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探讨化工危险废物焚烧及烟气处理工艺

2021-06-02信息来源 : 《科学与技术》 作者:徐德江 陈勇亮

摘 要:化工产业在生产过程中不可避免地会出现有毒有害的危险废料,并且其中潜存易燃易爆物质以及腐蚀性和传染放射性等物质,不仅对人体有巨大伤害,同时对于自然环境也有较大影响,因此减轻这些有害物质的危险性进行无公害化处理是化学工程当中最需要解决的问题。随着工业领域对化学技术的应用逐渐增多,组合形式的复杂性逐渐提升,越来越多的新材料制造所产生的的废料需要更为有效的处理措施,焚烧一直是采用频率最高的处理方式,不过对于焚烧烟气的处理技术,一直处于研究和优化当中。

关键词:化工;危险废物;焚烧烟气;处理处置

引 言

随着我国现代化工业不断发展,各种危险废物数量不断增多,且多种危险废物具有多种危险特性,包括放射性、传染性、腐蚀性、易燃易爆性、化学反应性和毒害性,如果不能对危险废物进行适当的处置和管理,那么很容易污染环境,并严重影响到人类健康和生态环境。因此一种危险废物的无害化处理得到了广泛的应用,目前危险废物处理技术比较成熟的处理方法是焚烧法,废物处理处置的工艺主要是通过回转窑焚烧危险废物。文章主要阐述化工危险废弃物焚烧技术标准,并详细介绍危险废物焚烧工艺和烟气净化工艺。

一、国内化工废料处理行业现状

危险废物是指列入国家危险废物名录或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性等一种或一种以上危险特性,以及不排除具有以上危险特性的固体废物 。随着新冠肺炎疫情爆发,我国危险废物环境管理和处理能力仍将面临新的挑战。据相关数据统计,2019年,全国大、中城市工业危险废物产生量为4643万吨;按年增长率15.7%,预估2020年工业危险废物产生量将达到5350万吨。疫情期间,仅2020年3月3日当天,全国收集医疗废物3135.7吨(含定点医疗机构的涉疫情医疗废物570.4吨),医疗废物新增日处置能力21.3%(约1045.7吨/日);另外,据相关机构预测,2020年全国新增口罩垃圾和医疗废物分别约为16.2万吨和17.9万吨。危险废物产生量快速增长的处理能力需求以及应对突发事件协同处理能力的提升,对我国危险废物处理技术提出了更高的要求。目前危险废物回转窑焚烧作为无害化处理技术应用较为广泛的工艺,在不同的工程实践中仍存在诸多不足之处,从整体工艺优化设计的方向进行研究,提高危险废物无害化处理的效率效果,有效避免生态环境风险,是当前较为紧迫的任务之一。

二、危险废物焚烧工艺

2.1焚烧炉型选择

焚烧炉是焚烧系统最为关键的设备之一。随着焚烧技术的发展,焚烧炉的种类越来越多,炉型结构各有不同。按结构类型分类主要有回转窑、固定床、流化床焚烧炉以及液体喷射炉。回转窑是一种多功能的废物焚烧装置,其集焚烧与热解于一体,可广泛用于各种固体废物、污泥、有毒有害废物、甚至液体废物的焚烧。总的来说,回转窑具备进料方式灵活、设备运行稳定、运行费用相对较低等优点 。对化工危险废物而言,其往往具有数量大、固废种类多、成分复杂等特点。在实际工程应用中,推荐使用回转窑作为化工危险废物处理处置设备。

2.2焚烧处理工艺

一般来说,以回转窑焚烧炉为基础的焚烧系统应由配伍预处理、进料系统、回转窑以及二燃室四部分组成。

(1)配伍预处理

实际工程应用中,待焚烧处理的危险废物往往形态各异、成分复杂。因此,为保证焚烧系统的稳定进料、平稳运转,并在实现无害化处理的同时,降低运行成本,需对进料前的固体废物进行配伍预处理。配伍预处理的控制因子主要有两点:(1)均衡废物的热值和水分,保证焚烧稳定,节省辅助燃料。建议配伍后废物的热值在 3000~3500 kcal/kg 之间;(2)均衡入窑废物的成分,以保证烟气达标排放。通常来说,入炉酸性污染物最高含量为:Cl<2 %,F<0.5 %,S<2 %,Br<0.2 %,I<0.2 %,P<0.5 %,含有有机重金属类物质的危险废物应采用桶装入炉方式以控制整体数量。

