危廢焚燒配伍模型的構建研究

文_湯立 西安航天源動力工程有限公司

危險廢物具體是指具有易燃性、感染性、腐蝕性、反應性、毒性等危險特征的廢物，與生活垃圾相比，其對生態和環境的危害性更大。危險廢物不當處置，不僅會危險人體健康，而且也會對大氣、水體等造成污染。危廢配伍是危險廢物焚燒前的主要操作過程中，根據焚燒廢物的水分、重金屬含量、熱值等理化性質，實現危險廢物燃燒特性的融合，進而維持焚燒系統的穩定運行。

1 危險廢物焚燒配伍模型建立

1.1 替代燃料模型

假設水泥窯協同配置中有n種代替燃料的廢物，其中危險廢物含水率（%）表示為Wi，熱值（MJ/kg）表示為Hi，F元素（%）表示為Fi，Cl元素（%）表示為Cli，S元素（%）表示為Si，重金屬Hg（ppm）表示為Hgi，Tl+Cd+Pd+15As（ppm）表示為Zi，根據以上參數構建矩陣A。

利用該約束條件，能夠進一步加快危廢焚燒配伍方案的判斷，節省制定方案的時間。同時，在確定質量控制值得情況下，也可以利用該約束條件確定水泥窯危廢處置能力和新增廢物處置能力。

1.2 替代原料模型

替代燃料與替代原料之間的差別在于替代原料為水泥生產所需生料，而替代燃料可以為焚燒爐提供熱量。通常情況下，替代原料危廢三灼燒基中含量不低于80%。由于替代原料中危廢有害成分F、Cl、Hg等會影響水泥質量，因此在替代原料配伍時需要對其約束。例如，令矩陣A向量其中CASF為含量總和，可將式（3）改寫為對危廢成分約束。

2 危廢配伍模型應用

2.1 替代原料

水泥替代原料應當在化學組分方面與水泥生產生料相似，同時符合水泥生產相關標準。例如，水泥窯危廢處理過程中，參考國標替代原料等灼燒基含量總和不小于80%，本文選擇黃水渣、有機污泥、含油污泥、工業污泥、廢水處理污泥等危廢替代原料熱值較低，可以作為水泥生產替代原料。對以上危廢生料和灼燒基進行XRF測試，測試結果如表1所示。

表1 危險廢物替代原料指標

從表1中可以看出，以上危廢中，含油污泥、廢水處理污泥灼燒基CSAF接近或達到80%，因此判斷在不對以上廢物進行時，以上廢物除含油污泥、廢水處理污泥外，其余廢物均不能滿足水泥替代原料配置要求。為使以上危廢滿足入窯條件，可以在以上危廢中添加氧化鈣或生石灰，在降低危廢含水率的同時，提高其氧化鈣含量，以此來滿足危廢系統處置要求。

2.2 替代燃料

水泥煅燒時，燃料主要用于為煅燒作業提供熱量。理論上，只要具備熱值的危廢均可以作為替代燃料，但是在實際工作中，選擇替代燃料時需要考慮廢物有害物質含量，確保危廢燃燒時產生的有害物質含量滿足水泥生產要求和國家標準要求，因此在代替燃料焚燒配伍時，需要考慮危廢的水分、熱值、元素含量、重金屬含量等，如果廢物各項指標均滿足質量控制標準，則可以作為水泥替代燃料。通常情況下，水泥窯在危險廢物處理方面，將熱值較高的危險廢物作為替代燃料使用，將熱值較低的危險廢物作為替代原料使用。而單純的將染指較高的危險廢物作為替代燃料使用會造成焚燒爐溫度無法控制，甚至燃料焚燒產生的有害物質也會對環境和生態造成污染。以水泥煅燒作業常用供熱代替燃料白色廢濾芯、黑色廢濾芯和無塵紙為例，其各項指標如表2所示。將危廢各項指標代入代替燃料焚燒配伍矩陣模型中，計算結果如表3所示。從表3中可以看出，以上三種替代燃料配伍方案約束組分均符合質量控制標準，由此表明該替代燃料配伍方案具有可行性。

表2 替代燃料指標

表3 替代燃料配伍核算結果

2.3 效益分析

2.3.1 經濟效益

替代燃料和替代原料在水泥窯生產中的使用，不僅可以減少水泥生產時CO2的排放，而且也有利于降低生產成本。水泥煅燒為高能耗過程，每噸水泥煅燒消耗能量約束3.3GJ，燃料成本為59元/t左右，而采用廉價燃料替代傳統燃料則有利于降低生產成本。

2.3.2 環境效益

施工動物遺骸、生活垃圾、農業生物質燃料燃燒產生的CO2濃度較低，可以降低溫室氣體排放，而廢棄輪胎、廢油、塑料等非生物質材料燃燒產生的CO2雖然高于生物質燃料，但是與傳統燃料相比，其CO2排放量較少，將生物質、非生物質等燃料代替傳統燃料，可以進一步減少污染氣體排放。

3 結語

綜上所述，在借鑒國內外研究和參考國家標準的基礎上，建立了符合水泥窯顳部管理的危廢焚燒配伍模型，選取三種不同危廢燃料代替傳統燃料，并利用該模型對危廢焚燒配伍方案進行了檢驗。檢驗結果表明，以上三種代替燃料含水率為17.20%、熱值為16.57MJ/kg，F元素含量為0.12%，Cl元素含量為0.13%，S元素含量為1.24%，Hg含量為0.117ppm，重金屬含量為52.96ppm，以上指標均滿足水泥窯質量控制標準。