環(huán)保型危險(xiǎn)廢物焚燒處理工藝設(shè)計(jì)

陳 亮，劉培遠(yuǎn)，馮超群，唐文龍

（1.浙江省環(huán)保集團(tuán)有限公司；2.杭州士軒環(huán)境科技有限公司，杭州 310000）

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，固體廢物的產(chǎn)生量迅速增長(zhǎng)，各級(jí)政府積極加快固體廢物利用處置能力建設(shè)，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)固體廢物儲(chǔ)存利用技術(shù)還比較落后，存在明顯的短板，尤其是危險(xiǎn)廢物（簡(jiǎn)稱危廢）。目前，我國(guó)危廢處置企業(yè)存在處理工藝落后、污染物排放量大、綜合利用水平低等問(wèn)題。危廢集中處置是國(guó)家重點(diǎn)推進(jìn)的行業(yè)，但我國(guó)危廢收集處理設(shè)施不足，與保障環(huán)境安全和人體健康的需求差距較大，對(duì)其構(gòu)成嚴(yán)重威脅，因此如何妥善處置危廢已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要工作。目前，危廢處置技術(shù)主要有安全填埋、安全焚燒、水泥窯協(xié)同處置。蘇愛(ài)華等[1]采用濕式吸收塔、布袋除塵器、濕式噴淋塔、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子反應(yīng)器處理危廢焚燒煙氣，該工藝的主要優(yōu)勢(shì)在于能有效抑制二噁英的再合成，降低酸性氣體的排放。王兆豐等[2]提出“選擇性非催化還原（SNCR）脫硝+干式除酸+活性炭噴射+袋式除塵+濕法脫酸脫硝+濕電除塵+選擇性催化還原（SCR）”組合工藝，處理危廢焚燒廢氣。張碩[3]分析危險(xiǎn)廢物處理中回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝控制，指出要加強(qiáng)回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝各環(huán)節(jié)的控制，尤其是溜槽與破碎機(jī)控制、水電與壓縮空氣供給控制、極端天氣下的工藝控制，以提升危廢污染防治水平。劉元虎等[4]詳細(xì)介紹危廢預(yù)處理與回轉(zhuǎn)窯焚燒過(guò)程，并針對(duì)回轉(zhuǎn)窯實(shí)際應(yīng)用存在的問(wèn)題，提出采用進(jìn)料配伍、構(gòu)建回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)態(tài)傳熱模型等方法，優(yōu)化危廢焚燒處理工藝。目前，安全焚燒還是危廢處理的主要工藝。結(jié)合危廢焚燒處理工藝流程，本文分析回轉(zhuǎn)窯燃燒過(guò)程的影響因素，研究廢氣處理及污染物控制，以有效處置危廢。

1 危廢概述

危廢是指列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄（2021年版）》或者根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有危險(xiǎn)特性的固體廢物，會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境安全帶來(lái)重大威脅，根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄（2021年版）》，我國(guó)將危廢分為46 個(gè)大類、467 個(gè)小類[5]。目前，國(guó)內(nèi)危廢處理市場(chǎng)以第三方處置為主，廢物處置方法大致分為兩類。一是資源化。在資源屬性占主導(dǎo)地位的情況下，以資源化方式進(jìn)行回收和利用，涉及的危廢主要有含銅蝕刻液、電鍍污泥和有機(jī)溶劑。回收有價(jià)組分和提純等，可以增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。二是無(wú)害化。在污染屬性占主導(dǎo)地位的情況下，以無(wú)害化方式進(jìn)行處置。焚燒和衛(wèi)生填埋等手段可以減少環(huán)境污染。其中，衛(wèi)生填埋主要用于處置資源化經(jīng)濟(jì)性較差、無(wú)法通過(guò)焚燒減量的危廢。焚燒技術(shù)比較成熟，主要用于處理熱值較高或毒性較大的危廢[6]。

目前，我國(guó)危廢焚燒排放的廢氣含有重金屬、顆粒物、酸性氣體等，常見(jiàn)處理方法有干法、半干法和濕法。其中，干法一般采用較為成熟的“干洗空氣+布袋除塵”工藝，即將含有硫化鈉的碳粉送入布袋除塵器，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定吸附，雖然操作簡(jiǎn)便，費(fèi)用低廉，但是處理效率和凈化效果不佳。半干法一般采用凈化效率高的“噴霧干燥+布袋除塵”工藝，該工藝通過(guò)旋風(fēng)霧化器使?jié){料均勻分布，使其與酸性氣體發(fā)生充分反應(yīng)，但是其溫度控制精度要求高，實(shí)際操作難度大，設(shè)備維護(hù)成本較高。濕法是目前企業(yè)處理酸性氣體的最常用工藝，其利用氫氧化鈉或石灰水與酸性氣體進(jìn)行中和，具有凈化效果好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是成本較高，需要配套相應(yīng)的水處理設(shè)施[7]。此外，二噁英是一種對(duì)人體危害大、無(wú)色無(wú)味的脂溶性物質(zhì)，也是危廢處理的重點(diǎn)。目前，廢氣中的二噁英主要通過(guò)干式和半干式噴淋塔、布袋除塵器、活性炭吸附等工藝在末端進(jìn)行去除，應(yīng)用效果良好。

