危險廢物綜合焚燒技術(shù)的應用探討

蔣太波

（成都環(huán)服科技有限責任公司，四川 成都 610213）

危險廢物焚燒是指通過焚化燃燒使含有機物、熱值高的危險廢物分解的過程。 焚燒法處理危險廢物能同時實現(xiàn)無害化、減量化及資源化，被認為是最有效處理危險廢物的方法。 焚燒法在歐美發(fā)達國家已經(jīng)得到廣泛的應用， 也是我國危險廢物集中處置主要采用的方法[1]。

1 焚燒技術(shù)介紹

1.1 技術(shù)類別

根據(jù)焚燒殘渣熔融與否， 目前焚燒技術(shù)可以分為熔渣焚燒和灰渣焚燒兩種。 兩種技術(shù)的焚燒特性和適應性不一樣，與廢物的種類、性質(zhì)等因素有關(guān)。

1.2 常見爐型

隨著焚燒技術(shù)的發(fā)展，焚燒設(shè)備種類越來越多，爐型結(jié)構(gòu)也越來越完善。 主要爐型有回轉(zhuǎn)窯、 爐排爐、流化床及廢液焚燒爐等。爐型選擇需考慮危險廢物的種類、形態(tài)、性質(zhì)和燃燒過程等因素。

危險廢物集中焚燒模式要求其焚燒爐對所處理廢物的種類、形態(tài)必須有普遍的適用性和靈活性，才能保證燃燒效率和質(zhì)量。 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的物料普適性強，運行維護簡便，在焚燒組織和三廢排放方面具有明顯優(yōu)勢。 因此回轉(zhuǎn)窯是危險廢物焚燒的最佳爐型選擇之一。

1.3 回轉(zhuǎn)窯焚燒機理

根據(jù)焚燒助燃空氣和廢物的相對流動方向，回轉(zhuǎn)窯可分為順流式和逆流式兩種。順流式、逆流式回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的基本原理如圖1所示。由于逆流式回轉(zhuǎn)窯需要配套復雜的進料及排渣系統(tǒng)， 煙氣相對流速較快，煙氣中夾帶未燃燼物質(zhì)較多，增加了回轉(zhuǎn)窯焚燒溫度、停留時間的控制難度，因此國內(nèi)主要采用順流式回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)。

圖1 順流式、逆流式回轉(zhuǎn)窯焚燒爐原理示意圖

順流式回轉(zhuǎn)窯焚燒主要包括干燥、熱解、氣化、燃燒等傳熱、傳質(zhì)過程。

廢物進入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)受熱干燥， 利用窯內(nèi)煙氣輻射熱和窯內(nèi)耐火材料傳導熱使廢物中水分汽化。 廢物含水率越高，相應地干燥過程也就越長，窯內(nèi)干燥段相應變長[2]。

熱解是利用廢物中有機物質(zhì)的熱不穩(wěn)定性等熱性能的差異而進行的吸熱分解過程。

氣化是在800～1 000 ℃條件下，空氣和蒸汽轉(zhuǎn)化固體餾分中的固體碳，產(chǎn)生CO、H2的過程。

經(jīng)過干燥、熱解、氣化后，會產(chǎn)生許多不同種類的氣態(tài)及固態(tài)可燃物，這些物質(zhì)與空氣混合燃燒。因此，危險廢物焚燒是氣相燃燒和非均相燃燒的混合過程，比氣態(tài)廢物及液態(tài)廢物的燃燒過程更為復雜。

回轉(zhuǎn)窯燃燒效率往往直接與廢物中的碳氫化合物從固體形態(tài)解吸變成蒸汽形態(tài)并隨之被破壞的過程有密切的關(guān)系[3]。

回轉(zhuǎn)窯焚燒過程中，熱解、氣化、焚燒這幾個獨立過程往往重疊同時進行并相互影響， 只能在有限的范圍內(nèi)從空間和時間上來區(qū)分這些階段， 可以在焚燒爐內(nèi)采取一些技術(shù)措施，如焚燒爐（爐型、工藝）設(shè)計、氣流分布、工藝控制等來調(diào)整這些過程[4]。

2 集中焚燒技術(shù)方案

2.1 技術(shù)路線

一套完整的危險廢物焚燒裝置包括預處理進料、焚燒爐、余熱回收、煙氣凈化等主要設(shè)備。

根據(jù)危險廢物焚燒污染控制標準和大氣污染物排放要求，經(jīng)綜合分析，“預處理進料→回轉(zhuǎn)窯→二燃室→余熱鍋爐（含SNCR）→急冷→干法脫酸→布袋除塵→濕法脫酸→濕電除霧→GGH煙氣換熱→SGH蒸汽加熱→SCR→排放” 的技術(shù)路線可滿足建設(shè)高標準危險廢物焚燒示范性項目要求。

