危險廢物焚燒與煙氣凈化工程的設計與運行研究

郭楊濤

（山西潞安化工集團煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200）

0 引言

“危險廢物”概念的基本內涵，指的是根據我國現有政策制度已經被納入危險廢物名錄體系的，或者是運用國家權威機構認可的危險廢物鑒別處理標準規范，以及鑒別處理技術方法能夠判定的，具備某種類型危險影響作用能力的固體類廢物[1]。2020 年發布的《全國大中城市固體廢物污染防治年報》顯示，在2019 年，我國大型城市和中等規模城市工業產品生產制造事業領域形成和對外輸出的危險廢物總體數量已經達到4498.9 萬t，與2016 年的數據相對比，其增幅達到34.5%。我國政府相關職能部門對危險廢物開展的管理控制工作呈現出漸趨嚴格的變化趨勢，生態環境部等政府相關職能部門接連修訂并且公開發布了國家標準文件GB 18598—2019《危險廢物填埋控制標準》以及國家標準文件GB 18484—2020《危險廢物焚燒污染控制標準》等，在實質性層面圍繞危險廢物的處置工作基本流程，建構并且闡釋相較以往更加嚴格的控制要求。當前，圍繞危險廢物開展處置技術活動，主要選擇運用焚燒處置和填埋處置方式，其中填埋處置在具體運用過程中，能夠支持實現針對危險廢物的減量化處置目標和無害化處置目標，同時還能完成對部分熱量的回收，是可燃性危險廢物處置過程中可供運用的有效方法[2]。

1 工程概況

本文介紹的工程項目主要指對具備復雜物質組成結構的危險廢物開展焚燒的處理過程，其具體面對的危險廢物，涉及熱值水平較高且生物學毒性相對較大的來源于醫療衛生事業領域的危險廢物、因失效而被廢棄的藥物類廢物、包含有機溶劑物質成分的危險廢物、包含農藥物質成分的危險廢物、包含廢棄礦物油物質成分的危險廢物、包含染料物質成分的危險廢物、精餾或者是蒸餾殘渣類廢物等。

遵照危險廢物的形態特征，通常將其劃分成固體危險廢物、液體危險廢物以及半固體膏狀危險廢物。除此之外，還有較少數量的桶裝危險廢物無法實施二次混料操作，客觀上應當連帶其盛裝容器同時實施焚燒處置[3]。

危險廢物設計低位熱值參數取值范圍介于12 000～20 000 kJ/kg 之間。配伍范圍介于3 500～4 000 kcal/kg之間。

圍繞危險廢物相關物質提出的焚燒處理任務需求，確定本文引入項目對應的焚燒處理系統的設計規模為75 t/d，年度累計運行持續時間為7 200 h，其指向危險廢物的設計處理數量為22 500t/a。

2 危險廢物處置的工藝方案

2.1 焚燒技術系統

本項目焚燒技術應用設施，主要致力于處置固體類型危險廢物、液體類型危險廢物以及半固體膏狀類型危險廢物，且實際安裝配置的焚燒爐設備針對危險廢物具備技術適用性與靈活性。

回轉窯焚燒爐設備在執行焚燒處理過程中，針對各類物料展示的物料適應性相對較強，能夠焚燒處理種類多樣的固體危險廢物或者是液體危險廢物，其運行過程中的穩定性較好，且能夠維持連續運轉狀態。由此，本工程項目選擇運用回轉窯焚燒爐設備[4]。

在回轉窯設備后方位置需要安裝設置二燃室，其主要目的，在于支持從回轉窯設備出口位置向外排出的煙氣得到完全且充分的焚燒處理。

遵照焚燒處理理論，煙氣物質在獲取到完全徹底焚燒處理過程中需要滿足3T+1E 技術原則，也就是要滿足充足的溫度支持條件（焚燒爐設備的溫度＞1 100 ℃）、充分的停留時間（焚燒爐維持1 100 ℃溫度狀態的持續時間＞2 s）、充足的擾動因素（二燃室喉口位置的氣流形成漩流狀態）、數量充分的處在過剩狀態的氧氣，且上述控制條件中的前三項需要依賴二燃室發揮的作用。

2.2 余熱利用技術系統

二燃室出口所在位置的煙氣溫度參數大約為1 110℃，為支持滿足后端位置煙氣處理進程中的溫度參數控制要求，改善優化重金屬類物質基于灰塵顆粒表面位置上的凝結水平，二燃室設備后方空間位置安裝設置一套余熱鍋爐，客觀上不但能夠產生數量相對充足的蒸汽，還能確保煙氣所處的溫度水平顯著降低[5]。

