掛渣的方式保護磚體，減少因更換爐襯而帶來的停爐次數，使爐體年作業率達300～330 d。

2.4 引入危險源識別分析

2019年初，國務院辦公廳部署開展“無廢城市”建設試點工作，其中的一項主要任務就是提升風險防控能力，強化危險廢物全面安全管控。為從根本上實現安全管控，側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術在應用過程中，采用了危險源識別分析(Hazard Identification，HAZID)技術，對整個工藝流程及核心裝備可能存在的危險源進行梳理，分析危害因素及危險場景發生原因，評估風險等級，提出相應的保護或控制措施。

進行危險源識別分析時，若發現高危險場景，即提出緩解措施或合理可行的替代方案，將風險降低至可接受水平。例如，在針對綜合回收處理爐進行危險源識別分析中，識別到冷卻水系統存在斷流風險，該風險一旦發生可能會導致爐體燒穿，高溫熔體泄漏引發火災，同時煙氣逸散也會對環境造成污染，風險嚴重度評價為6，為中等風險。因此在每個回收管路設置回水溫度及流量監測，同時采取斷流報警、不間斷供水等一系列措施。上述方案的實施使該種風險的可能性評價變為2，為罕見風險。在HAZID風險矩陣中，這種風險綜合評價為12，屬于低風險。危險源識別分析的采用，可以使安全隱患在源頭上得以判別并控制，大大提高了側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術在工業危廢處置領域推廣過程中的安全性。

3 側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術應用

廣東某金屬有限公司專門從事危險廢物收集、處理、貯存及工業廢物綜合利用，委托中國恩菲對20.5×104t/a危險廢物(包括HW17、HW22、HW46、HW48、HW49等五大類)及3×104t/a其他固廢(包括含銅污泥、廢活性炭、含銅固廢等)進行無害化處置及資源化利用，計劃年產黑銅17 330 t(含銅量約85%)，年產冰銅2 430 t(含銅量約60%)。目前該項目處于建設階段。

該項目采用的主要工藝流程為：干燥機干燥→綜合回收處理爐(SSC技術)→煙氣余熱回收→驟冷→收塵→半干法脫硫→脫二噁英→濕法脫硫→煙氣升溫脫白→達標外排。

綜合回收處理爐產生的高溫煙氣經余熱鍋爐冷卻，同時煙氣熱量經余熱鍋爐回收，在余熱鍋爐高溫段設置SNCR脫硝流程，消除NOx。為了減少煙氣治理過程中的二噁英再生成，采用噴水驟冷方式將煙氣溫度從500 ℃驟降至200 ℃，然后將煙氣送入靜電收塵器。電收塵器及驟冷塔收集的煙塵通過機械輸灰方式返綜合回收處理爐配料，滿足環保要求的同時最大限度回收有價元素。

收塵后的煙氣，采用兩級密相半干塔脫硫工藝，以降低煙氣含硫率及酸露點。半干法脫硫后向煙氣中添加活性炭，用于分解少量殘留二噁英，使二噁英濃度降低至小于0.5 TEQng/m3，并通過二噁英捕集器收集活性炭，實現循環利用。處理后煙氣經風機送濕法深度脫硫處理，外排脫硫尾氣、環保煙氣、含塵廢氣、含酸霧廢氣中的各污染物排放濃度均低于《危險廢物焚燒污染控制標準》(GB 18484—2020)的要求。

綜合回收處理爐產出的熔融金屬通過金屬放出口定期放出，澆鑄成金屬錠。熔煉渣經過水碎系統變成玻璃態無害渣，玻璃態無害渣屬于一般固體廢物，由汽車運出外售。

近兩年來，中國恩菲在數十個工業危廢處置及二次資源綜合回收項目中應用側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術，針對所需處理的不同種類工業危廢，設計了數十臺不同規格、不同結構的綜合回收處理爐，目前部分項目已完成制造安裝，將于2021年相繼建成投產。

4 結束語

我國工業危廢處置行業正處在一個飛速發展時期，隨著《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》和《國家危險廢物名錄》的不斷修訂，大量新納入統計范圍的工業危廢必然會加大已有危廢產生量與處置量之間的缺口。側吹浸沒燃燒熔池熔煉技術因其具有原料適應性強、作業率高、安全性好、煙塵率低、有價金屬回收率高等優勢，有利于實現工業危廢的無害化處置，同時也有利于最大程度地實現資源綜合回收，符合國家產業政策和循環經濟理念，具有廣闊的市場前景。