探討化工危險廢物焚燒及煙氣處理工藝

1552 編輯：中冶有色技術網來源：《科學與技術》

2021-12-03 14:40:55

摘要：化工產業(yè)在生產過程中不可避免地會出現(xiàn)有毒有害的危險廢料，并且其中潛存易燃易爆物質以及腐蝕性和傳染放射性等物質，不僅對人體有巨大傷害，同時對于自然環(huán)境也有較大影響，因此減輕這些有害物質的危險性進行無公害化處理是化學工程當中最需要解決的問題。隨著工業(yè)領域對化學技術的應用逐漸增多，組合形式的復雜性逐漸提升，越來越多的新材料制造所產生的的廢料需要更為有效的處理措施，焚燒一直是采用頻率最高的處理方式，不過對于焚燒煙氣的處理技術，一直處于研究和優(yōu)化當中。
引言
隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)不斷發(fā)展，各種危險廢物數(shù)量不斷增多，且多種危險廢物具有多種危險特性，包括放射性、傳染性、腐蝕性、易燃易爆性、化學反應性和毒害性，如果不能對危險廢物進行適當?shù)奶幹煤凸芾?，那么很容易污染環(huán)境，并嚴重影響到人類健康和生態(tài)環(huán)境。因此一種危險廢物的無害化處理得到了廣泛的應用，目前危險廢物處理技術比較成熟的處理方法是焚燒法，廢物處理處置的工藝主要是通過回轉窯焚燒危險廢物。文章主要闡述化工危險廢棄物焚燒技術標準，并詳細介紹危險廢物焚燒工藝和煙氣凈化工藝。
一、國內化工廢料處理行業(yè)現(xiàn)狀
危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或根據國家規(guī)定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性和感染性等一種或一種以上危險特性，以及不排除具有以上危險特性的固體廢物。隨著新冠肺炎疫情爆發(fā)，我國危險廢物環(huán)境管理和處理能力仍將面臨新的挑戰(zhàn)。據相關數(shù)據統(tǒng)計，2019年，全國大、中城市工業(yè)危險廢物產生量為4643萬噸；按年增長率15.7%，預估2020年工業(yè)危險廢物產生量將達到5350萬噸。疫情期間，僅2020年3月3日當天，全國收集醫(yī)療廢物3135.7噸(含定點醫(yī)療機構的涉疫情醫(yī)療廢物570.4噸)，醫(yī)療廢物新增日處置能力21.3%(約1045.7噸/日)；另外，據相關機構預測，2020年全國新增口罩垃圾和醫(yī)療廢物分別約為16.2萬噸和17.9萬噸。危險廢物產生量快速增長的處理能力需求以及應對突發(fā)事件協(xié)同處理能力的提升，對我國危險廢物處理技術提出了更高的要求。目前危險廢物回轉窯焚燒作為無害化處理技術應用較為廣泛的工藝，在不同的工程實踐中仍存在諸多不足之處，從整體工藝優(yōu)化設計的方向進行研究，提高危險廢物無害化處理的效率效果，有效避免生態(tài)環(huán)境風險，是當前較為緊迫的任務之一。
二、危險廢物焚燒工藝
2.1焚燒爐型選擇
焚燒爐是焚燒系統(tǒng)最為關鍵的設備之一。隨著焚燒技術的發(fā)展，焚燒爐的種類越來越多，爐型結構各有不同。按結構類型分類主要有回轉窯、固定床、流化床焚燒爐以及液體噴射爐?；剞D窯是一種多功能的廢物焚燒裝置，其集焚燒與熱解于一體，可廣泛用于各種固體廢物、污泥、有毒有害廢物、甚至液體廢物的焚燒。總的來說，回轉窯具備進料方式靈活、設備運行穩(wěn)定、運行費用相對較低等優(yōu)點。對化工危險廢物而言，其往往具有數(shù)量大、固廢種類多、成分復雜等特點。在實際工程應用中，推薦使用回轉窯作為化工危險廢物處理處置設備。
2.2焚燒處理工藝
一般來說，以回轉窯焚燒爐為基礎的焚燒系統(tǒng)應由配伍預處理、進料系統(tǒng)、回轉窯以及二燃室四部分組成。
（1）配伍預處理
實際工程應用中，待焚燒處理的危險廢物往往形態(tài)各異、成分復雜。因此，為保證焚燒系統(tǒng)的穩(wěn)定進料、平穩(wěn)運轉，并在實現(xiàn)無害化處理的同時，降低運行成本，需對進料前的固體廢物進行配伍預處理。配伍預處理的控制因子主要有兩點：(1)均衡廢物的熱值和水分，保證焚燒穩(wěn)定，節(jié)省輔助燃料。建議配伍后廢物的熱值在 3000~3500 kcal/kg 之間；(2)均衡入窯廢物的成分，以保證煙氣達標排放。通常來說，入爐酸性污染物最高含量為：Cl＜2 %，F(xiàn)＜0.5 %，S＜2 %，Br＜0.2 %，I＜0.2 %，P＜0.5 %，含有有機重金屬類物質的危險廢物應采用桶裝入爐方式以控制整體數(shù)量。
