廣西固體廢物(危險(xiǎn)廢物)處置中心焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行

潘正現(xiàn)

(廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530022)

廣西固體廢物(危險(xiǎn)廢物)處置中心焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行

潘正現(xiàn)

(廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530022)

項(xiàng)目選用回轉(zhuǎn)窯作為焚燒系統(tǒng)的主體設(shè)備處理醫(yī)療廢物和其它危險(xiǎn)廢物，其外排煙氣經(jīng)過凈化處理后符合《危險(xiǎn)廢物焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18484-2001)要求，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，焚燒的進(jìn)料系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的一環(huán)，也是故障率出現(xiàn)較高的環(huán)節(jié)，在工藝設(shè)計(jì)初期應(yīng)充分考慮，醫(yī)療廢物和其它危險(xiǎn)廢物混燒的回轉(zhuǎn)窯L/D比建議在4.5左右，系統(tǒng)防腐要全面，必須每個(gè)部位都防腐到位。

危險(xiǎn)廢物；焚燒；工藝設(shè)計(jì)；運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

危險(xiǎn)廢物是指具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性或者感染性等一種或者幾種危險(xiǎn)特性的[1]，以及不排除具有以上危險(xiǎn)特性的固體廢物，處理方法主要有焚燒、熱解、固化處理、物化處理、安全填埋等，其中焚燒處置方法具有處理徹底、減量化、無害化等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用[2-4]。

廣西危險(xiǎn)廢物處置中心是《全國危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》確定的建設(shè)項(xiàng)目之一，其服務(wù)范圍包括廣西14個(gè)地市的全部危險(xiǎn)廢物(不包括放射性和其它地區(qū)醫(yī)療廢物)和南寧市的醫(yī)療廢物，主要建設(shè)內(nèi)容包括回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)、物化處理設(shè)施、穩(wěn)定固化設(shè)施、安全填埋場等，危險(xiǎn)廢物處理能力為4.01萬噸/年。該項(xiàng)目于2009年7月開始建設(shè)，焚燒系統(tǒng)于2012年9月投入試運(yùn)行，其特點(diǎn)是醫(yī)療廢物和危險(xiǎn)廢物混合摻燒，本文對焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期為同類項(xiàng)目提供參考。

1 焚燒廢物特性

根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目可焚燒危險(xiǎn)廢物種類包括醫(yī)療廢物、醫(yī)藥廢物、廢藥物藥品、農(nóng)藥廢藥、有機(jī)溶劑廢物、廢礦油物、廢乳化液、精(蒸)餾殘?jiān)?、染料涂料廢物、有機(jī)樹脂類廢物、有機(jī)氰化合廢物、廢有機(jī)溶劑等，其低位熱值從1500～7000kcal/kg不等，同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮進(jìn)爐物料的廣譜性，即包括國家危險(xiǎn)廢物名錄中可焚燒的廢物，確定本項(xiàng)目經(jīng)過配伍后的低位熱值為4000kcal/kg[5-6]，元素成分如表1所示。

2 工藝設(shè)計(jì)

焚燒系統(tǒng)包括貯存及破碎系統(tǒng)、配伍系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)(包括一次燃燒室、二次燃燒室、燃燒器)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)(包括急冷、活性炭噴射、布袋除塵、脫酸、煙氣加熱等)、灰渣及飛灰收集系統(tǒng)、自動控制及在線監(jiān)測系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)組成[7]。工藝流程見圖1。設(shè)備規(guī)格和參數(shù)見表2。

表1 可焚燒危險(xiǎn)廢物設(shè)計(jì)元素成分表 %

注：正常情況處理廢物的S含量不超過3%、Cl含量不超過5%。

表2 焚燒系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格表

2.1 進(jìn)料系統(tǒng)

