危廢焚燒高溫段煙氣的分析及討論

梅勝橋 (東江環(huán)保股份有限公司華東事業(yè)部，江蘇 南京 210001)

0 引言

隨著全球工業(yè)不斷發(fā)展，危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生也越來越多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物達(dá)到了3.3億t，嚴(yán)重地影響著人們的健康和環(huán)境的安全。危險(xiǎn)廢物不同于生活垃圾，是一種特殊的固體廢物，具有一定的腐蝕性、毒性、反應(yīng)性、易燃性、放射性等。危險(xiǎn)廢物的處置方法一般有填埋法、焚燒法、固化法和化學(xué)法等，其中焚燒法由于其減量化較明顯而得到廣泛應(yīng)用[1]。危廢焚燒流程中一般使用到的配備是：回轉(zhuǎn)窯式焚燒系統(tǒng)、熱量回收系統(tǒng) (余熱鍋爐)、煙氣處理系統(tǒng)等。

進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯的原料一般為化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機(jī)廢物、有機(jī)廢水和生化淤泥等廢物，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒后，產(chǎn)生的高溫?zé)煔膺M(jìn)入二燃室，在二燃室停留時(shí)間超過2 s，出口處的煙氣溫度為1 100 ℃以上，之后煙氣進(jìn)入余熱鍋爐。余熱鍋爐對(duì)煙氣的熱能進(jìn)行回收，使煙氣溫度降低至500～600 ℃，之后進(jìn)入煙氣處理系統(tǒng)。

煙氣處理系統(tǒng)常規(guī)使用的是以“急冷塔+干法反應(yīng)塔+熟石灰/碳酸氫鈉干粉脫硫+活性炭吸附+布袋除塵器+引風(fēng)機(jī)+預(yù)冷塔+吸收塔+堿洗減濕塔+煙囪”為凈化流程的煙氣凈化工藝，

在煙氣處理系統(tǒng)中，煙氣溫度由500～600 ℃逐級(jí)下降，至60 ℃左右后經(jīng)再熱至100 ℃左右排空。其中，高溫段的煙氣是指進(jìn)入急冷塔之前的煙氣。對(duì)非高溫段煙氣進(jìn)行的各種分析及監(jiān)測(cè)比較常規(guī)[2]，而針對(duì)高溫?zé)煔舛蔚臍怏w及粉塵等的分析數(shù)據(jù)則幾乎未見研究。

文章以某危險(xiǎn)廢物焚燒裝置的煙氣處理單元為例，針對(duì)高溫段煙氣進(jìn)行分析與檢測(cè)。該裝置的危廢年處理1.3 萬t左右，計(jì)劃對(duì)煙氣處理工藝進(jìn)行升級(jí)改造。

1 分析方法

1.1 取樣方法

煙氣取樣口位于危廢焚燒流程中的余熱鍋爐的煙氣出口和急冷塔的煙氣入口之間的管道上。通過管道上的法蘭，將取樣頭伸入煙道，取樣頭內(nèi)置過濾器，將粉塵截留在取樣頭內(nèi)。取樣頭與氣體測(cè)量系統(tǒng)連接，取樣管線外置保溫系統(tǒng)。

余熱鍋爐底部粉塵通過余熱鍋爐底部法蘭口卸出，經(jīng)冷卻后收集。

余熱鍋爐出口煙氣中粉塵的取樣口與氣體取樣口相同，粉塵取樣頭經(jīng)過管線與耐溫的抽真空系統(tǒng)連接，粉塵取樣頭不設(shè)過濾器，粉塵在抽真空系統(tǒng)前經(jīng)過濾、冷卻后收集。

1.2 煙氣分析

余熱鍋爐出口煙氣采用MGS900多組分連續(xù)氣體測(cè)量系統(tǒng) (北京杰席特科技有限公司提供) 進(jìn)行在線分析。該系統(tǒng)集成了煙氣保溫采樣單元、預(yù)處理單元、傅里葉變換紅外(FT-IR)準(zhǔn)原位氣體分析儀、氧分析儀和后處理單元，測(cè)量過程中每15 s更新一次記錄，送入DCS并實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的核心FT-IR分析儀由美國(guó)萬機(jī)儀器有限公司生產(chǎn)，型號(hào)Multigas2030，樣品池的工作溫度是191 ℃，具有分析包括SO3、SO2、NOx、H2O、COx、NH3、H2S 在內(nèi) 380多種氣體物質(zhì)的潛力。此外，氧分析儀由澳大利亞NOVATECH生產(chǎn)，型號(hào)ZrO-1632/1231，O2體積分?jǐn)?shù)的測(cè)量范圍在0～25%。