2.2 預處理進料

根據(jù)廢物種類、形態(tài)、腐蝕性、粘度、成分、熱值、氟氯硫、重金屬等特性進行搭配，結(jié)合運輸計劃、核準及接收、預處理工藝、配伍計算和進料方式等因素，進行分類、分選分揀、破碎、混合、中和、調(diào)配等工作，以確保進爐廢物的性質(zhì)和各項指標都在焚燒設(shè)計范圍內(nèi)，保證廢物中的污染因子及含量相對穩(wěn)定，從而保障焚燒系統(tǒng)安全、高效運行，保證焚燒殘渣和煙氣排放達標。

（1）可燃廢液罐區(qū)

合理規(guī)劃和設(shè)計罐區(qū)方案，用于廢液卸車、預處理、貯存、輸送入爐，需考慮焚燒工廠后續(xù)運行，預留發(fā)展用地。

針對槽車盛裝的廢液，可以在罐區(qū)直接分類、混合，槽車卸料至指定儲罐，均化廢液的熱值、pH值、氟氯硫、粘度，實施均量控制。 一些不能直接混合的小規(guī)格桶裝廢液、特殊廢液，根據(jù)廢液特性進行分類、分選、中和、分離、相容性實驗、多級調(diào)質(zhì)調(diào)配等預處理，再實施進罐區(qū)混合均化，或獨立泵送進爐焚燒。

（2）固態(tài)/半固態(tài)廢物預處理進料系統(tǒng)

固態(tài)/半固態(tài)進料作為主要進料方式和最重要的進料裝置， 需配置完善的工藝設(shè)備， 主要通過抓斗+溜槽+推料的方式實現(xiàn)破碎、混合均化及進料。

有毒惡臭、低閃點、劇毒、粘稠的廢物，采取分類、分揀、分裝、二次包裝等措施，通過提升機和側(cè)門進料裝置，實現(xiàn)獨立進料。

（3）氣態(tài)廢物進料系統(tǒng)

氣態(tài)廢物大多數(shù)情況下由特定包裝物盛裝，回轉(zhuǎn)窯采取組合式燃燒器， 廢氣通過組合式燃燒器噴入窯內(nèi)焚燒，包裝殘余尾氣用氮氣置換并入爐焚燒。中央控制室可以根據(jù)廢氣的性質(zhì)、 回轉(zhuǎn)窯運行工況及參數(shù)來控制通入廢氣的壓力和流量[5]。

2.3 焚燒爐

回轉(zhuǎn)窯和二燃室是焚燒主要設(shè)備， 回轉(zhuǎn)窯和二燃室嚴格采用“3T+1E”焚燒技術(shù)，通過焚燒溫度、時間、煙氣擾動及氧含量的有效控制，保證廢物完全燃燒，二惡英徹底分解，降低NOx的產(chǎn)生。

回轉(zhuǎn)窯和二燃室設(shè)置有低氮燃燒器， 可燃廢液和輔助燃料進料采用標準化閥組控制， 實現(xiàn)焚燒溫度的有效控制。

回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速采用變頻電機控制， 可有效控制固態(tài)廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒的停留時間。

回轉(zhuǎn)窯、 二燃室分別采取窯頭罩布風、 環(huán)形布風，可實現(xiàn)氣流有效擾動。

采用變頻風機控制供風量， 保證焚燒過?？諝庀禂?shù)在1.4～1.9之間，二燃室出口干煙氣氧含量在6%～10%。

2.4 余熱回收

二燃室出口的高溫煙氣進入余熱鍋爐進行熱能回收， 高溫煙氣經(jīng)膜式水冷壁輻射換熱后將水轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽，供焚燒及其他用戶使用。

SNCR選擇性非催化還原脫硝系統(tǒng)包括尿素溶液配制、 儲存及噴射裝置。 尿素噴射采用雙流體噴槍，爐膛內(nèi)900～1 050 ℃煙氣與10%尿素溶液充分反應，降低NOx含量。

2.5 煙氣凈化

（1）急冷工藝

為了避免煙氣在200～500 ℃時二惡英“再合成”，故采用煙氣“急冷”降溫技術(shù)。 在急冷塔內(nèi)，煙氣與霧化噴淋水順流接觸， 雙流體霧化確保水霧化粒徑保持在30～40 μm，水瞬間汽化，煙氣溫度在1 s內(nèi)降至200 ℃。