（2）進料系統(tǒng)
針對不同物料類型，應采用不同進料方式。具體來說：(1)對大塊物或不易分裝的廢物，需經過破碎機破碎后進儲存在廢物儲坑，通過抓吊上料進入回轉窯；(2)散裝固體廢物應根據外形尺寸的大小和檢測熱值，進行簡單配伍后儲存在廢物儲坑，最終通過抓吊上料進入料斗，通過液壓活塞推送推入回轉窯內；(3)廢液應通過廢液霧化泵及霧化系統(tǒng)噴入焚燒爐進行焚燒處理。
（3）回轉窯
危險廢物通過進料機構送入回轉窯本體內進行高溫焚燒，廢物在窯體內被徹底焚燒成高溫煙氣和灰渣。回轉窯本體的合理設計是危險廢物處理處置效果的基本保證。在實際工程設計時，焚燒時間一般應控制在 60 min 左右(60~120 min)，操作溫度控制在 850 ℃左右，爐體轉速控制在0.2~5.0 r/min 之間。同時，為保證物料向下的傳輸，保持回轉窯有一定的傾斜度，以 2°為宜。此外，還應根據實際焚燒物料的特性，對窯內耐火材料的選材及砌筑方法進行調整，保證耐火材料的耐久性。從而保證回轉窯主體的良好、穩(wěn)定運轉。
（4）二燃室
經回轉窯燃燒產生的高溫煙氣和灰渣從窯尾進入二燃室。二燃室的主要功能是對一次燃燒產的煙氣中未燃盡的有害物質做進一步的徹底分解銷毀，以達到排放要求。按國家《危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范》HJ/T176-2005 規(guī)定，二燃室應按1100 ℃以上煙氣停留時間大于 2 s 為設計要求進行計算，以保證有害的臭氣和多氯化合物能夠充分分解，同時抑制二噁英的生成。根據實際工程案例，二燃室可將煙氣中 99.99 %以上的二噁英和其他有害成分徹底分解掉。
三、煙氣凈化處理工藝
煙氣凈化工藝的目的就是保證煙氣達標排放，通常情況下煙氣凈化工藝需要用到7種凈化系統(tǒng)，包括：煙氣再加熱及排放、濕式除酸系統(tǒng)、低溫SCR、布袋除塵器、干式反應塔、半干急冷塔、余熱利用系統(tǒng)(內置 SCNR)。此技術可以確保各種污染因子的排放值達標，包括煙塵、酸性氣體、重金屬和二噁英，從而實現(xiàn)滿足國家相關標準的污染控制指標。
（1）余熱利用系統(tǒng)包括內置SCNR、余熱鍋爐以及附屬設備。其目的就是實現(xiàn)焚燒產生的熱量進行回收利用，從而產生蒸汽，這樣可大大降低運行成本和降低能耗的目的。另外對NOx的處理使用非催化還原脫硝法脫硝，脫銷效果可達40%左右。
（2）半干式急冷吸收塔的目的是降溫和吸收酸性成份的作用，通常情況下，二噁英會在250～500℃再次生成，為了有效控制，將煙氣的溫度進行急劇降溫。降溫方式采用的噴堿液直接冷卻，這樣不僅可以帶著大量的熱量，還能將溫度迅速降到200℃左右，實現(xiàn)了對二噁英進行良好的控制，對HCL物質的處理率高達70%以上。
（3）布袋除塵器其目的是有效處理煙氣中的固體顆粒，對固體顆粒的處理效率高達99.9%以上。在實際應用過程中，為了保證除塵效果，煙氣溫度必須要控制在200℃左右，且除塵器布袋一定要是高溫型材料，其中 ePTFE 材質的布袋對除塵效果最好。
（4）低溫SCR反應器就是在催化劑的作用下，能夠將煙氣中的有害物質轉化為水和氮，實現(xiàn)消除NOx的目的，所以催化劑至關重要，在選擇催化劑時需要根據實際情況選擇。
（5）濕式除酸系統(tǒng)一般情況下都是在低溫SCR反應器后面增加，目的是將各種重金屬和有機污染物進行較好的去除。煙氣再加熱和排放系統(tǒng)，是對濕式除酸系統(tǒng)進行水汽處理，在濕式除酸后增加煙氣加熱器，可有效減少煙氣中的水分，防止導致引風機出現(xiàn)積水和腐蝕現(xiàn)象。
結束語
為提高危險廢物焚燒處理技術水平，系統(tǒng)研究和探討了以回轉窯焚燒工藝為主的各環(huán)節(jié)設計和實際應用中存在的缺陷和問題，提出完善和優(yōu)化的設想。通過整體工藝的優(yōu)化設計，能有效提升危險廢物回轉窯焚燒和煙氣處理的效率，為煙氣達到更嚴格的排放限值要求提供了技術保障；并完善應對突然事件協(xié)同處理特種廢物的能力，具有很大的實用性、普及性。

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