危險廢物焚燒處置工藝進(jìn)料配伍研究

曾斌龍

（廈門暉鴻環(huán)境資源科技有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

目前《國家危險廢物名錄》（2021年版）已于2020年11月5日公布，自2021年1月1日實施，根據(jù)名錄中危險廢物所具備的危險特性，一般而言，適合采用焚燒工藝處置的危險廢物大類可達(dá)20大類，因此，目前危險廢物處置技術(shù)中，采用焚燒工藝處置危險廢物仍為我國危險廢物處置的主要采用方法。焚燒法處置危險廢物可在高溫下最大程度地破壞危險廢物的有毒、有害成分，且可極大的減少危險廢物的體積為原體積的5-15%[1]，其質(zhì)量可基本減少到危險廢物原質(zhì)量的70%-80%。焚燒工藝處置具有危險廢物處理種類多、減量化大、有害物質(zhì)焚毀徹底、處置量大、可連續(xù)運行等優(yōu)點，而被廣泛采用，但存在結(jié)渣嚴(yán)重、較差的組分適應(yīng)性、污染排放容易超標(biāo)等缺陷。危險廢物的配伍是焚燒處置環(huán)節(jié)的輸入部分，通過合理的配伍，可在一定程度上解決焚燒工藝存在的缺陷，因此，進(jìn)料配伍作為焚燒處置危險廢物的關(guān)鍵環(huán)節(jié)步驟，必須得到危險廢物經(jīng)營企業(yè)重視。

1 危險廢物焚燒處置工藝簡介

危險廢物的焚燒處置工藝，基本含義在于運用焚燒裝置設(shè)備來處理包含毒害性元素成分的工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢物，進(jìn)而達(dá)到消除廢棄物質(zhì)毒害性、凈化地域生態(tài)環(huán)境以及保護人體健康的目標(biāo)[2]。其主要機理為通過廢物自燃產(chǎn)生的熱量維持焚燒裝置內(nèi)廢物所需著火點溫度，在一定的容積熱負(fù)荷下，廢物中的有害組分在高溫下，氧化、分解直至完全破壞的處理過程。因此，焚燒處理工藝必須滿足：（1）固體廢物必須經(jīng)過高溫燃燒徹底焚毀有毒物質(zhì)；（2）煙氣中的含毒有機物必須測定在高溫下燃盡；（3）尾氣、殘渣、污水、飛灰的妥善處理和達(dá)標(biāo)排放；（4）焚燒設(shè)備需保持氣密性，防止有害物質(zhì)的泄露；（5）英保證焚燒設(shè)施的穩(wěn)定，避免頻繁啟停造成的污染物指標(biāo)超標(biāo)；（6）焚燒爐的爐型需能適應(yīng)對焚燒物料應(yīng)具有廣泛的適應(yīng)性。 其基本工藝組合形式可表述為“進(jìn)料機構(gòu)+燃燒設(shè)備+預(yù)熱回用設(shè)備+煙氣治理設(shè)備”。

目前《國家危險廢物名錄》（2021年版）范圍內(nèi)的危險廢物普遍表現(xiàn)為毒性、腐蝕性、易燃性、反應(yīng)性、感染性等特性，其廢物的形態(tài)涵蓋固態(tài)、半固態(tài)、膏狀物、液態(tài)等，就廈門地區(qū)而言，焚燒類廢物主要涵蓋了醫(yī)療廢物、醫(yī)藥廢物、廢有機溶劑、廢礦物油、精餾殘渣、染料涂料廢物、其他廢物等。

因此焚燒的爐型需充分考慮焚燒處理的危險廢物的種類和數(shù)量以及長期運行過程中廢物種類和數(shù)量的變化等不確定因素，并能適應(yīng)物料組成和性質(zhì)在一定范圍內(nèi)的波動，具有較好的操作靈活性和彈性，結(jié)合危險廢物焚燒3T+E焚燒控制技術(shù)。在工藝選擇上，國內(nèi)危險廢物的焚燒設(shè)施一般采用回轉(zhuǎn)窯+二燃燒形式。同時危險廢物物料組分比較復(fù)雜，污染源源強較大，其煙氣治理采用多組合形式。在國內(nèi)，一般較成熟的焚燒處置工藝多采用：回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干法脫酸塔+布袋除塵器（含活性炭噴射）+冷卻洗滌塔+中和洗滌塔+煙氣再加熱+煙囪排放。