2 危廢焚燒處理工藝流程

危廢焚燒處理工藝的各工序相輔相成，均對(duì)危廢的低碳、綠色處理起到關(guān)鍵作用，配伍系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、焚燒處理系統(tǒng)是危廢處理工藝的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

2.1 配伍系統(tǒng)

在危廢焚燒處理系統(tǒng)的整體運(yùn)行中，溫度波動(dòng)大、尾氣超標(biāo)直接影響其穩(wěn)定性、安全性和環(huán)保性。因此，危廢進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯之前，要依據(jù)物料的化學(xué)組成、發(fā)熱量等因素進(jìn)行配伍，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)處理。要做好檢查，保證不相容的危廢不進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，確保其燃燒的安全性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)回轉(zhuǎn)窯的使用壽命。危廢配伍分為3 級(jí)。一級(jí)配伍是指市場(chǎng)層級(jí)的配伍，要對(duì)危廢的種類、數(shù)量、性質(zhì)等進(jìn)行全面認(rèn)識(shí)，并制定一套完整的收集和處理體系；二級(jí)配伍是指在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行配伍，由專業(yè)的檢驗(yàn)人員進(jìn)行分析、檢驗(yàn)，合理搭配燃料，并制訂合理的配伍方案；三級(jí)配伍主要在焚燒系統(tǒng)的料坑中進(jìn)行，并在危廢回收過(guò)程中進(jìn)行二次配伍，其效果的優(yōu)劣將直接關(guān)系整個(gè)焚燒處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率與穩(wěn)定性。

2.2 進(jìn)料系統(tǒng)

進(jìn)料系統(tǒng)是危廢焚燒處理工藝的核心環(huán)節(jié)之一，隨著科技的進(jìn)步，大多數(shù)企業(yè)進(jìn)料系統(tǒng)目前采用自動(dòng)化控制。根據(jù)運(yùn)輸方式和包裝形式的不同，危廢進(jìn)料系統(tǒng)又可分為散裝、桶狀和廢液三種進(jìn)料系統(tǒng)。危廢進(jìn)料系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1 危廢進(jìn)料系統(tǒng)工作流程

2.3 焚燒處理系統(tǒng)

焚燒處理系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、煙氣凈化排放系統(tǒng)和灰渣凈化系統(tǒng)等組成。首先，危廢進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)（以回轉(zhuǎn)窯設(shè)備為主體），燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔夂突以蝗缓螅邷責(zé)煔夂突以筛G尾進(jìn)入二燃室，借助二燃室的高溫條件，危廢得到充分分解；分解后的物質(zhì)再進(jìn)入余熱鍋爐，經(jīng)余熱鍋爐排出的煙氣通過(guò)噴淋塔迅速冷卻；最后經(jīng)除塵、引風(fēng)、脫硫、活性炭吸附等組成的廢氣凈化系統(tǒng)凈化，進(jìn)一步對(duì)有害氣體、重金屬進(jìn)行無(wú)害化處理，經(jīng)檢測(cè)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后通過(guò)煙囪排到大氣中。需要注意的是，回轉(zhuǎn)窯、二燃室、余熱鍋爐、噴淋塔、布袋除塵器等工序會(huì)產(chǎn)生大量的灰渣和飛灰，它們經(jīng)水淬后進(jìn)入封閉的渣箱，經(jīng)檢測(cè)沒(méi)有資源可利用價(jià)值后，送至填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋。焚燒處理系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

圖2 焚燒處理系統(tǒng)工作流程

3 回轉(zhuǎn)窯燃燒過(guò)程的影響因素

3.1 回轉(zhuǎn)窯長(zhǎng)徑比

回轉(zhuǎn)窯的長(zhǎng)徑比是窯內(nèi)氣流流動(dòng)和燃料燃燒的一個(gè)重要評(píng)價(jià)參數(shù)，如果長(zhǎng)徑比太大，就會(huì)造成窯尾溫度過(guò)低，從而不能進(jìn)行正常預(yù)熱，同時(shí)窯中產(chǎn)生的熱量將會(huì)直接輻射到窯身的表層，造成高溫導(dǎo)致的燒圈現(xiàn)象。長(zhǎng)徑比越大，其總體積越大，運(yùn)輸就越困難，而長(zhǎng)徑比越低，燃料就越不容易充分燃燒，會(huì)產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)。