煙氣在線分析系統(tǒng)的工作流程如圖1所示，煙氣樣氣用量在1 L/min，取樣過程為：取樣管線從煙氣管道中抽氣取樣，分析儀自帶抽氣泵。取樣管線配備過濾器和加熱保溫套，過濾器可隔絕煙氣攜帶的粉塵，加熱保溫套 (設(shè)置為180 ℃)可保證所取煙氣中的H2O以氣態(tài)形式存在。所取煙氣經(jīng)過氣體緩沖罐后進(jìn)入分析儀，同時(shí)，還需配備氮?dú)夥创倒芫€用于反吹分析儀和取樣管。最后，分析后的煙氣經(jīng)過堿液罐吸收后排空。

1.3 煙氣中粉塵組成的元素分析

煙道中夾帶的粉塵的元素組成采用X射線熒光法(XRF)測(cè)定，所用儀器為日本理學(xué)ZSX PrimusII型X射線熒光光譜儀。

圖1 煙氣在線分析系統(tǒng)工作流程圖

1.4 二噁英分析

取樣頭中粉塵采用同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用法(HRGC-HRMS)對(duì)煙氣中粉塵的二噁英進(jìn)行定性和定量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙氣組成

某一時(shí)間段內(nèi)，余熱鍋爐出口煙氣組成如表1所示。由于進(jìn)入焚燒系統(tǒng)的危廢垃圾沒有固定組成，導(dǎo)致焚燒后煙氣中各組分的含量具有波動(dòng)性。煙氣中含硫化合物是SO2，其含量最高值可達(dá)4 584.24 mg/m3，即使平均值也達(dá)到了2 455.45 mg/m3。而含氮化合物主要以NO的形式存在，極少量以HCN的形式存在，NO2并沒有檢出。煙氣中CO平均含量為204.99 mg/m3，也需要在下一步流程中脫除。此外，煙氣中含有少量HCl和HF。

經(jīng)過后續(xù)煙氣凈化工藝，煙氣中各種污染物被脫除，含量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，煙氣在100 ℃左右排空。

表1 余熱鍋爐出口煙氣組成測(cè)量數(shù)據(jù)

2.2 粉塵化學(xué)組成

煙氣中粉塵的元素組成分析結(jié)果如表2所示，余熱鍋爐底部和出口處的粉塵組成相近，主要的組分都是Na2O、P2O5、SO3、CaO、ZnO。其中含量最多的是SO3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在30%左右。值得注意的是粉塵中含有一定量的Cl元素，這意味著粉塵中可能含有二噁英。如果要在高溫段進(jìn)行煙氣處理，一方面要考慮新添設(shè)備的耐溫耐腐性質(zhì)等問題，另一方面還必須關(guān)注煙氣中夾帶粉塵帶來的影響，必要時(shí)采用預(yù)處理措施將煙氣中的粉塵濃度控制在可接受的范圍內(nèi)。

表2 余熱鍋爐不同位置粉塵的主要組分及含量

2.3 粉塵中二噁英

粉塵中二噁英的含量分析結(jié)果如表3所示。粉塵按危廢算，二噁英含量為 280 ng TEQ /kg，主要以多氯帶二苯并呋喃的形式存在。

二噁英作為劇毒物質(zhì)，其排放濃度受到嚴(yán)格控制。因此對(duì)煙氣處理技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，即便不具備脫除二噁英的功能，也絕對(duì)不可以引入二噁英或增加二噁英的排放，這是對(duì)技術(shù)選擇的一個(gè)基本準(zhǔn)則。通常產(chǎn)生二噁英的前驅(qū)體有氯、多環(huán)芳烴、氧等，技術(shù)改造時(shí)就需考量這幾種前驅(qū)體是獨(dú)立存在還是同時(shí)存在，以及有無溫度等誘發(fā)二噁英的因素。

表3 余熱鍋爐中粉塵中二噁英含量

3 結(jié)語

利用已有手段對(duì)危廢焚燒的高溫段煙氣的氣相、粉塵的化學(xué)組成及粉塵中的二惡英進(jìn)行了分析，獲得了高溫段煙氣的組成數(shù)據(jù)，掌握了煙氣中粉塵的化學(xué)組成及二噁英含量，這些分析結(jié)果對(duì)于焚燒裝置運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，以及下一步煙氣處理工藝改造具有重要的參考意義。