危險(xiǎn)廢物狀態(tài)有散裝膏狀物、固液混合的漿液狀物、松散的固體類、包裝編織固體類、塊狀固體類、桶裝類、箱裝類、高粘度液體類、低粘度液體類、氣體類等，醫(yī)療廢物置于可重復(fù)利用的桶裝容器內(nèi)，因此，進(jìn)料系統(tǒng)必須滿足上述類廢物的需要。項(xiàng)目設(shè)計(jì)的進(jìn)料系統(tǒng)包括散狀物或經(jīng)破碎后的散狀物用行車抓斗，標(biāo)準(zhǔn)桶裝容器用斗式提升機(jī)，大容積液體用廢液噴槍，并預(yù)留有廢氣噴口[8]。

圖1 焚燒工藝流程圖

散裝廢物存貯在儲坑內(nèi)，由行車抓入散料斗，通過鏈板式輸送機(jī)送入集料斗。鏈板式輸送機(jī)采用較寬的設(shè)計(jì)，便于布料均勻，兩側(cè)設(shè)擋板，防止散料滑滾出輸送機(jī)。鏈板式輸送機(jī)采用變頻控制，通過時(shí)間控制進(jìn)料量。物料最終通過推桿給料機(jī)送入回轉(zhuǎn)窯焚燒。標(biāo)準(zhǔn)桶裝廢物送入斗式提升機(jī)提升到窯頭集料斗，由液壓推桿給料機(jī)送入回轉(zhuǎn)窯焚燒。

2.2 焚燒系統(tǒng)

焚燒系統(tǒng)包括一次燃燒室、二次燃燒室、燃燒器，本項(xiàng)目一燃室采用回轉(zhuǎn)窯。按氣、固體在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)流動的方向回轉(zhuǎn)窯分為順流式和逆流式兩種[9]。逆流式的設(shè)計(jì)可提供較佳的氣、固混合及接觸，熱傳導(dǎo)效率高，可增加其燃燒速度。但由于氣固相對速度大，煙氣帶走的粉塵量相對較高。順流式的設(shè)計(jì)進(jìn)料、進(jìn)風(fēng)及輔助燃燒器的布置簡便，操作維護(hù)方便，有利于廢物的進(jìn)料及前置處理，廢物氣化成分在窯內(nèi)的停留時(shí)間相對較長[10]。按窯內(nèi)灰渣狀態(tài)及溫度分為灰渣式回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、熔渣式回轉(zhuǎn)窯焚燒爐兩種[11]。灰渣式焚燒爐對一般性危險(xiǎn)廢物來講，回轉(zhuǎn)窯溫度控制在850～1000℃，危險(xiǎn)廢物通過氧化燃燒達(dá)到銷毀，回轉(zhuǎn)窯窯尾排出的主要是灰渣，冷卻后灰渣松散性較好?；以礁G內(nèi)溫度低于1000℃，窯內(nèi)固體尚未熔融，仍為固體灰渣[12]。熔渣式回轉(zhuǎn)窯焚燒爐一般來講回轉(zhuǎn)窯溫度至少控制在1100℃以上，回轉(zhuǎn)窯窯尾排出的主要是熔融狀的灰渣，其熱灼減率低，焚燒徹底。熔渣式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度可能高達(dá)1350℃，廢物中惰性物質(zhì)除高熔點(diǎn)的金屬及其化合物之外，皆在窯內(nèi)熔融，因此焚燒程度比較完全。項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)考慮焚燒廢物特性等因素，選擇順流灰渣式回轉(zhuǎn)窯。

2.3 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)包括急冷、活性炭噴射、布袋除塵、脫酸、煙氣加熱等，經(jīng)過煙氣處理后，煙氣中的顆粒物、酸性氣體、二惡英、重金屬等污染物得以去除，從而使煙氣達(dá)標(biāo)排放。

2.3.1 顆粒物控制

焚燒煙氣中顆粒物的主要成分為惰性無機(jī)物，因此項(xiàng)目選用布袋除塵器作為系統(tǒng)中最主要的除塵設(shè)備，濾袋選用聚四氟乙烯針刺氈，聚四氟乙烯覆膜處理，廢氣通過濾袋時(shí)粒狀污染物附在濾層上，再加以振動、氣流逆洗或脈動沖洗等方式清除。由于危險(xiǎn)廢物焚燒產(chǎn)生的廢氣為高溫且?guī)в兴值乃嵝詺怏w，以往較少采用濾袋除塵器來去除顆粒狀污染物，但近年來濾布材質(zhì)有所改進(jìn)，對于溫度、酸堿及磨損的抵抗力均大為增強(qiáng)。

