側(cè)吹浸沒燃燒技術(shù)在工業(yè)危廢處置行業(yè)的應(yīng)用

許 欣

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

2008年，初版《國家危險廢物名錄》公布，“十一五”期間，我國的危險廢物處置行業(yè)開始快速發(fā)展；2010年，全國持危險廢物經(jīng)營許可證單位利用處置的危險廢物共840萬t，較2006年提高了180%；2012年，多部門聯(lián)合發(fā)布《“十二五”危險廢物污染防治規(guī)劃》，“十二五”期間，全國危險廢物污染防治法規(guī)體系日漸完善，利用處置能力逐漸提升。

2016年，新版《國家危險廢物名錄》發(fā)布，危險廢物被劃分為46大類約479種，隨后多個省市出臺危廢處置“十三五”規(guī)劃。2017年，環(huán)境保護部印發(fā)《“十三五”全國危險廢物規(guī)范化管理督察考核工作方案》，大力加強危險廢物污染防治工作。最新版《國家危險廢物名錄(2021年版)》于2020年11月發(fā)布，共列入467種危險廢物。相較2016年版《國家危險廢物名錄》，2021年版并不是簡單地減少了危險廢物種類，而是將有關(guān)內(nèi)容作進一步完善和細化后納入附表中，表明國家以更加科學(xué)及謹(jǐn)慎的態(tài)度，對危廢處置行業(yè)提出了更高的要求。

隨著國家相關(guān)政策的相繼出臺，危廢處置技術(shù)向安全、環(huán)保、高效的方向不斷發(fā)展。本文對行業(yè)現(xiàn)行處置技術(shù)進行了梳理，對其優(yōu)勢和不足進行了分析，并重點對近年新興的用側(cè)吹浸沒燃燒技術(shù)處理工業(yè)危廢的工藝及裝備進行了詳細介紹。

1 工業(yè)危廢領(lǐng)域現(xiàn)行技術(shù)

工業(yè)危廢行業(yè)的現(xiàn)行技術(shù)主要有資源化利用和無害化處置兩種。我國危廢主要包括工業(yè)廢物、醫(yī)療廢物及其他廢物。實現(xiàn)危廢資源化的途徑主要有三種：回收利用、轉(zhuǎn)換利用和焚燒回收利用能量[1]。在工業(yè)危廢無害化處置技術(shù)方面，國內(nèi)外主流處理方式為：焚燒處置法、固化填埋法、生化物化法。

焚燒處置技術(shù)既能實現(xiàn)工業(yè)危廢的無害化處置，又能回收部分能源，是目前應(yīng)用最為廣泛的處置方法。該方法采用的核心設(shè)備通常是回轉(zhuǎn)窯[2]，具體過程是采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方式(破碎、混合等)處理工業(yè)廢物后，將其和輔助燃料從傾斜的回轉(zhuǎn)窯高端加入，物料在通過回轉(zhuǎn)窯窯體的過程中被氧化、分解[3]?；以诟G體低端排放并收集，排放的廢氣進行脫酸和除塵處理，飛灰在填埋前進行固化處理。焚燒處理技術(shù)最大的優(yōu)勢是物料適用性廣，但該技術(shù)先在較大空間中獨立完成燃燒，再利用余熱鍋爐回收煙氣熱量，熱量利用方式單一，且回收效率低，同時存在占地面積大、造價高等缺點[4]。

固化填埋法主要采用水泥、石灰、特定藥劑等固化劑將有害廢物固化或轉(zhuǎn)變，再將其填埋。該方法工藝簡單，成本較低，但填埋場占地大，對土壤及地下水源仍存在一定的污染風(fēng)險。

生化物化法是通過化學(xué)反應(yīng)或溶劑萃取的方法，將危險廢物轉(zhuǎn)化為非危險廢物，具有針對性強、回收利用價值高等優(yōu)點，但存在專用設(shè)備多、設(shè)備通用性差、處理成本較高等缺點。

隨著處置量的不斷增長和國家對綠色生產(chǎn)要求的不斷提高，上述危廢處置行業(yè)的現(xiàn)行技術(shù)已經(jīng)難以滿足需求。

2 側(cè)吹浸沒燃燒技術(shù)

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)(Side-Submerged Combustion smelting process,SSC)是由中國恩菲工程技術(shù)有限公司(以下簡稱“中國恩菲”)開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種強化熔池熔煉技術(shù)。該技術(shù)已在錫精礦還原、液態(tài)鉛渣直接還原、鉛膏等二次鉛雜料的連續(xù)熔化還原、鋅浸渣等二次鋅雜料的處理等有色冶金領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用[5]，近年來其應(yīng)用拓展到了工業(yè)危廢處置行業(yè)。