（2）干法脫酸工藝

消石灰、 活性炭以干粉形式通過氣力噴射進入文氏反應器內(nèi)，煙氣中的酸性氣體（HCl、HF、SO2）與消石灰發(fā)生中和反應。 噴入活性炭吸附煙氣中的二惡英和重金屬。

（3）布袋除塵工藝

采用布袋過濾技術(shù)，實現(xiàn)煙氣除塵功能。在布袋除塵器內(nèi)， 煙氣繼續(xù)與布袋表面截留的消石灰和活性炭反應。

（4）濕法脫酸工藝

煙氣進入濕法洗滌塔，與塔內(nèi)噴淋的NaOH溶液逆流接觸反應，實現(xiàn)SO2、HCl的進一步去除。 濕法脫酸效率高，HCl、SO2去除效率可達95%。

（5）SCR脫硝工藝

SCR系統(tǒng)包括濕式靜電除霧、GGH、SGH和SCR等主要設(shè)備。濕式靜電除霧器可去除煙氣中的酸霧，避免SCR催化劑中毒失活；也具有一定的除塵能力，協(xié)同布袋除塵器可以實現(xiàn)超低排放。 濕電除霧器出口煙氣經(jīng)GGH換熱器， 與SCR出口凈煙氣進行換熱升溫至130 ℃，凈煙氣降至140 ℃，經(jīng)引風機、煙囪后排放。 GGH出口130 ℃煙氣經(jīng)SGH換熱器，經(jīng)300 ℃過熱蒸汽加熱升溫至200 ℃以上，滿足SCR催化反應溫度要求。 在SCR反應器內(nèi)，NOx與氨氣進行催化還原反應， 實現(xiàn)NOx進一步去除，SCR出口煙氣返回GGH換熱器。NOx的凈化是最困難且費用最昂貴的技術(shù)， 這是由于NO的惰性和難溶于水的性質(zhì)決定的，因此應盡量通過控制NOx的生成來達到排放標準[6]。

3 集中焚燒存在的主要問題及處理對策

3.1 主要問題

據(jù)統(tǒng)計，2018年我國危險廢物焚燒處置核準資質(zhì)量382萬t/a， 實際焚燒處置181萬t， 產(chǎn)能利用率47.4%，焚燒產(chǎn)能整體利用率有待提升。

（1）預處理水平不高

目前焚燒預處理存在不完善、不合理的情況，有些仍停留在簡單破碎、混合的生產(chǎn)層面，未與市場收集、技術(shù)形成整體合力。

（2）進料系統(tǒng)可靠性不足

進料系統(tǒng)涵蓋的設(shè)備種類和數(shù)量較多，需根據(jù)廢物種類、形態(tài)、性質(zhì)、固液比例進行定制、選型和設(shè)計。受項目建設(shè)時廢物市場調(diào)研、 建設(shè)期廢物市場變化、技術(shù)方案、工藝設(shè)計、運行技術(shù)等因素影響，進料工藝和設(shè)備的適應性差，存在局限性，影響進料效率。

（3）焚燒爐存在設(shè)計缺陷

焚燒爐受建設(shè)時廢物市場調(diào)研、 建設(shè)期廢物市場變化、工程和運營經(jīng)驗、運行技術(shù)等因素影響，通常存在回轉(zhuǎn)窯和二燃室的熱負荷偏小、 回轉(zhuǎn)窯尺寸不合理、 回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速偏小、 二燃室尺寸不合理等問題，從而造成焚燒能力達不到設(shè)計值，殘渣熱酌減率超標、設(shè)備結(jié)焦等問題。

（4）系統(tǒng)配套性差

焚燒是氣固非均相燃燒化學反應， 清灰輸灰設(shè)備和煙道的選型、 計算設(shè)計對焚燒效率有十分重要的影響。 煙道積灰堵塞、鍋爐爐膛積灰、急冷塔內(nèi)壁和底部積灰、布袋除塵器灰斗積灰板結(jié)等，都會造成焚燒非計劃被迫停車。

（5）污染物控制不達標

由于廢物來源廣、種類多、成分復雜且變化大，焚燒常常出現(xiàn)一些排放異常的現(xiàn)象， 存在殘渣熱酌減率、煙氣CO、顆粒物、HCl、SO2、二惡英等指標超出污染控制限值的現(xiàn)象。