2 危險廢物焚燒處置工藝進(jìn)料配伍的分析

2.1 進(jìn)料配伍目的

在危險廢物經(jīng)營企業(yè)，相較生活垃圾焚燒廠，危險廢物的種類和數(shù)量更具有不確定性，完全取決于市場化的競爭，且工業(yè)企業(yè)不一，各廢物工藝不一，因此，危險廢物焚燒處置工藝在前端需進(jìn)行進(jìn)料配伍。物料配伍的基本含義就是對于物料熱值、物料結(jié)構(gòu)形態(tài)、物料元素成分等進(jìn)行全面優(yōu)化處理，通過前端對危險廢物檢測，控制焚燒系統(tǒng)中物料整體的揮發(fā)分、含鹽量、熱值、燃燒灰渣特性、硫元素與氯元素比例等數(shù)據(jù)，通過選取、混合各類危險廢物合理改善焚燒物料化學(xué)物理性能，在均質(zhì)化的進(jìn)料處理工作實施基礎(chǔ)上，保證平衡與均勻的物料燃燒效果實現(xiàn)，確保反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的各種類型物料元素達(dá)到可控與平穩(wěn)的反應(yīng)進(jìn)行狀態(tài)，有效的保證焚燒系統(tǒng)的熱工制，適應(yīng)建成焚燒設(shè)備的性能。因此從進(jìn)料配伍的基本目標(biāo)原則角度來講，進(jìn)料配伍的最終目的是達(dá)到危險廢物的均勻、穩(wěn)定、平衡的燃燒，并且客觀上達(dá)到焚燒設(shè)施安全運行年限增加、耐火材料使用期限延長、焚燒處置物料的經(jīng)費資源節(jié)約效益。具體對于物料含水率、物料中的重金屬比例、鹵化有機物、堿金屬以及含氯廢氣物等毒害性物質(zhì)在實施全面處置時，充分完成進(jìn)料配伍處理工作具有明顯實踐意義[3]。

2.2 多級配伍分析

三級配伍方法構(gòu)成了危險廢物經(jīng)營企業(yè)目前普遍選擇的最佳配伍方法，三級配伍方式主要包含了一級配伍、二級配伍與三級配伍的幾個關(guān)鍵流程步驟。

對于一級配伍方式而言，重點在于整體把握廢物產(chǎn)生來源、廢物處理總量以及廢物毒害性等級程度等因素，進(jìn)而運用科學(xué)的思路方法來確定處置廢物的數(shù)量、類型、物化性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求以及處置頻次等[4]。對于一級配伍的前期環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)致力于準(zhǔn)確把握，盡可能把握工業(yè)企業(yè)每種廢物的產(chǎn)生工藝，涉及的主要原輔材料、產(chǎn)生的量、收運的頻次等信息，結(jié)合危險廢物經(jīng)營企業(yè)實際運行情況，對廢物處置進(jìn)行總體計劃。

二級配伍的操作運行過程重點在于測驗廢物成分元素，其主要原則在于配置穩(wěn)定的適應(yīng)焚燒系統(tǒng)的熱值、配置危險廢物酸性污染物元素含量控制其產(chǎn)生源強、配置重金屬及堿金屬含量避免低熔物質(zhì)產(chǎn)生，其中關(guān)鍵需檢測指標(biāo)應(yīng)當(dāng)包含物料含水率、物料熱值、金屬鹽比例、硫化物與鹵素成分比例等。危險廢物經(jīng)營企業(yè)在全面開展實施二級配伍檢測工作的前提下，應(yīng)當(dāng)能夠保證二級配伍方式達(dá)到良好的熱工制、處置量達(dá)設(shè)計值、運行經(jīng)濟、煙氣排放達(dá)標(biāo)等預(yù)期效果，以本文所述較成熟的焚燒處置工藝為例，就配置危險廢物酸性污染物元素含量控制其產(chǎn)生源強而言，該工藝下50t/d爐型，風(fēng)量約20000Nm3/h，為符合新的《危險廢物焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484-2020）排放標(biāo)準(zhǔn)要求，配伍后，其廢物總體氯元素含量應(yīng)＜1.33%，硫含量應(yīng)＜1.07%，氟含量＜0.05%。在主要原則的前提下應(yīng)綜合考慮化學(xué)規(guī)避反應(yīng)即物質(zhì)的相容性。在確定與選擇配伍方法時，關(guān)鍵在于全面判斷考慮不同物料種類之間能否達(dá)到良好相容效果，據(jù)此確定最佳的物料配伍操作實施方法。嚴(yán)格確保不同類型的危險廢物能夠被同時焚燒處理，而不會引發(fā)爆炸反應(yīng)或者其他劇烈的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而威脅到人體健康與安全。