2.3.2 酸性氣體控制

項(xiàng)目采用干法脫酸加濕法洗滌的脫酸工藝。

(1)干法脫酸

采用急冷塔出口煙道中設(shè)文丘里裝置，向內(nèi)加入脫硫劑石灰粉，然后進(jìn)入反應(yīng)器降低煙氣流速，延長反應(yīng)時(shí)間以達(dá)到脫酸的目的。底部石灰可回收以減少石灰耗量，被煙氣帶走的石灰粉被布袋截留在外表面，繼續(xù)反應(yīng)，提高石灰的利用率。

(2)濕法脫酸

濕法脫酸吸收劑采用氫氧化鈉。洗滌塔內(nèi)裝有塑料填料，以增加水與煙氣的接觸，提高效率，減小設(shè)備體積。噴淋水自上而下流經(jīng)填料，在填料表面形成水膜，上升的煙氣流經(jīng)時(shí)與水膜充分接觸，達(dá)到中和目的。為節(jié)約資源，噴淋洗滌水循環(huán)使用。由于采用濕法脫酸，煙氣中含水較多，需要除霧，塔內(nèi)上部設(shè)置旋風(fēng)水汽分離，用于除去煙氣中的水汽，防止煙羽的形成。

2.3.3 二噁英的控制

(1)爐內(nèi)抑制產(chǎn)生及充分分解

危險(xiǎn)廢物在一燃室(回轉(zhuǎn)窯)中高溫焚燒，由于一直處于大于850℃高溫的過程，避開了二噁英容易生成的區(qū)域(400～500℃)，在一燃室(回轉(zhuǎn)窯)中大大減少了二噁英的生成。二燃室遵守3T原則，即二燃室煙氣溫度控制在1100℃以上、煙氣停留時(shí)間2s以上、二燃室煙氣的充分?jǐn)噭?，使二噁英充分分解[13]。

(2)爐后抑制再合成

采用急冷方式抑制再合成，通過急冷，使煙氣在1s內(nèi)從550℃降到200℃，減少二噁英的再合成。

(3)尾氣凈化裝置進(jìn)一步去除

噴入藥劑(石灰、活性炭)吸附二噁英的前驅(qū)物質(zhì)HCl、二噁英合成的催化劑重金屬以及殘留的微量二噁英[14]，在袋式除塵器中低速高效過濾去除。

經(jīng)過爐內(nèi)抑制產(chǎn)生及充分分解，爐后抑制再合成，煙氣凈化裝置進(jìn)一步去除后，煙氣中二噁英含量可以達(dá)到排放要求。

2.3.4 重金屬的去除

項(xiàng)目采用活性炭吸附的方法對重金屬進(jìn)行吸附，最終通過袋式除塵器收集進(jìn)行安全填埋處置。對于沸點(diǎn)低揮發(fā)性強(qiáng)的重金屬汞(如汞)，在袋式除塵器后仍有少量以氣體狀態(tài)存在，最終在酸吸收塔內(nèi)被洗滌下來。部分重金屬的氯化物為水熔性，即使無法通過吸附進(jìn)行去除，利用其溶于水的特性，由酸吸收塔的洗滌液自煙氣中吸收下來[15]。

3 運(yùn)行效果

項(xiàng)目于2009年7月開始建設(shè)，焚燒系統(tǒng)于2012年9月投入試運(yùn)行。經(jīng)過近10個(gè)月的運(yùn)行，2013年6月進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測工況是設(shè)計(jì)工況的101%～103%，其中醫(yī)療廢物量占進(jìn)爐物料的60%左右，經(jīng)測，煙氣在二燃室停留時(shí)間大于2s，焚毀效率大于99.99%，殘?jiān)鼰嶙茰p率3.3%～3.9%。廢氣監(jiān)測結(jié)果見表3，各項(xiàng)煙氣排放指標(biāo)均符合《危險(xiǎn)廢物焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18484-2001)要求。