3.2 對策

3.2.1 健全系統(tǒng)性預處理工作

焚燒類廢物的來源廣、種類多、包裝方式多、成分復雜、特性復雜，預處理是一個兼具經(jīng)營性、管理性、技術(shù)性、實操性為一體的系統(tǒng)性工程。

通過做好預處理在調(diào)研策劃、建設(shè)實施、處理運營等不同階段的重點工作， 做好焚燒運營的廢物調(diào)查、收集、轉(zhuǎn)移、前處理、輸送等環(huán)節(jié)的重點工作，理順市場收集、預處理、焚燒三者相互依賴、相互制約的運行關(guān)系，優(yōu)化預處理流程，提高市場技術(shù)水平，細化各環(huán)節(jié)核準，完善工藝和設(shè)備，加強技術(shù)培訓和研發(fā)，方可高效開展預處理工作提高焚燒效率。

3.2.2 改進進料工藝及設(shè)備

（1）優(yōu)化可燃廢液罐區(qū)工藝

考慮罐區(qū)的儲存緩沖、輸送能力、過濾、調(diào)制和混合均化等影響因素，采取下列措施，以提高系統(tǒng)的適應性、可靠性。

①進料能力，按總處理能力50%進行計算設(shè)計，考慮廢液粘度變化和混合需要， 設(shè)計合理的儲罐數(shù)量、有效容積、罐體結(jié)構(gòu)、攪拌方式、攪拌轉(zhuǎn)速和伴熱結(jié)構(gòu)；②泵的選型，考慮廢液具有粘度高、雜質(zhì)多、雜質(zhì)特性變化大的特點，考慮廢液的包裝方式、工藝流程、進爐流量和管道壓損，合理設(shè)計泵類型、揚程和流量；③過濾器選型，考慮廢液雜質(zhì)特性和含量的波動性，合理選擇過濾器的類型、尺寸、目數(shù)及濾網(wǎng)清理周期，合理設(shè)計泵及過濾器的安裝位置；④小包裝廢液調(diào)制，考慮采取組合工藝、多級調(diào)和混配技術(shù)，實現(xiàn)從小包裝到大包裝的物理化學、 穩(wěn)定化均化處理；⑤工藝流程，采取泵出口小回流和工藝大回流，考慮廢液流量和管道流速，合理放大管徑，避免管道堵塞。

（2）完善固態(tài)及半固態(tài)廢物的進料工藝和設(shè)備

根據(jù)固廢的形態(tài)和特性，完善進料方式和工藝。①散裝廢物可增加螺旋進料提高進料的連續(xù)性和穩(wěn)定性，圖2為某焚燒裝置的散裝廢物預處理進料設(shè)備的布置圖，廢物經(jīng)破碎、雙無軸螺旋和單無軸螺旋輸送進回轉(zhuǎn)窯焚燒；②易燃、有毒有害、氣味大的固廢、流動性差污泥狀固廢、漿狀精餾殘渣等，可以增加破碎－混合-泵送一體化設(shè)備（SMP）；③優(yōu)化“抓斗行車+板式給料機+溜槽+推料機”的固態(tài)進料技術(shù)。

圖2 焚燒裝置散裝廢物預處理進料系統(tǒng)布置示意圖

3.2.3 優(yōu)化回轉(zhuǎn)窯焚燒爐工藝設(shè)計

針對回轉(zhuǎn)窯和二燃室的影響因素和設(shè)計要點，重點做好廢物熱值、熱負荷、煙氣量等計算設(shè)計，采取下列措施，增強焚燒爐的普適性及穩(wěn)定可靠性。

①固廢數(shù)量，按總能力的80%考慮，設(shè)計合理的長徑比，滿足固體廢物占比大的運行工況下的焚燒停留時間要求；②廢物熱值和焚燒熱負荷，考慮廢物平均熱值、固液比例、高熱值廢液數(shù)量，結(jié)合工程和運行經(jīng)驗，科學優(yōu)化熱工計算設(shè)計；③煙氣量，考慮廢物元素組成、空氣過剩系數(shù)、廢物粒徑，合理設(shè)計煙氣量、煙氣流速；④回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，考慮揮發(fā)份含量高、固定碳含量高的兩種不同廢物處理工況， 優(yōu)化設(shè)計轉(zhuǎn)速，滿足焚燒停留時間要求；⑤二燃室有效容積，考慮煙氣2 s的停留時間要求、煙氣流速，合理設(shè)計二燃室直筒段尺寸；⑥回轉(zhuǎn)窯燃燒器功率，合理計算設(shè)計，滿足開停車期間的焚燒溫度要求；⑦供風設(shè)計，二燃室直筒底部采用喉管結(jié)構(gòu)， 喉管上面布置環(huán)形風，燃燒器采取對稱切向布置，增強紊流燃燒效果。

