危險廢物焚燒處置項目工程設計與探討

張銘， 龔幸， 王爭剛

（東華工程科技股份有限公司， 合肥 230024）

危險廢物是指具有腐蝕性、 毒性、 易燃性、 反應性或者感染性等一種或多種危險特性的固體廢物［1-3］， 危險廢物的不當處置會對生態(tài)環(huán)境及人體健康造成嚴重影響， 因此社會各界對危險廢物的處置非常重視。 危險廢物處置技術眾多， 對于可焚燒處置的危險廢物， 通過回轉窯焚燒是目前國內常見的處置方式。 焚燒法能夠最大程度實現(xiàn)危險廢物的減量化和無害化， 減少危險廢物的數量和體積， 同時還能夠回收利用處置過程產生的余熱， 因而在我國得到廣泛應用［4-8］。

本文以國內某焚燒處置項目為例， 介紹了危險廢物焚燒系統(tǒng)的工藝流程及其相關配套設施， 該項目采用預處理-上料-回轉窯-二燃室-余熱鍋爐（SNCR）-急冷塔-干法塔-布袋除塵器-兩級洗滌工藝對危險廢物進行處置， 同時配套設置軟水系統(tǒng)、空壓站、 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及相關環(huán)保設施等。 目前本項目設計已完成， 正在進行土建及安裝工作， 結合設計工作過程， 對相關設計經驗進行了總結， 以期為其他類似項目提供參考。

1 焚燒系統(tǒng)工藝設計

本項目焚燒處置規(guī)模為100 t／d， 危險廢物來源為可焚燒處置的危險廢物， 如HW08、 HW11、HW12 等。 焚燒系統(tǒng)主要由預處理及上料系統(tǒng)、 回轉窯-二燃室焚燒系統(tǒng)、 余熱利用系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)構成。 工藝流程如圖1 所示。

圖1 危險廢物焚燒項目工藝流程Fig. 1 Process flow of hazardous waste incineration project

通過焚燒系統(tǒng)處置， 可以實現(xiàn)焚燒殘渣的熱灼減率小于5%， 從煙囪排出的煙氣不僅能夠滿足EU 2010／75／EC（歐盟2010 標準）要求， 同時也能滿足GB 18484—2020《危險廢物焚燒污染控制標準》的要求。

1.1 預處理及上料系統(tǒng)

危險廢物經過分析、 化驗、 稱量后送入暫存庫， 暫存的主要作用在于收集存儲危險廢物， 可以起到緩沖收集系統(tǒng)波動的作用。 可直接焚燒的危險廢物則送入固體廢物料坑。 需要破碎等預處理的固體廢物可臨時儲存， 經破碎后卸入廢物料坑， 起重機的抓斗可以在配伍完成后， 將料坑內需要焚燒的廢物抓送至鏈板輸送機的料斗。 袋裝或桶裝的固體廢棄物通過提升機提升后， 從窯頭的側面進入上料系統(tǒng)， 桶裝廢液經過濾后通過燃燒器或噴槍噴入回轉窯及二燃室內部進行焚燒處理。

本項目的鏈板輸送機料斗容積為3.5 m3， 輸送能力為6 t／h， 輸送速度為0 ～1.1 m／min。 上料系統(tǒng)采用液壓推桿進料， 處理能力為100 t／d， 物料密度按照600 ～1 100 kg／m3考慮， 安裝在回轉窯的窯頭位置， 進料斗內部設有雙重閘門， 一方面防止回火保證安全， 另一方面也可以確?；剞D窯的負壓操作。 上料系統(tǒng)動力由液壓站提供， 液壓站由2臺并聯(lián)運行油泵作為主油路的供油源， 每臺油泵的油量為總油路的100%， 其中1 臺工作， 1 臺備用， 保證獲得系統(tǒng)需要的流量和壓力。 提升機上料作為鏈板機上料的補充， 進料為小包裝危險廢物，設計提升能力為單次不小于300 kg， 最大上料尺寸為600 mm×600 mm×600 mm。 對于高熱值廢物，單次上料重量可適量減小， 避免回轉窯內溫度波動過大。 提升機附近設置控制柜， 可以實現(xiàn)現(xiàn)場操作， 上料系統(tǒng)電力設備的防爆等級為ExDIICT4。

