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技術(shù)丨探討化工危險廢物焚燒及煙氣處理工藝
時間：2021-12-13
亞德環(huán)保導(dǎo)讀：工產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)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(zhì)以及腐蝕性和傳染放射性等物質(zhì)，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(zhì)的危險性、進行無害化處理是化學(xué)工程當中最需要解決的問題。隨著工業(yè)領(lǐng)域?qū)瘜W(xué)技術(shù)的應(yīng)用逐漸增多，組合形式的復(fù)雜性逐漸提升，越來越多的新材料制造所產(chǎn)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(shù)，一直處于研究和優(yōu)化當中。
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(xué)反應(yīng)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(yīng)用，目前危險廢物處理技術(shù)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(zhuǎn)窯焚燒危險廢物。文章主要闡述化工危險廢棄物焚燒技術(shù)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(nèi)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(jù)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(yīng)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(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019年，全國大、中城市工業(yè)危險廢物產(chǎn)生量為4643萬噸；按年增長率15.7%，預(yù)估2020年工業(yè)危險廢物產(chǎn)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(gòu)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(jù)相關(guān)機構(gòu)預(yù)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(chǎn)生量快速增長的處理能力需求以及應(yīng)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(shù)提出了更高的要求。目前危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒作為無害化處理技術(shù)應(yīng)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(shè)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(wù)之一。
二、危險廢物焚燒工藝
1、焚燒爐型選擇
焚燒爐是焚燒系統(tǒng)最為關(guān)鍵的設(shè)備之一。隨著焚燒技術(shù)的發(fā)展，焚燒爐的種類越來越多，爐型結(jié)構(gòu)各有不同。按結(jié)構(gòu)類型分類主要有回轉(zhuǎn)窯、固定床、流化床焚燒爐以及液體噴射爐?；剞D(zhuǎn)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(zhuǎn)窯具備進料方式靈活、設(shè)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(fù)雜等特點。在實際工程應(yīng)用中，推薦使用回轉(zhuǎn)窯作為化工危險廢物處理處置設(shè)備。
2、焚燒處理工藝
一般來說，以回轉(zhuǎn)窯焚燒爐為基礎(chǔ)的焚燒系統(tǒng)應(yīng)由配伍預(yù)處理、進料系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯以及二燃室四部分組成。
1）配伍預(yù)處理
實際工程應(yīng)用中，待焚燒處理的危險廢物往往形態(tài)各異、成分復(fù)雜。因此，為保證焚燒系統(tǒng)的穩(wěn)定進料、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，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(yù)處理。配伍預(yù)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(zhì)的危險廢物應(yīng)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(yīng)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(jīng)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(zhuǎn)窯；(2)散裝固體廢物應(yīng)根據(jù)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(zhuǎn)窯內(nèi)；(3)廢液應(yīng)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(zhuǎn)窯
危險廢物通過進料機構(gòu)送入回轉(zhuǎn)窯本體內(nèi)進行高溫焚燒，廢物在窯體內(nèi)被徹底焚燒成高溫煙氣和灰渣。回轉(zhuǎn)窯本體的合理設(shè)計是危險廢物處理處置效果的基本保證。在實際工程設(shè)計時，焚燒時間一般應(yīng)控制在60min左右(60-120min)，操作溫度控制在850℃左右，爐體轉(zhuǎn)速控制在0.2-5.0r/min 之間。同時，為保證物料向下的傳輸，保持回轉(zhuǎn)窯有一定的傾斜度，以2°為宜。此外，還應(yīng)根據(jù)實際焚燒物料的特性，對窯內(nèi)耐火材料的選材及砌筑方法進行調(diào)整，保證耐火材料的耐久性。從而保證回轉(zhuǎn)窯主體的良好、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
4）二燃室
經(jīng)回轉(zhuǎn)窯燃燒產(chǎn)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(chǎn)的煙氣中未燃盡的有害物質(zhì)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(shè)技術(shù)規(guī)范》HJ/T176-2005 規(guī)定，二燃室應(yīng)按1100℃以上煙氣停留時間大于2s為設(shè)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(jù)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(yīng)塔、半干急冷塔、余熱利用系統(tǒng)(內(nèi)置SCNR)。此技術(shù)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(guān)標準的污染控制指標。
（1）余熱利用系統(tǒng)包括內(nèi)置SCNR、余熱鍋爐以及附屬設(shè)備。其目的就是實現(xiàn)焚燒產(chǎn)生的熱量進行回收利用，從而產(chǎn)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(zhì)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(yīng)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(zhì)的布袋對除塵效果最好。
（4）低溫SCR反應(yīng)器就是在催化劑的作用下，能夠?qū)煔庵械挠泻ξ镔|(zhì)轉(zhuǎn)化為水和氮，實現(xiàn)消除NOx的目的，所以催化劑至關(guān)重要，在選擇催化劑時需要根據(jù)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(yīng)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(dǎo)致引風機出現(xiàn)積水和腐蝕現(xiàn)象。
為提高危險廢物焚燒處理技術(shù)水平，系統(tǒng)研究和探討了以回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝為主的各環(huán)節(jié)設(shè)計和實際應(yīng)用中存在的缺陷和問題，提出完善和優(yōu)化的設(shè)想。通過整體工藝的優(yōu)化設(shè)計，能有效提升危險廢物回轉(zhuǎn)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(shù)保障；并完善應(yīng)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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