表3 廢氣監(jiān)測結(jié)果 單位：mg/m3

注：數(shù)據(jù)來自《廣西固體廢物(危險(xiǎn)廢物)處置中心竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收監(jiān)測報(bào)告》

4 經(jīng) 驗(yàn)

焚燒系統(tǒng)自建成投入運(yùn)行以來已有4年多時(shí)間，由于項(xiàng)目建設(shè)初期，危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)成功運(yùn)行實(shí)例不多，加上本項(xiàng)目進(jìn)爐物料為醫(yī)療廢物和危險(xiǎn)廢物混合摻燒，設(shè)計(jì)初期的參數(shù)取值，設(shè)備選型有不足之處。

4.1 進(jìn)料系統(tǒng)

(1)行車抓斗

項(xiàng)目散裝物料采用行車抓斗，設(shè)備選型時(shí)采用了單梁行車，在實(shí)際應(yīng)用過程中，問題較為突出，故障率較高，一個(gè)是單梁行車抓斗對操作技術(shù)要求較高，鋼索易打結(jié)。二是由于只有一個(gè)行車，沒有備用的，行車出現(xiàn)故障時(shí)儲坑的物料就無法進(jìn)爐，影響了整個(gè)系統(tǒng)的配伍及運(yùn)行。因此，若采用行車抓斗進(jìn)料，應(yīng)采用雙梁行車，若有條件，可考慮一用一備。

(2)斗式提升

本項(xiàng)目醫(yī)療廢物由專用收集容器盛放，中間不倒容器，采用收集容器直接上料。醫(yī)療廢物的上料采用提升機(jī)，在提升機(jī)提斗上設(shè)醫(yī)療廢物容器固定機(jī)構(gòu)，將盛放醫(yī)療廢物的容器固定在提升斗內(nèi)，提升至窯頭上料斗內(nèi)上料。醫(yī)療廢物容器隨上料機(jī)返回重新上料。斗式提升機(jī)為非標(biāo)設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)容器提升到翻轉(zhuǎn)角度不平滑，太過實(shí)變，導(dǎo)致受力杠易變形，故障率很高。

從實(shí)際運(yùn)行情況看，進(jìn)料系統(tǒng)是非常關(guān)鍵的一環(huán)，也是故障率出現(xiàn)較高的環(huán)節(jié)。

4.2 回轉(zhuǎn)窯

焚燒系統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯的廢物裝載率為5%～15%。在入口處，對于高熱值廢物必需降低其進(jìn)料百分比以提供合理的接觸時(shí)間和溫度控制。對于低熱值廢物，其進(jìn)料百分比可以增加到15%以上。固體物質(zhì)在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的停留時(shí)間為30～120min，固態(tài)物質(zhì)中的有害成分被徹底焚毀，廢物中的無機(jī)可燃分被燃燼，長鏈環(huán)狀物質(zhì)會被分解成短鏈物質(zhì)進(jìn)入二燃室進(jìn)一步分解焚燒。實(shí)際運(yùn)行中，由于醫(yī)療廢物占比較大，醫(yī)療廢物中一次性廢物和塑料制品越來越多，熱值也越來越高，導(dǎo)致最終配伍后的進(jìn)爐物料熱值較高，窯尾處溫度在1100℃左右，爐渣已呈熔融狀，變成熔渣式回轉(zhuǎn)窯，另外，由于回轉(zhuǎn)窯L/D偏小，回轉(zhuǎn)窯長度偏短，導(dǎo)致焚燒系統(tǒng)處理富裕量不足，達(dá)不到原設(shè)計(jì)±15%的要求。