2.1 技術(shù)原理

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)將燃燒發(fā)生過程引入熔池中，通過側(cè)吹噴槍將富氧空氣和燃料以接近聲速的速度噴入熔池內(nèi)部，燃料在熔池內(nèi)充分燃燒，直接為熔池中的反應(yīng)提供熱量。同時，由噴槍噴入的氣體及燃燒產(chǎn)生的氣體對熔池形成攪拌，為熔池提供了良好的動力學(xué)條件，從而加快了熔池內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)，使?fàn)t料的加熱、熔化、反應(yīng)等過程得以加速完成。該技術(shù)特別適用于不發(fā)熱物料的處理[6]。

2.2 核心設(shè)備

該技術(shù)核心設(shè)備為綜合回收處理爐，其主要由磚體內(nèi)襯、水套爐壁、鋼板外殼、骨架、側(cè)吹噴槍、下料口、金屬放出口、渣放出口、出煙口、電極等部件組成，爐體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

“沒錯，天葬師需要做的，便是將草木削成碎片，將頑石砸成碎渣！”他口中默念著，然后一狠心，猛地將手掌往女孩胸口按下。

圖1 綜合回收處理爐爐體示意圖

配料后的物料經(jīng)爐頂下料口加入爐內(nèi)，作為補充熱源的天然氣及助燃空氣經(jīng)爐身側(cè)墻上的噴槍直接鼓入熔池，噴槍為中國恩菲專利產(chǎn)品。為適應(yīng)工業(yè)廢物來料不穩(wěn)定、成分波動大的特點，在綜合回收處理爐上裝備了兩種結(jié)構(gòu)形式的噴槍：一種為補充熱量的天然氣噴槍；另一種為保證熔池反應(yīng)的富氧風(fēng)噴槍。兩種噴槍的數(shù)量及放置位置可根據(jù)爐況靈活調(diào)整。

入爐物料中的炭精末和廢活性炭作為還原劑，控制爐缸熔池處于弱還原性氣氛中。物料中的銅等金屬氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成金屬，同時赤鐵礦與造渣劑造渣，在重力作用下，密度相差較大的金屬和渣得以分層，金屬相富集于爐底，由爐底金屬放出口放出。根據(jù)不同的使用場景，在爐身不同高度上設(shè)置上渣口、下渣口、緊急泄渣口各一個。正常生產(chǎn)過程中，渣相浮于熔池表面，定期從上渣口排出；側(cè)吹噴槍口維護時，需要將渣面降至側(cè)吹噴槍以下，此時需啟用下渣口；為防止噴爐，設(shè)置了緊急泄渣口，一旦產(chǎn)生泡沫渣，即啟用緊急泄渣口。

拌入物料中的可燃有機物在熔池中劇烈燃燒，熔池中反應(yīng)生成的CO及天然氣未完全燃燒產(chǎn)生的CO從熔池溢出，需在煙氣出爐前完全燃燒轉(zhuǎn)化為CO2。為保證燃燒充分，在綜合回收處理爐上部爐膛側(cè)壁設(shè)置了大量二次風(fēng)兌入口，二次風(fēng)富氧濃度可根據(jù)爐況進行調(diào)整。

處理固體工業(yè)廢物的同時，該爐型也可處理廢有機溶劑等可燃性液態(tài)工業(yè)廢物。在爐身擴大段側(cè)墻上設(shè)置溶劑噴嘴，液態(tài)工業(yè)廢物在高壓下噴入高溫爐膛中，充足的富氧風(fēng)及較大的爐膛空間為其充分燃燒提供了良好的條件，燃燒釋放的熱量可在一定程度上補給熔池。為確保燃燒充分，在上升煙道設(shè)置三次風(fēng)兌入口，同時在煙道出口設(shè)置煙氣成分在線檢測儀，對煙氣溫度、殘氧、CO濃度、SO2濃度進行實時監(jiān)測。

2.3 技術(shù)特點

近年來，側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)在實踐過程中不斷升級，形成了一系列的技術(shù)優(yōu)勢。

1) 安全可靠。爐體采用全包圍式爐殼，不易發(fā)生燃氣泄漏。

2) 熱利用率高。燃料及助燃氣體由噴槍直接鼓入熔池，在熔池內(nèi)充分燃燒，單位容積熱強度大，同時充分的攪拌使得熔池內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)迅速發(fā)生。

4) 作業(yè)率高。通過采用強制冷卻的方式，帶走磚體熱面的大量熱量，延長磚體使用壽命；在爐缸區(qū)的渣線附近，采用特殊結(jié)構(gòu)形式的銅水套，通過掛渣的方式保護磚體，減少因更換爐襯而帶來的停爐次數(shù)，使?fàn)t體年作業(yè)率達300～330 d。

2.4 引入危險源識別分析

2019年初，國務(wù)院辦公廳部署開展“無廢城市”建設(shè)試點工作，其中的一項主要任務(wù)就是提升風(fēng)險防控能力，強化危險廢物全面安全管控。為從根本上實現(xiàn)安全管控，側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)在應(yīng)用過程中，采用了危險源識別分析(Hazard Identification，HAZID)技術(shù)，對整個工藝流程及核心裝備可能存在的危險源進行梳理，分析危害因素及危險場景發(fā)生原因，評估風(fēng)險等級，提出相應(yīng)的保護或控制措施。