1.2 回轉窯-二燃室系統(tǒng)

危險廢物在回轉窯內部經過高溫焚燒后， 被焚燒成為煙氣和灰渣， 高溫煙氣從回轉窯尾部進入二燃室， 灰渣落入出渣機， 水冷后送至灰渣暫存庫?；剞D窯內部操作溫度在800 ～1 100 ℃之間， 高溫煙氣在二燃室內部進一步燃燒， 去除煙氣中的可燃成分， 二燃室排出的高溫煙氣從上部進入余熱鍋爐進行熱量回收。

回轉窯及二燃室燃燒所用的空氣通過回轉窯補風一次風機和二次風機供給， 通過調節(jié)風量控制燃燒室含氧量， 從而使廢物的燃燒處于較佳狀態(tài)。 為防止危險廢物料坑中的臭氣散逸， 在焚燒線正常運營時， 使料坑密閉處于封閉狀態(tài)， 風機抽取料坑內的臭氣作為焚燒線的助燃風。 焚燒線檢修時， 料坑廢氣進入專用除臭裝置進行處理， 減少現(xiàn)場異味。

回轉窯內徑為4 250 mm， 長度為15 500 mm，內襯采用澆注料／耐火磚， 設計厚度為300 mm， 筒體材料為Q235B， 主電機功率為55 kW； 二燃室筒體材料為Q235B， 內徑為5 200 mm， 高度為28 000 mm， 內襯材料與回轉窯相同， 厚度為480 mm。 二燃室中部安裝2 臺燃燒器， 燃燒器采用低NOx燃燒器的型式， 可以減少熱力型氮氧化物的生成量，廢液噴槍流量為600 kg／h， 燃燒器本體設置點火裝置、 火焰檢測器， 燃燒器及噴槍成一定角度對向布置， 使二燃室內部形成旋流， 閥組及控制柜布置在燃燒器附近， 便于現(xiàn)場控制。

1.3 余熱回收系統(tǒng)

從二燃室出來的高溫煙氣進入余熱鍋爐后， 通過換熱降溫至500 ℃左右， 同時產生低壓蒸汽， 該蒸汽可用于系統(tǒng)內部， 如蒸汽霧化、 蒸汽滅火、 除氧器和管道伴熱， 剩余蒸汽并入廠區(qū)蒸汽管網， 供全廠使用。 為避免余熱鍋爐及管路結垢和腐蝕， 鍋爐給水必須進行除氧和除鹽處理， 同時水質滿足GB／T 1576—2018《工業(yè)鍋爐水質》中脫鹽水的要求。

余熱鍋爐屬于特種設備， 也是本項目的關鍵設備。 本項目鍋爐由4 個膜式壁形成的冷卻爐膛構成， 采用四回程形式， 第一回程的煙氣流速不高于4.6 m／s， 其余腔室的煙氣流速不高于6.5 m／s。 余熱鍋爐換熱面積為600 m2， 鍋爐的滿水容積為20 m3， 鍋爐外形尺寸長10.5 m， 寬9.0 m， 高22.5 m，煙氣入口標高與二燃室匹配， 鍋筒的主要材質為Q345R， 水冷壁系統(tǒng)主要材質為碳鋼， 鍋爐上設置噴槍接口， 噴入尿素溶液用于脫硝， 脫硝效率可以達到90%以上。

1.4 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣處理系統(tǒng)包含： 急冷塔、 干法脫酸塔、 布袋除塵器、 濕法脫酸裝置。 從余熱鍋爐出來的煙氣進入急冷塔， 通過噴入冷卻水使煙氣快速降溫至200 ℃以下， 從而降低二噁英再次合成的概率［9］。從急冷塔出來的煙氣進入干法脫酸系統(tǒng)， 隨后進入布袋除塵器， 布袋除塵器采用旋風和布袋結合的形式， 出口的顆粒物濃度可以控制在5 mg／Nm3以下。 為了確保尾氣排放達到環(huán)保要求， 從布袋除塵器出來的煙氣再次進入兩級洗滌塔， 進一步脫除煙氣中的酸性成分， 經過洗滌的煙氣最后通過50 m煙囪排放。