4.3 系統(tǒng)防腐

煙氣處理系統(tǒng)的管道和設(shè)備采用了耐酸膠泥等方式防腐。從實(shí)際運(yùn)行情況看，在布袋除塵前，煙氣溫度在200℃以上，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)備與煙氣基本被耐酸膠泥阻隔，煙氣在管道或設(shè)備沒有結(jié)露，除直接接觸的設(shè)備，如急冷塔噴頭等外，其它的設(shè)備和管道的腐蝕強(qiáng)度不大。但布袋除塵的框架防腐不到位，很容易結(jié)露，被腐蝕穿孔，導(dǎo)致漏風(fēng)。

5 結(jié) 論

危險(xiǎn)廢物處理方法主要有焚燒、熱解、固化處理、物化處理、安全填埋等，其中焚燒處置方法具有處理徹底、減量化、無害化等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用。廣西危險(xiǎn)廢物處置中心是《全國危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物處置設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》確定的建設(shè)項(xiàng)目之一，其服務(wù)范圍包括廣西14個(gè)地市的全部危險(xiǎn)廢物(不包括放射性和其它地區(qū)醫(yī)療廢物)和南寧市的醫(yī)療廢物，主要建設(shè)內(nèi)容包括回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)、物化處理設(shè)施、穩(wěn)定固化設(shè)施、安全填埋場等，危險(xiǎn)廢物處理能力為4.01萬噸/年。該項(xiàng)目于2009年7月開始建設(shè)，焚燒系統(tǒng)于2012年9月投入試運(yùn)行，其特點(diǎn)是醫(yī)療廢物和危險(xiǎn)廢物混合摻燒，本文項(xiàng)目選用回轉(zhuǎn)窯作為焚燒系統(tǒng)的主體設(shè)備處理醫(yī)療廢物和其它危險(xiǎn)廢物，對焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、運(yùn)行并結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期為同類項(xiàng)目提供參考。研究得出以下結(jié)論：

(1)運(yùn)行實(shí)踐證明，焚燒系統(tǒng)采用回轉(zhuǎn)窯作為主體，煙氣凈化系統(tǒng)采用急冷、干法脫酸和濕法洗滌、活性炭吸附、布袋除塵處理工藝焚燒處理醫(yī)療廢物和其它危險(xiǎn)廢物，各項(xiàng)指標(biāo)能夠達(dá)到《危險(xiǎn)廢物焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18484-2001)要求。

(2)進(jìn)料系統(tǒng)是焚燒系統(tǒng)關(guān)鍵的一環(huán)，也是故障率出現(xiàn)較高的環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)初期應(yīng)充分考慮。

(3)醫(yī)療廢物和其它危險(xiǎn)廢物混合摻焚且有一定比例的，焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱值和回轉(zhuǎn)窯L/D比值應(yīng)充分醫(yī)療廢物考慮發(fā)展趨勢。

(4)煙氣系統(tǒng)防腐考慮要全面，必須每個(gè)部位都防腐到位。

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Design and Operation of Incineration System or Guang Xi Hazardous Waste Disposal Center

PAN Zhengxian

(Scientific Research Academy of GuangXi Environmental Protection)

In this project，a rotary kiln is used as the key equipment of the incineration system to treat medical wastes and other hazardous wastes. After purification treatment，the discharged exhaust gases were in line with the standard of “Pollution control standard for hazardous wastes incineration (GB1848-2001)”. According to the operating experience，the waste feed is a critical step of incineration system as well as a high failure rate step. Therefore，the waste feed system should be carefully considered at the early process design stage. The L/D ratio of the rotary kiln，where the mixture of medical wastes and other hazardous wastes was burned，is suggested to be approximately 4.5. The anticorrosion should be done well at every part of the incineration system.

Hazardous waste；incineration；process design；operating experience

潘正現(xiàn)，男，碩士研究生，固體廢物處理

X21

A

1673-288X(2017)02-0156-04

項(xiàng)目資助：廣西壯族自治區(qū)人力資源和社會保障廳廣西人才小高地專項(xiàng)資金項(xiàng)目(桂辦發(fā)[2011]51號)

引用文獻(xiàn)格式：潘正現(xiàn).廣西固體廢物(危險(xiǎn)廢物)處置中心焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(2)：156-159.