醫療廢物焚燒高濃度酸性煙氣制酸減排技術研究

阮劍波

摘要：本文試圖研究煙氣制酸減排技術。第一，將煙氣中的HCl氣體轉移到水中形成稀酸，稀酸經濃縮后產生工業級鹽酸;第二，煙氣去除HCl后再與消石灰乳液反應產生硫酸鈣，經脫水后（脫硫石膏）可資源化利用。焚燒煙氣經以上兩步處理后，危廢產生量將大幅下降，脫酸基本不用堿性藥劑，還可產生大量副產物供資源化利用，大大減少焚燒處置對環境的壓力。

關鍵詞：醫療廢物焚燒;高濃度酸性煙氣;制酸減排技術

一、焚燒煙氣脫酸工藝的現狀

根據煙氣脫酸工藝采用的吸收劑的狀態以及是否有廢水排出，將煙氣脫酸工藝分為干法、半干法和濕法三大類。第一，干法。傳統的干法脫酸工藝是余熱鍋爐出口溫度范圍在l80℃—240℃的煙氣中的酸性污染物在反應器內與Ca（OH）2干粉直接反應。第二，半干法。半干法脫酸一般采用氧化鈣（CaO）或氫氧化鈣（Ca（OH）2）為吸收劑，制備成氫氧化鈣溶液。利用噴嘴或旋轉霧化器將氫氧化鈣溶液噴入反應器中，形成粒徑30μm—50μm的液滴，與酸性氣體進行反應。第三，濕法脫酸。濕式凈化工藝是指堿性吸收劑（一般采用NaOH）在濕狀態下與酸性氣體反應并去除反應產物。

二、醫療廢物焚燒煙氣制酸減排技術研究

（一）醫療廢物焚燒煙氣制酸工藝的研究

本文的研究方案分為三個步驟。第一，醫廢焚燒煙氣酸濃度測試。分別在生產線的急冷塔出口、干式反應塔出口、布袋除塵器出口等三個位置測定煙氣中氯化氫的濃度。第二，醫廢焚燒煙氣制酸位置及方式研究。在50～60 L/min的流量下，分別在急冷塔出口、干式反應塔出口、布袋除塵器出口等三個位置進行小試試驗。試驗分別在高溫和冷凝條件下制酸，利用水做吸收劑，測定一定時間內的制酸效果，選擇確定制酸條件。試驗在三個不同位置進行制酸試驗，選擇最合適的制酸位置。第三，醫廢焚燒煙氣制酸試驗。研究酸性氣體的防腐技術，試制醫廢焚燒煙氣制酸中試裝置，并在選定位置進行制酸中試試驗。試驗測定制酸濃度隨時間的變化，并調節工況確定最佳制酸條件，計算煙氣制酸的減排效率。

（二）醫療廢物焚燒煙氣制酸防腐技術研究

1、設備防腐材料

對鹽酸腐蝕適應性較強的材料為哈氏合金C-276、鉭、特氟龍、石墨材料。第一，哈氏合金C-276屬于鎳-鉬-鉻-鐵-鎢系鎳基合金，耐濕氯、各種氧化性氯化物、氯化鹽溶液、硫酸與氧化性鹽，在低溫與中溫鹽酸中均有很好的耐蝕性能，該材料的產生主要應對化工過程環境，且該材料在溫度較高時，易吸收有害元素使它的力學性能和耐腐蝕性能下降。第二，鉭的腐蝕性能和玻璃類似，除了氫氟酸、氟、發煙硫酸、堿外，幾乎耐一切化學介質的腐蝕。但該材料價格較為昂貴，用作儀表防腐膜片。第三，聚四氟乙烯材料是一種使用了氟代替聚乙烯中所有氫原子的人工合成高分子材料，該材料具有抗酸堿、抗各種有機溶劑的特點，幾乎不溶于所有溶劑。同時，聚四氟乙烯可耐高溫，且摩擦系數極低。第四，石墨對于一切濃度的鹽酸、磷酸與氫氟酸包括含氟介質均有較好的耐蝕性，且能耐一定高溫。