3.2.4 環(huán)保超標的解決辦法

（1）殘渣熱酌減率不合格，主要是由于預處理效果差、物料特性變化大，引起回轉(zhuǎn)窯運行工藝參數(shù)不穩(wěn)定，導致運行工況惡化。

首先，優(yōu)化廢物預處理，提高物料流和廢物焚燒特性的穩(wěn)定性。 其次加強工藝調(diào)控，采取緊密觀察、實時調(diào)整的措施，提高工藝參數(shù)的穩(wěn)定可靠性。

（2）CO超標，主要是由于固廢特性變化、固廢進料速率不穩(wěn)定、設(shè)備工藝缺陷造成的。做好預處理、運行工藝調(diào)控等技防措施， 可以有效改善CO排放數(shù)值和超標頻次；排查回轉(zhuǎn)窯驅(qū)動系統(tǒng)、進料計量裝置、二燃室燃燒器的技術(shù)隱患，通過技改消除設(shè)備隱患。

（3）顆粒物超標，主要是由于除塵器過濾面積偏小、焚燒工況不佳引起的。首先，校核除塵過濾面積是否合理，核算除塵器入口煙氣量，再核算過濾風速是否小于0.5 m/min；其次，檢查除塵器運行工況參數(shù)，溫差及壓降的變化，判斷伴熱及清灰正常與否；第三，按前述焚燒爐高效技術(shù)方案，優(yōu)化調(diào)整焚燒參數(shù)。

（4）酸性氣體超標，主要是由于廢物氯硫含量高、 廢物預處理均化不穩(wěn)定、 脫酸工藝不合理引起的。 首先，做好廢物調(diào)查、簽約、轉(zhuǎn)移等過程核準，控制氯硫總含量；其次，重點做好固體預處理均化工作，實現(xiàn)實時進料氯硫含量穩(wěn)定；第三，復核脫酸技術(shù)方案，重點校核脫酸能力、干法和濕法的工藝、設(shè)備及控制方案，并進行消缺改造。

（5）二惡英超標，焚燒二惡英控制技術(shù)主要包括源頭控制[7]、焚燒控制、低溫再合成控制及活性炭吸附控制技術(shù)。

源頭控制需要做好市場簽約、廢物收集、轉(zhuǎn)移等環(huán)節(jié)核準工作，將高氯有機廢物數(shù)量控制在合理范圍內(nèi)，通過預處理提高進爐有機氯均勻性，降低二惡英生成的幾率。

焚燒、低溫再合成、活性炭吸附控制，主要依靠焚燒爐、急冷塔、活性炭噴射等技術(shù)裝備，焚燒爐技術(shù)方案已做研究，此處不再重復。

急冷技術(shù)關(guān)鍵在于噴槍布置位置、噴淋角度、噴槍霧化粒徑。噴槍均勻布置在急冷塔直筒頂部，霧化水覆蓋急冷塔整個圓截面，30 μm霧化粒徑，才能實現(xiàn)煙氣溫度在1 s內(nèi)降到200 ℃， 避開二惡英再合成溫度區(qū)間[8]；活性炭噴射宜采用帶失重式計量功能的正壓輸送系統(tǒng)， 活性炭宜采用適合焚燒煙氣凈化使用的種類和型號。

3.2.5 系統(tǒng)堵塞的預防措施

針對煙道、 清灰和輸灰設(shè)備， 適合采取以下措施，提高系統(tǒng)的可靠性。

①煙道，根據(jù)煙氣量和流速，合理放大煙道管徑，采用大直徑彎頭設(shè)計，延長煙道積灰堵塞周期；②余熱鍋爐采用激波清灰， 避免機械振打造成膜式壁水管受到機械損傷；③余熱鍋爐、急冷塔、布袋除塵器除灰設(shè)備宜采用刮板輸灰機，提高輸灰的可靠性；④優(yōu)化設(shè)備布置和設(shè)備煙氣接口設(shè)計，縮短設(shè)備連接煙道的長度，優(yōu)化設(shè)備和煙道的清灰口布置，提高清灰效率，延長堵塞周期。

4 結(jié)論

我國危險廢物集中焚燒是一門跨學科、跨行業(yè)的集成技術(shù)，通過策劃、設(shè)計、運行的合理統(tǒng)籌，通過市場、技術(shù)、生產(chǎn)三位一體的精細化管理，才能有效提升焚燒整體技術(shù)水平，實現(xiàn)危險廢物高效、規(guī)范處理。