进料系统

针对不同物料类型,应采用不同进料方式。具体来说:(1)对大块物或不易分装的废物,需经过破碎机破碎后进储存在废物储坑,通过抓吊上料进入回转窑;(2)散装固体废物应根据外形尺寸的大小和检测热值,进行简单配伍后储存在废物储坑,最终通过抓吊上料进入料斗,通过液压活塞推送推入回转窑内;(3)废液应通过废液雾化泵及雾化系统喷入焚烧炉进行焚烧处理。

回转窑

危险废物通过进料机构送入回转窑本体内进行高温焚烧,废物在窑体内被彻底焚烧成高温烟气和灰渣。回转窑本体的合理设计是危险废物处理处置效果的基本保证。在实际工程设计时,焚烧时间一般应控制在 60 min 左右(60~120 min),操作温度控制在 850 ℃左右,炉体转速控制在0.2~5.0 r/min 之间。同时,为保证物料向下的传输,保持回转窑有一定的倾斜度,以 2°为宜。此外,还应根据实际焚烧物料的特性,对窑内耐火材料的选材及砌筑方法进行调整,保证耐火材料的耐久性。从而保证回转窑主体的良好、稳定运转。

(4)二燃室

经回转窑燃烧产生的高温烟气和灰渣从窑尾进入二燃室。二燃室的主要功能是对一次燃烧产的烟气中未燃尽的有害物质做进一步的彻底分解销毁,以达到排放要求。按国家《危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范》HJ/T176-2005 规定,二燃室应按1100 ℃以上烟气停留时间大于 2 s 为设计要求进行计算,以保证有害的臭气和多氯化合物能够充分分解,同时抑制二噁英的生成。根据实际工程案例,二燃室可将烟气中 99.99 %以上的二噁英和其他有害成分彻底分解掉。

三、烟气净化处理工艺

烟气净化工艺的目的就是保证烟气达标排放,通常情况下烟气净化工艺需要用到7种净化系统,包括:烟气再加热及排放、湿式除酸系统、低温SCR、布袋除尘器、干式反应塔、半干急冷塔、余热利用系统(内置 SCNR)。此技术可以确保各种污染因子的排放值达标,包括烟尘、酸性气体、重金属和二噁英,从而实现满足国家相关标准的污染控制指标。

(1)余热利用系统包括内置SCNR、余热锅炉以及附属设备。其目的就是实现焚烧产生的热量进行回收利用,从而产生蒸汽,这样可大大降低运行成本和降低能耗的目的。另外对NOx的处理使用非催化还原脱硝法脱硝,脱销效果可达40%左右。

(2)半干式急冷吸收塔的目的是降温和吸收酸性成份的作用,通常情况下,二噁英会在250~500℃再次生成,为了有效控制,将烟气的温度进行急剧降温。降温方式采用的喷碱液直接冷却,这样不仅可以带着大量的热量,还能将温度迅速降到200℃左右,实现了对二噁英进行良好的控制,对HCL物质的处理率高达70%以上。

(3)布袋除尘器其目的是有效处理烟气中的固体颗粒,对固体颗粒的处理效率高达99.9%以上。在实际应用过程中,为了保证除尘效果,烟气温度必须要控制在200℃左右,且除尘器布袋一定要是高温型材料,其中 ePTFE 材质的布袋对除尘效果最好。

(4)低温SCR反应器就是在催化剂的作用下,能够将烟气中的有害物质转化为水和氮,实现消除NOx的目的,所以催化剂至关重要,在选择催化剂时需要根据实际情况选择。

(5)湿式除酸系统一般情况下都是在低温SCR反应器后面增加,目的是将各种重金属和有机污染物进行较好的去除。烟气再加热和排放系统,是对湿式除酸系统进行水汽处理,在湿式除酸后增加烟气加热器,可有效减少烟气中的水分,防止导致引风机出现积水和腐蚀现象。

结束语

为提高危险废物焚烧处理技术水平,系统研究和探讨了以回转窑焚烧工艺为主的各环节设计和实际应用中存在的缺陷和问题,提出完善和优化的设想。通过整体工艺的优化设计,能有效提升危险废物回转窑焚烧和烟气处理的效率,为烟气达到更严格的排放限值要求提供了技术保障;并完善应对突然事件协同处理特种废物的能力,具有很大的实用性、普及性。