2、試驗裝置高濃度酸性氣體防腐技術

本文研究煙氣制酸中試試驗設備可能面臨的腐蝕環境包括高溫、高濃度酸性氣體等兩大難題，綜合考慮多方面的因素，選擇PTFE材料為中試裝置的防腐材料。相比于其他各材料，聚四氟乙烯面對高溫條件下具有較好的防腐性能，且在洗滌塔、煙囪等設備的防腐材料使用也較為廣泛。經過實驗表明，該材料可以應對實際生產過程中存在的鹽酸腐蝕現象。

（三）醫療廢物焚燒煙氣制酸減排效率研究

第一，煙氣制酸HCl減排效率。根據小試裝置在3#位置測定的酸濃度，以及中試裝置測定的酸濃度，可大致估算煙氣制酸過程中HCl的減排效率。隨著制酸時間增加，每天的制酸量均有所下降，制酸過程中煙氣中HCl去除濃度大致為486—796 mg/m3，制酸的六天內平均可去除煙氣中HCl濃度629 mg/m3。

第二，煙氣制酸對液堿用量的減少。中試試驗一、二、三的平均制酸量達到1.26 kg/h，根據中試規模2000 m3/h和實際生產規模42000 m3/h對比，如將煙氣制酸設備用于固處中心3號焚燒線的實際生產，則每日平均可制酸635 kg，每年制酸210 t，相應可節省NaOH用量696 kg/d，按30%液堿折算，可節省2320 kg/d的液堿。

第三，二噁英減量生成與去除。一是高溫氣相生成。在500℃—800℃范圍內，多氯聯苯、氯酚等前驅物在過量氧氣和極短的反應時間內可以反應生成二噁英。二是前驅物的異相催化反應。前驅物分子形成后，當遇到爐溫不高或隨煙氣、灰燼冷卻后在低溫區（約250℃—450℃）時，會被飛灰上的催化劑（如Cu、Fe等過渡金屬或其氧化物）吸附、催化作用，發生復雜的前驅物縮合反應而生成二噁英。三是從頭合成反應。考慮到制酸濃度，煙氣在進入急冷塔前HCl濃度較高，如在該位置直接安裝煙氣制酸裝置，能去除部分煙氣中的HCl氣體，能一定程度減少氯化物引起的氧化反應，從而降低二噁英的從頭合成。此外，在二噁英的去除方面，無論在何處進行煙氣制酸，都需要將煙氣首先通過布袋除塵，去除煙氣中的飛灰，以減少煙氣中二噁英的量。該舉措不僅保證煙氣處理達標排放，也為制得鹽酸回用生產提供了保障。

三、結論與建議

針對醫療廢物焚燒所產生的高濃度酸性氣體常用的三種處理方法各自存在的缺點，本文采用制酸的方式對目標煙氣進行回收利用，并依托固處中心3號焚燒生產線進一步通過小試、中試裝置驗證了該方法的可行性。對此，本文提出以下兩個建議：

第一，煙氣制酸設備最適安裝位置。在本研究中，出于煙氣達標排放及安全等因素的衡量，將中試裝置安裝于焚燒生產線布袋除塵器后（即3#位置），在實際生產中，該位置的HCl濃度與生產線其他可選位置相比均較低，如考慮煙氣制酸濃度、效率及對部分污染物有效脫除等因素，煙氣制酸設備也可安裝于尾氣前處理設施中，甚至可嘗試利用高溫布袋，安裝在急冷塔之前。由于現場條件等原因，本研究沒有在這些位置進行試驗，因此最適安裝位置也需通過更多試驗來確定。

第二，循環制酸的相關控制。在本研究的中試試驗中，雖設置了石墨換熱器和補水，但幾乎都沒有啟用，導致循環制酸過程中酸體積持續減少。如將該工藝用于生產，可通過溫控方式使酸體積保持不變，也可通過補水與液位聯動，確保制酸過程往復循環，以避免酸體積不斷減少造成的生產安全隱患。

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