在洗滌塔的下游預留了煙氣再熱器的位置， 后期可根據實際運營情況進行配置， 通過采用蒸汽加熱可以把煙氣溫度提高至120 ℃以上， 從而實現(xiàn)對煙氣的消白處理。

2 配套公輔工程

焚燒裝置的正常運行需要配套建設相應的公輔工程， 如循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、 壓縮空氣系統(tǒng)、 軟水系統(tǒng)及相應的環(huán)保設施， 其中空壓站、 軟水站等就近布置在焚燒車間輔助用房， 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的位置綜合考慮全廠需要進行布置。

2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由冷卻水泵、 儲水箱、 涼水塔等組成， 主要用于冷卻水的供應、 冷卻及循環(huán)。 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行控制水質要滿足GB 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》間冷開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水水質指標的要求。 補水來自廠內生產水， 最大循環(huán)冷卻水量為900 m3／h， 最大補水量為17 m3／h， 可以滿足系統(tǒng)運行需要。

2.2 空壓站

空壓站所生產氣體主要供焚燒車間使用， 因此配置在焚燒車間輔助用房。 經空氣壓縮機出來的空氣分成2 路， 一路進入壓縮空氣緩沖罐（30 m3），供全廠使用， 另一路經除水、 除塵和除油后得到儀表空氣。 儀表空氣也分成2 路， 一部分進入儀表空氣緩沖罐（10 m3）， 供全廠使用， 另一部分進入制氮機， 生產裝置所需氮氣。 空壓機流量為1.25 m3／min， 空壓站出口氣體壓力為0.8 MPa（G）。

2.3 軟水系統(tǒng)

采用全自動軟水器進行軟化處理， 為成套供貨裝置， 主要用于鍋爐補水。 軟水系統(tǒng)由離子交換罐、 鹽箱、 分配器、 軟水箱及泵等組成， 2 罐單獨運行， 分別再生， 以流量為控制終點， 其中一罐再生時另一罐運行。 單罐設備出力為30 m3／h， 以完全確保系統(tǒng)的需水量。 軟水箱采用不銹鋼材質， 鹽箱采用PE 材質， 耐腐蝕性較好。

2.4 配套環(huán)保設施

配套建設污水處理系統(tǒng)對生產廢水、 生活污水進行處置， 實現(xiàn)其達標排放。 主要廢氣為煙氣及危險廢物存儲時釋放的臭氣， 焚燒爐排出的煙氣含有酸性氣體、 重金屬、 粉塵及二噁英等多種污染物，是GB 18484—2020 重點控制的項目， 經過煙氣處理系統(tǒng)實現(xiàn)達標后外排。 臭氣主要產生于料坑、 暫存庫， 集中收集處置后外排， 從而防止惡臭的擴散。 裝置內產生的灰渣屬于危險廢物， 用專用容器收集后， 轉移至專門的灰渣暫存庫進行臨時存儲，定期送到危險廢物填埋場進行安全處置。

3 設計注意事項

3.1 項目前期注意事項

（1） 注重產廢調研。 對于危險廢物焚燒類項目， 結合目前現(xiàn)有部分危險廢物處置項目的運營現(xiàn)狀， 項目立項及開展前期規(guī)劃時， 必須做好詳細的產廢調研， 通過產廢調研， 可以了解當地產廢種類、 數量及現(xiàn)有廢物處置情況， 這對于后續(xù)項目的設計、 運營十分有益。