2.3 煙氣冷卻處理技術系統與凈化處理技術系統

危險廢物開展焚燒處理之后，生成和需要釋放的煙氣污染物，主要包含煙塵類物質、酸性氣體物質（NOx氣體、SO2氣體、HF 氣體、HCl 氣體等）、CO 氣體、重金屬物質和二噁英等。在本生產項目設計工作開展過程中，煙氣凈化工藝主要包含脫硝處理環節、脫酸處理環節、除塵處理環節、重金屬處理環節和二噁英類物質吸附處理環節等[6]。

3 主要技術工藝流程對應的設計參數項目

3.1 焚燒處理技術系統

焚燒處理系統主要包含回轉窯設備、二燃室設備以及輔助燃料等，應當積極做好針對各部分的設計。

3.1.1 回轉窯

爐膛尺寸參數項目為3.2 m×15 m（Φ×L）；設計轉速參數項目介于0.3～1.4 rpm 之間；安裝傾角參數項目a=2°；焚燒溫度參數項目介于950～1 050 ℃之間；停留時間參數項目介于45～75 min 之間。

3.1.2 二燃室

二燃室尺寸參數項目為4 m×8 m（Φ×L）；溫度參數項目控制范圍數值介于1 100～1 200 ℃之間；設計煙氣物質停留過程持續時間參數項目數值＞2 s；燃燒效率參數項目數值≥99.9%；焚毀去除率參數項目數值≥99.99%；焚殘渣熱酌減率參數項目數值＜5%[7]。

3.1.3 輔助燃料

在焚燒爐設備啟動運行過程、實際進入焚燒爐內部的物料熱值水平相對較低，二燃室內部溫度技術參數項目低于1 100 ℃條件下，運用輔助性燃料完成助燃，確保焚燒系統的各項指標所處水平均能嚴格滿足設計方案中列示的相關要求。要擇取運用0#柴油作為輔助燃料，其低位熱值參數項目取值為45 MJ/kg。

3.2 余熱利用系統

余熱鍋爐設備擇取單鍋筒加膜式壁形式，其設計方案要求的蒸汽壓力參數項目為1.6 MPa，其額定蒸汽溫度參數項目為203 ℃，其額定蒸發量參數項目為7.8 t/h，其出口位置的煙氣物質溫度參數項目介于500～550 ℃之間。

3.3 煙氣冷卻、凈化系統

3.3.1 SNCR 脫硝

在SNCR 脫硝處理環節開展過程中，要注重將尿素物質噴射裝置安裝配置在余熱鍋爐設備的850～1 050 ℃的溫度段之中，在將尿素配制處理成10%的尿素溶液后，將其噴入到余熱鍋爐內部支持其與煙氣物質中包含的NOx氣體，發生化學反應，完成脫硝處理[8]。

3.3.2 急冷塔

急冷塔設備的尺寸參數項目為4.8 m×18 m（Φ×L）；其生產制造材料為10 mm 碳鋼材料；其噴水量參數項目為5～7 m3/h。

3.3.3 布袋除塵器

布袋除塵器設備擇取脈沖反吹式，其設計過濾面積參數項目數值為180 m2，阻力參數項目數值小于2 500 Pa，除塵效率參數項目數值大于99.9%。濾袋材料和濾袋縫線材料采用PTFE 材料，基布材料擇取PTFE 材料，覆膜材料擇取PTFE（混紡針刺氈濾料）[9]。

3.3.4 降溫塔

降溫塔設備的尺寸技術參數項目為1.7 m×15 m（Φ×L），其組成結構中包含保溫系統和附屬系統。在降溫環節開展過程中，實際使用的水，需要經歷壓力霧化處理過程，噴水量參數項目為50 m3/h，pH 應當被控制在5～6 之間。

3.3.5 濕法脫酸塔

脫酸塔設備擇取填料塔形式。

4 危險廢物處置設施的運行效果（如表1）

表1 危險廢物焚燒處理技術性能測試結果

5 結語

在危險廢物焚燒與煙氣凈化工程項目實際運作過程中，擇取運用“焚燒爐設備處理工藝（回轉窯設備處理工藝+二燃室設備處理工藝）+SNCR 脫硝處理工藝+余熱鍋爐設備處理工藝+急冷塔設備處理工藝+活性炭與消石灰粉噴射處理工藝+布袋除塵處理工藝+濕法脫酸處理工藝+濕式靜電除霧處理工藝+煙氣再熱處理工藝”處理具體遭遇的危險廢物，相關設備的技術性能，能夠充分滿足國家標準文件GB 18484—2020 中列示的相關指標約束要求，實際產生的煙氣污染物具體所處的排放濃度水平滿足國家標準文件GB 18484—2001 中關于排放控制指標提出的相關要求。