化工危險(xiǎn)廢物焚燒及煙氣處理工藝研究

王 祺

（大連科林能源工程技術(shù)開發(fā)有限公司，遼寧大連 116031）

1 化工危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)發(fā)展歷程

根據(jù)世界范圍以及我國化工危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)的實(shí)際發(fā)展情況來看，主要經(jīng)過三個(gè)階段，即第一代焚燒處理技術(shù)、第二代熱解處理技術(shù)以及第三代等離子技術(shù)。

1.1 焚燒處理技術(shù)分析

焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，即以一定量的過?？諝馀c被處理的化工危險(xiǎn)廢物在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行氧化燃燒反應(yīng)，化工危險(xiǎn)廢物中的有害有毒物質(zhì)在800～1 200℃的高溫下氧化、熱解而被破壞，是一種可同時(shí)實(shí)現(xiàn)化工危險(xiǎn)廢物無害化、減量化、資源化的處理技術(shù)[1]。焚燒的目的是盡可能焚毀廢物，使被焚燒的物質(zhì)變?yōu)闊o害和最大限度減容，并盡可能減少新的污染物質(zhì)產(chǎn)生，避免造成二次污染。對于大、中型的化工危險(xiǎn)廢物處理企業(yè)，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)使化工危險(xiǎn)廢物減量、徹底焚毀化工危險(xiǎn)廢物中的毒性物質(zhì)，以及回收利用焚燒產(chǎn)生的廢熱等主要目的。

化工危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)最早出現(xiàn)于工業(yè)革命時(shí)期的英國，世界上第一臺化工危險(xiǎn)廢物焚燒于1876年在英國曼徹斯特建設(shè)并投入使用以來，至20世紀(jì)70年代，化工危險(xiǎn)廢物焚燒爐技術(shù)經(jīng)過近100年的創(chuàng)新與發(fā)展，煙氣除塵技術(shù)的進(jìn)步和脫硫脫氮技術(shù)的不斷被開發(fā)應(yīng)用，其性能日趨成熟，焚燒帶來的大氣污染也大幅度減少。我國最早采用化工危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)的城市是深圳市，于1985年引進(jìn)日本的馬丁爐焚燒技術(shù)，此前國內(nèi)化工危險(xiǎn)廢物處理基本上都采用填埋場填埋[2]。

1.2 熱解處理技術(shù)

熱解是一種有著悠久歷史的技術(shù)，木材、泥炭以及頁巖的氣化都是熱解。根據(jù)所用化工工藝的不同，熱解氣化被稱為干餾、焦化、氣化以及熱分解等。熱解就是在隔絕空氣（氧）的情況下在一定的溫度環(huán)境里使化工危險(xiǎn)廢物處理傳熱分解，也就是說，化工危險(xiǎn)廢物處理根據(jù)其碳?xì)浔壤涣呀?，形成氣相（熱解氣體）、液相（熱解液，主要成分是水，量很少）以及固相（固體殘留物）物質(zhì)[3]。

1.3 等離子技術(shù)

等離子技術(shù)是指利用等離子炬作為氣化爐的熱源，而不是傳統(tǒng)的點(diǎn)火和熔爐。等離子炬有著能產(chǎn)生高強(qiáng)度熱源的優(yōu)勢（約5 500℃），而且操作相對簡單，氣化爐內(nèi)的等離子體則是一種高度電離或者充電氣體，與焚燒完全不同的等離子技術(shù)是一種氣化技術(shù)。

2 化工危險(xiǎn)廢物處理焚燒處理技術(shù)的優(yōu)勢分析

在當(dāng)前我國化工危險(xiǎn)廢物處理工作中，上述三種不同處理技術(shù)都有所應(yīng)用，其中焚燒處理技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，焚燒技術(shù)因二次污染防治技術(shù)不斷升級，較佳的減量化、資源化和規(guī)模化效應(yīng)，一直在爭議聲中前行，成為目前我國普遍采用的化工危險(xiǎn)廢物處理主流技術(shù)，其技術(shù)優(yōu)勢如下：

2.1 二次污染風(fēng)險(xiǎn)較低

首先，相比于傳統(tǒng)的填埋處理技術(shù)，焚燒處理技術(shù)能夠控制和減少二次污染，雖然會產(chǎn)生一定的廢氣，但是整體產(chǎn)生的二次污染處于較低水平，通過后續(xù)的煙氣處理技術(shù)能夠使得焚燒產(chǎn)生的廢氣達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。其次，焚燒處理技術(shù)的環(huán)境敏感度較低，焚燒產(chǎn)生的煙氣能夠集中處理，從而能夠有效保護(hù)環(huán)境。

2.2 適用性較強(qiáng)

化工危險(xiǎn)廢物是廢物中最難處理的一種，因?yàn)榛のｋU(xiǎn)廢物的成分較為復(fù)雜，其物理性狀比如體積、流動性、均勻性、粉碎程度、水份、熱值等差異較大，最為主要的化工危險(xiǎn)廢物中化學(xué)物質(zhì)含量較高，焚燒處理技術(shù)和設(shè)備能夠同時(shí)混合處理不同種類的化工危險(xiǎn)廢物，基本上不會受到化工危險(xiǎn)廢物的種類、形態(tài)等限制，相比于其他處理技術(shù)具有更強(qiáng)的適用性[4]。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行可靠性良好