根據產廢調研結果， 一方面可以規(guī)劃危險廢物焚燒處置規(guī)模， 防止過度設計， 從而避免后期低負荷運營； 另一方面也判斷未來廠區(qū)能夠收集處置的固液比例， 并以此作為依據確定是否建設罐區(qū)， 當廢液量較大時， 設置廢液罐區(qū)， 同時對不同熱值的廢液進行區(qū)分， 設置高、 中、 低熱值儲罐； 當廢液量較小時， 可以采用噸桶收集， 同時在焚燒車間內設置直燃站， 使廢液直接通過直燃站送入回轉窯或二燃室進行焚燒。 對于產廢調研信息相對不足的項目， 建議在設計時考慮罐區(qū)預留位置， 后期視實際廢液收集情況進行建設， 可以節(jié)省投資， 防止出現(xiàn)罐區(qū)建設后閑置的情況。

（2） 適當擴大暫存庫庫容。 在前期的設計規(guī)劃時， 適當增加暫存庫內危險廢物的存儲天數， 可以提升場內危險廢物的存儲容量， 降低由于收料波動對裝置運營的影響， 也能增加項目運營時的抗風險能力。 目前， 部分焚燒項目由于前期的產廢調研數據不足或市場波動等原因， 出現(xiàn)可燒廢料少、 裝置使用效率低的情況。 通過增加危險廢物存儲能力，提高場內危險廢物存儲量， 可以適當減少裝置停車的頻次。

3.2 設計階段注意事項

對于焚燒車間的上料系統(tǒng)， 由于可燃物距離高溫區(qū)較近， 焚燒爐可能產生回火， 除規(guī)范要求的消防系統(tǒng)外， 可以增設蒸汽或干粉消防滅火系統(tǒng)， 進一步降低系統(tǒng)的火災風險。 上料系統(tǒng)推料器下部設置落料口， 可以避免物料堆積， 方便推料系統(tǒng)故障時清理檢修， 同時， 上料平臺下部留出叉車通道，方便叉車運輸物料， 降低人力工作強度。

回轉窯周邊設置一圈上人平臺， 同時檢修平臺與二燃室鋼結構連接， 便于人員通行， 可以提高工作效率。 撈渣機布置在二燃室底部， 撈渣機運作時往往污水隨著熔渣被撈出， 造成撈渣機周邊存在積水而影響現(xiàn)場操作環(huán)境， 因此建議在撈渣機出渣一側設置集水坑， 避免污水流散。

二燃室、 余熱鍋爐與煙氣處理平臺盡量采用相同標高的通平臺， 既可以使裝置整體布局更美觀，也能使巡檢過程更流暢。 框架盡量設置鋼格柵，有利于提升裝置的采光效果。 對于二燃室及回轉窯閥組所在平臺， 應盡量采用花紋鋼板， 這樣可以避免特殊情況或檢修時廢液下滴而影響下部的設備或人員。

余熱回收系統(tǒng)產生的蒸汽盡可能進行利用， 可考慮送至污水處理系統(tǒng)蒸發(fā)結晶裝置或其他工藝裝置。 在蒸汽仍有富余時， 可通過蒸汽冷凝器回收冷凝水， 重新進入余熱鍋爐系統(tǒng)， 實現(xiàn)循環(huán)利用， 減少軟水消耗量。

焚燒車間主要的污水產生于煙氣凈化系統(tǒng)， 為盡可能減少焚燒裝置的污水排放量， 同時減少生產水的消耗量， 設計時盡可能使污水回收利用。 裝置中主要的污水消納位置是急冷塔， 冷卻水消耗量大， 減排效果明顯； 出渣機中由于高溫廢渣的急冷， 也可消耗一部分污水， 但消耗量相對較少。

4 結語

本項目焚燒裝置建成運營后， 能使當地的危險廢物得到有效處置， 可以改善周邊生態(tài)環(huán)境， 有利于城市的可持續(xù)發(fā)展， 所采用的技術方案也是現(xiàn)階段成熟、 可靠的處置工藝， 可滿足GB 18484—2020 要求。 本文結合現(xiàn)有項目設計過程， 總結設計及運營的經驗， 形成優(yōu)化的方案及建議， 可以為后期同類項目的設計提供參考。