3.2 過(guò)剩空氣

過(guò)量空氣系數(shù)是回轉(zhuǎn)窯燃燒的另一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大時(shí)，實(shí)際吸入的空氣比理論需要的多，因而會(huì)影響回轉(zhuǎn)窯的熱效率和煙氣量。一般來(lái)說(shuō)，過(guò)剩空氣會(huì)使氮氧化物的產(chǎn)生量迅速增加，而當(dāng)大量煙氣向外排放時(shí)，其熱量損耗也隨之增加，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁會(huì)發(fā)生氧化。若過(guò)量空氣系數(shù)很低，則會(huì)造成燃料不充分燃燒，影響生產(chǎn)效率。

3.3 燒嘴安裝角度

回轉(zhuǎn)窯入口有2 個(gè)燒嘴，而燒嘴安裝角度會(huì)影響回轉(zhuǎn)窯燃燒過(guò)程，主要表現(xiàn)為直接影響氣體流動(dòng)方向。安裝時(shí)，要考慮對(duì)稱性，若兩個(gè)燒嘴安裝位置不對(duì)稱，則會(huì)導(dǎo)致火焰不均勻，影響回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒的均衡性。燒嘴和進(jìn)料口要保持一定距離，避免局部高溫破壞回轉(zhuǎn)窯筒體。

4 廢氣處理及污染物控制

危廢焚燒處理工藝中，廢氣凈化應(yīng)用“SNCR 脫硝+煙氣急冷+干法脫酸+布袋除塵器除塵+濕法脫酸”的組合工藝，所有廢氣經(jīng)過(guò)高煙囪排出。

4.1 廢氣處理

廢氣處理的整體工藝流程如圖3所示。二燃室排出的煙氣進(jìn)入余熱鍋爐第一回程內(nèi)，首先采用尿素溶液進(jìn)行脫硫脫硝處理，由于二噁英在300 ℃左右容易產(chǎn)生，因此脫硫脫硝處理后，煙氣進(jìn)入急冷塔快速降溫，使其溫度由550 ℃下降到220 ℃。然后，將快速冷卻的煙氣通入脫酸塔，添加石灰粉，將煙氣中的SO2、SO3、HCl、HF 等與Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而將煙氣中的酸性氣體去除。需要注意的是，在煙氣進(jìn)入袋式除塵器前，將活性炭噴入煙道，去除重金屬、二噁英等。接著，利用布袋除塵器將煙氣中的顆粒物、干法脫酸的鈣鹽、二噁英及活性炭吸附的重金屬去除。最后，將煙氣送入濕法脫酸塔，利用氫氧化鈉脫酸，并將煙氣再加熱，經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行高空排放。

圖3 焚燒煙氣處理工藝流程

4.2 污染物控制

酸性氣體主要采用SNCR 脫硝、干法脫酸、濕法脫酸等工藝進(jìn)行去除。煙氣粉塵采用布袋除塵器進(jìn)行處理，在活性炭噴射吸附過(guò)程中，顆粒物明顯增加，除塵效率十分顯著。重金屬采用“活性炭噴射吸附+布袋除塵”技術(shù)進(jìn)行處理。首先，煙氣經(jīng)過(guò)噴霧干燥塔，高露點(diǎn)的重金屬凝聚在微粒上，然后用活性炭對(duì)煙道進(jìn)行二次吸附，最后用布袋除塵器將煙塵和活性炭收集起來(lái)。

為防止二噁英產(chǎn)生，在處理過(guò)程中采取焚燒控制措施。首先，在燃燒時(shí)對(duì)危廢進(jìn)行充分翻轉(zhuǎn)和攪拌，確保充分燃燒。二燃室溫度要控制在1 100 ℃以上，使煙氣停留時(shí)間超過(guò)2 s，確保二噁英完全分解。急冷塔采用煙氣瞬間冷卻分離出顆粒物和其他污染物，并配有一臺(tái)藥劑泵噴射堿液，可以在300～500 ℃的溫度范圍內(nèi)縮短煙氣停留時(shí)間，避免二噁英再次產(chǎn)生。煙氣進(jìn)入布袋除塵器前，將活性炭噴入反應(yīng)器后面的煙道中，以吸附二噁英、重金屬。然后，用布袋除塵器去除污染物。經(jīng)處理，二噁英排放濃度遠(yuǎn)低于相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)危廢處理工藝整體比較落后，污染物排放量大，綜合利用水平低。本文結(jié)合危廢焚燒處理工藝流程，分析回轉(zhuǎn)窯燃燒過(guò)程的影響因素，研究廢氣處理及污染物控制，以期實(shí)現(xiàn)危廢的無(wú)害化、減量化和資源化處置。未來(lái)，危廢處置企業(yè)要合理選用焚燒處理技術(shù)，建設(shè)危廢處理設(shè)施，有效減少?gòu)U氣產(chǎn)生量，將節(jié)能減排落到實(shí)處，最終提高環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。