三級配伍的關(guān)鍵在于物理性混合均質(zhì)化，主要體現(xiàn)在均勻混合與破碎操作環(huán)節(jié)，旨在運用機械化的物料破碎系統(tǒng)來均勻粉碎物料顆粒，采用抓吊進(jìn)行機械混合，然后將其投入到焚燒進(jìn)料裝置內(nèi)。但是在此環(huán)節(jié)中，操作技術(shù)人員務(wù)必重視自身的操作安全隱患因素，認(rèn)真按照配伍操作的流程方法予以實施。在均勻化的物料混合燃燒過程結(jié)束以后，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)按照《危險廢物焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484-2020）排放標(biāo)準(zhǔn)要求檢測，分析判斷處置結(jié)果，已改進(jìn)二級配伍的要求，保證達(dá)到精準(zhǔn)性與全面性的物料焚燒處置[5]。

3 危險廢物焚燒處置工藝進(jìn)料配伍的重要性分析

現(xiàn)階段，國內(nèi)危險廢物的焚燒設(shè)施一般采用回轉(zhuǎn)窯+二燃燒形式，該工藝具有較好的操作靈活性、彈性、適應(yīng)性，并且還能達(dá)到廢物減量化處理的預(yù)期實施成效，普遍得到危險廢物經(jīng)營企業(yè)認(rèn)可。但作為危險廢物經(jīng)營企業(yè)仍然存在收集、貯存、處置的危險廢物種類繁多，危險廢物貯存種類實時變化，危險廢物化學(xué)成分及含量復(fù)雜多變，危險廢物來源廣乏，較大的廢物處理操作難度等特征。受到以上因素影響，回轉(zhuǎn)窯+二燃室的焚燒工藝在操作使用過程，仍存在出生渣、結(jié)焦嚴(yán)重、窯內(nèi)溫度波動大、耐材侵蝕嚴(yán)重、超標(biāo)的污染排放等缺陷。危險廢物經(jīng)營企業(yè)只有做到了密切關(guān)注進(jìn)料配伍方式，才能保證達(dá)到預(yù)期的最佳廢物處理綜合效益，對于系統(tǒng)中的廢物燃燒狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷掌握。

危險廢物經(jīng)營企業(yè)對于進(jìn)入處置裝置之前的廢物成分元素應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確進(jìn)行鑒別判斷，綜合考慮物料破碎粒徑、混合攪拌均勻程度及3T+E控制技術(shù)等因素，運用因地制宜的思路手段來確定進(jìn)料配伍方式。在均質(zhì)化的物料初步處理基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)能夠保證進(jìn)入裝置運行環(huán)節(jié)的各種類型物料基本達(dá)到完全混合程度，旨在穩(wěn)定控制物料燃燒過程，對于處置危險化工廢物的總體實施效率進(jìn)行優(yōu)化提高。

除此以外，危險廢物經(jīng)營企業(yè)目前有必要在現(xiàn)有三級配伍的前提下，積極探索多元化的危險廢物配伍方法以解決工程技術(shù)的先天不足。對此，結(jié)合實際運行經(jīng)驗，在三級配伍方法的體系下，本文進(jìn)一步提出著火點配伍原則、燃燒速率配伍原則及層燃配伍原則。

3.1 著火點配伍原則

某種危險廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需維持燃燒火焰不再熄滅，應(yīng)維持窯內(nèi)溫度不低于該危險廢物著火點溫度，燃燒產(chǎn)生的熱量維持窯內(nèi)溫度，形成窯內(nèi)燃燒與溫度的動態(tài)平衡，在危險廢物配伍時合理的配置不同著火點的廢物，使得配伍后低著火點（＜550℃）、中著火點（550℃-800℃）、高著火點（大于800℃）分布均勻，一方面可避免因操作過程窯內(nèi)溫度下降造成大部分物料不燃燒，提供的熱量不足以維持窯內(nèi)溫度，而呈現(xiàn)窯內(nèi)溫度持續(xù)下降造成大量出生渣的現(xiàn)象，一方面可使窯內(nèi)燃燒分布均勻進(jìn)而促進(jìn)窯內(nèi)溫度分布均勻，避免斷燃或集中燃燒現(xiàn)象發(fā)生，完整經(jīng)歷烘干—起燃—燃燒—燃燼四個階段。