進行危險源識別分析時，若發(fā)現(xiàn)高危險場景，即提出緩解措施或合理可行的替代方案，將風(fēng)險降低至可接受水平。例如，在針對綜合回收處理爐進行危險源識別分析中，識別到冷卻水系統(tǒng)存在斷流風(fēng)險，該風(fēng)險一旦發(fā)生可能會導(dǎo)致爐體燒穿，高溫熔體泄漏引發(fā)火災(zāi)，同時煙氣逸散也會對環(huán)境造成污染，風(fēng)險嚴(yán)重度評價為6，為中等風(fēng)險。因此在每個回收管路設(shè)置回水溫度及流量監(jiān)測，同時采取斷流報警、不間斷供水等一系列措施。上述方案的實施使該種風(fēng)險的可能性評價變?yōu)?，為罕見風(fēng)險。在HAZID風(fēng)險矩陣中，這種風(fēng)險綜合評價為12，屬于低風(fēng)險。危險源識別分析的采用，可以使安全隱患在源頭上得以判別并控制，大大提高了側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)在工業(yè)危廢處置領(lǐng)域推廣過程中的安全性。

3 側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)應(yīng)用

廣東某金屬有限公司專門從事危險廢物收集、處理、貯存及工業(yè)廢物綜合利用，委托中國恩菲對20.5×104t/a危險廢物(包括HW17、HW22、HW46、HW48、HW49等五大類)及3×104t/a其他固廢(包括含銅污泥、廢活性炭、含銅固廢等)進行無害化處置及資源化利用，計劃年產(chǎn)黑銅17 330 t(含銅量約85%)，年產(chǎn)冰銅2 430 t(含銅量約60%)。目前該項目處于建設(shè)階段。

該項目采用的主要工藝流程為：干燥機干燥→綜合回收處理爐(SSC技術(shù))→煙氣余熱回收→驟冷→收塵→半干法脫硫→脫二噁英→濕法脫硫→煙氣升溫脫白→達標(biāo)外排。

綜合回收處理爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐冷卻，同時煙氣熱量經(jīng)余熱鍋爐回收，在余熱鍋爐高溫段設(shè)置SNCR脫硝流程，消除NOx。為了減少煙氣治理過程中的二噁英再生成，采用噴水驟冷方式將煙氣溫度從500 ℃驟降至200 ℃，然后將煙氣送入靜電收塵器。電收塵器及驟冷塔收集的煙塵通過機械輸灰方式返綜合回收處理爐配料，滿足環(huán)保要求的同時最大限度回收有價元素。

收塵后的煙氣，采用兩級密相半干塔脫硫工藝，以降低煙氣含硫率及酸露點。半干法脫硫后向煙氣中添加活性炭，用于分解少量殘留二噁英，使二噁英濃度降低至小于0.5 TEQng/m3，并通過二噁英捕集器收集活性炭，實現(xiàn)循環(huán)利用。處理后煙氣經(jīng)風(fēng)機送濕法深度脫硫處理，外排脫硫尾氣、環(huán)保煙氣、含塵廢氣、含酸霧廢氣中的各污染物排放濃度均低于《危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18484—2020)的要求。

綜合回收處理爐產(chǎn)出的熔融金屬通過金屬放出口定期放出，澆鑄成金屬錠。熔煉渣經(jīng)過水碎系統(tǒng)變成玻璃態(tài)無害渣，玻璃態(tài)無害渣屬于一般固體廢物，由汽車運出外售。

近兩年來，中國恩菲在數(shù)十個工業(yè)危廢處置及二次資源綜合回收項目中應(yīng)用側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)，針對所需處理的不同種類工業(yè)危廢，設(shè)計了數(shù)十臺不同規(guī)格、不同結(jié)構(gòu)的綜合回收處理爐，目前部分項目已完成制造安裝，將于2021年相繼建成投產(chǎn)。

4 結(jié)束語

我國工業(yè)危廢處置行業(yè)正處在一個飛速發(fā)展時期，隨著《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》和《國家危險廢物名錄》的不斷修訂，大量新納入統(tǒng)計范圍的工業(yè)危廢必然會加大已有危廢產(chǎn)生量與處置量之間的缺口。側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)因其具有原料適應(yīng)性強、作業(yè)率高、安全性好、煙塵率低、有價金屬回收率高等優(yōu)勢，有利于實現(xiàn)工業(yè)危廢的無害化處置，同時也有利于最大程度地實現(xiàn)資源綜合回收，符合國家產(chǎn)業(yè)政策和循環(huán)經(jīng)濟理念，具有廣闊的市場前景。