3.2 燃燒速率配伍原則

危險廢物按其物理形態(tài)分燃燒速率一般遵循固體燃燒速率＜半固態(tài)（膏狀）燃燒速率＜液體燃燒速率＜?xì)怏w燃燒速率。不同固體危險廢物其燃燒速率也存在有很大差異，例如危廢名錄中精餾殘渣、染料涂料類廢物、有機樹脂類等廢物，一般需經(jīng)歷受熱熔化、蒸發(fā)、氣化、分解氧化、起火燃燒一系列過程，一般燃燒速率較慢，而感光材料廢物、醫(yī)藥廢物及含纖維素的廢物等，燃燒是分解式的，速率很快。另外，對于固體廢物而言，影響其燃燒速率的另一個重要因素為燃燒表面積與體積之比值。因此對于危險廢物焚燒而言，合理的配置不同的燃燒速率的廢物，使得配伍后快速燃燒廢物、中速燃燒廢物和慢速燃燒廢物較為均勻的分布，總體均質(zhì)化燃燒速率達(dá)到中速等級，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒溫度分布較為均勻，避免回轉(zhuǎn)窯溫度出現(xiàn)頭高尾低或頭低尾高的現(xiàn)象，有利于整體提高回轉(zhuǎn)窯內(nèi)廢物的燃燒時間及焚毀效率[6]。

3.3 層燃配伍原則

回轉(zhuǎn)窯+二燃燒形式的危險廢物焚燒設(shè)施，普遍存在結(jié)焦嚴(yán)重的問題，常因結(jié)焦不得不短暫停爐，嚴(yán)重的甚至可能引起結(jié)圈，影響焚燒設(shè)施的穩(wěn)定正常運行。目前業(yè)內(nèi)配伍多數(shù)僅從控制低熔點物質(zhì)的配伍量、增設(shè)清焦燃燒器、控制窯內(nèi)溫度低于焚毀后爐渣的T3溫度幾種措施進(jìn)行控制， 從配伍角度出發(fā)，在配伍過程通過添加高熔點的表面燃燒物質(zhì)如碳纖維物質(zhì)，使燃燒物料網(wǎng)連，物料在窯內(nèi)翻滾燃燒占比減小，滑動燃燒占比增大，物料整體表面燃燒趨勢變大，延長物料在窯內(nèi)的燃燒時間，減少形成的爐渣在窯內(nèi)的吸熱熔融，碳纖維物質(zhì)的表面燃燒產(chǎn)生的煙氣，也能有效的破壞熔融爐渣的粘結(jié)長大，同時部分形成的熔融物質(zhì)粘結(jié)纖維表面，不易粘結(jié)于耐火材料上。根據(jù)廈門某危廢企業(yè)運營經(jīng)驗，在相同的窯內(nèi)溫度下，碳釬維添加量達(dá)到2%～5%可有效防止結(jié)焦現(xiàn)象。符合上述部分機理的物質(zhì)也能有效防止結(jié)焦，如氧化鋁球、木頭、顆粒狀活性碳等。但該配伍應(yīng)注意的是其參加量不得過大，否則容易引起因物料整體表面燃燒過大，物料所需燃燒時間過長，致使窯內(nèi)物料燃燒停留時間不夠而出生渣。

4 結(jié)語

經(jīng)過分析可見，目前危險廢物普遍表現(xiàn)為種類繁多、化學(xué)成分及含量復(fù)雜多變以及廣泛的物料來源特征，客觀上增加了危險廢物經(jīng)營企業(yè)危險廢物焚燒過程中的配伍實施難度。通常情況下，危險廢物的配伍可以選擇三級配伍技術(shù)方法，旨在運用多個不同等級的配伍技術(shù)方法，使危險廢物均勻、穩(wěn)定、平衡的燃燒的同時，減少運營成本，最終達(dá)到徹底焚毀有毒有害物質(zhì)的目標(biāo)，達(dá)到最佳的經(jīng)濟性。在現(xiàn)有的焚燒工藝條件下，三級配伍對危險廢物焚燒的指導(dǎo)仍存在一定的盲區(qū)，具體在實踐中，危險廢物經(jīng)營企業(yè)應(yīng)針對運營過程存在的問題，從危險廢物焚燒配伍技術(shù)方法上多元化的深入展開研究，不斷的提出例如著火點、燃燒速率、層燃等配伍方法，合理完善優(yōu)化現(xiàn)有的三級配伍方法體系。