化工危險(xiǎn)廢物成分較為復(fù)雜，在形態(tài)方面存在較大差異，比如固態(tài)化工危險(xiǎn)廢物、液態(tài)化工危險(xiǎn)廢物以及膠質(zhì)化工危險(xiǎn)廢物等，對處理工藝和裝備可靠性、耐腐蝕性以及對物料的適應(yīng)性要求非常高。當(dāng)前國內(nèi)采用的焚燒技術(shù)運(yùn)行效果良好，設(shè)備管道耐腐蝕性較好，實(shí)際運(yùn)行時(shí)間較長，工藝設(shè)備具有良好的可靠性。

3 化工危險(xiǎn)廢物焚燒處理工藝系統(tǒng)分析

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)分析

化工危險(xiǎn)廢物焚燒處理技術(shù)的預(yù)處理系統(tǒng)中，主要包括存儲工藝、破碎工藝以及配伍工藝。儲存工藝是指依據(jù)化工危險(xiǎn)廢物的形態(tài)將其分為固體化工危險(xiǎn)廢物、液態(tài)化工危險(xiǎn)廢物以及其他形態(tài)的化工危險(xiǎn)廢物分別存儲。固體化工危險(xiǎn)廢物根據(jù)不同形態(tài)可以采用桶裝或散裝方式，同時(shí)根據(jù)分類將其分別輸送到不同的存儲區(qū)域；液態(tài)化工危險(xiǎn)廢物按照不同形態(tài)分為罐車廢液和桶裝廢液，之后將其分別采用通泵和廢液泵輸送到對應(yīng)區(qū)域進(jìn)行存儲；在破碎工藝流程中，因?yàn)榇髩K固體化工危險(xiǎn)廢物不能直接進(jìn)入進(jìn)料系統(tǒng)，所以需要對大塊化工危險(xiǎn)廢物進(jìn)行破碎處理，使其轉(zhuǎn)化為小塊化工危險(xiǎn)廢物進(jìn)入進(jìn)料系統(tǒng)中；在配伍工藝實(shí)施過程中，主要是將化工危險(xiǎn)廢物的熱量和水分進(jìn)行控制，對于進(jìn)入焚燒系統(tǒng)中的化工危險(xiǎn)廢物成分進(jìn)行全面控制，防止化工危險(xiǎn)廢物帶有鹵素、氯元素以及硫元素等有毒有害成分，這些成分如果濃度過高會造成嚴(yán)重的污染，從而影響焚燒系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

3.2 進(jìn)料系統(tǒng)分析

在焚燒工藝的進(jìn)料系統(tǒng)中，體積較大的固體化工危險(xiǎn)廢物進(jìn)行破碎處理后才能進(jìn)入，經(jīng)過破碎后，體積較小的化工危險(xiǎn)廢物放置在存儲區(qū)域中，之后通過抓吊上來進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中。針對散裝的固體化工危險(xiǎn)廢物，需要按照尺寸和熱量值在經(jīng)過初步配伍后放置在儲存區(qū)域，之后通過抓吊上料進(jìn)入料斗中，在系統(tǒng)中液壓活塞設(shè)備的作用下進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯中；針對液態(tài)化工危險(xiǎn)廢物，一般采用廢液物化泵和物化系統(tǒng)將其噴入到焚燒系統(tǒng)中進(jìn)行處理。

3.3 焚燒系統(tǒng)分析

焚燒系統(tǒng)是化工危險(xiǎn)廢物焚燒處理的核心階段，主要設(shè)備為焚燒爐，根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可以分為機(jī)械爐排焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、固體床焚燒爐以流化床焚燒爐等。其中應(yīng)用最為廣泛的焚燒爐為回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的適用性較好，且爐內(nèi)氣體揣流度較高，氣固接觸性良好，在回轉(zhuǎn)窯焚燒爐中化工危險(xiǎn)廢物可以停留較長時(shí)間。不論是固體化工危險(xiǎn)廢物還是液體化工危險(xiǎn)廢物，都能夠通過回轉(zhuǎn)窯焚燒爐進(jìn)行高溫焚燒，在焚燒爐中化工危險(xiǎn)廢物的焚燒溫度一般控制在1 000℃左右，需要保證回轉(zhuǎn)窯焚燒爐中化工危險(xiǎn)廢物能夠沿著傾斜角度和旋轉(zhuǎn)方向緩慢移動，才能夠保證化工危險(xiǎn)廢物受熱均勻，在回轉(zhuǎn)窯焚燒爐內(nèi)完成干燥、熱解以及氧化反應(yīng)，使得化工危險(xiǎn)廢物中有機(jī)成分能夠得到氧化分解；回轉(zhuǎn)窯焚燒爐中產(chǎn)生的煙氣和殘?jiān)?，需從焚燒爐的末端進(jìn)入二次燃燒室進(jìn)行再次燃燒，燃燒溫度一般需要控制在1 200℃左右，并保證煙氣在二次焚燒爐中的停留時(shí)間在2s 以上，確保煙氣中沒有被充分燃燒的有毒有害物質(zhì)被徹底氧化分解，從而能夠?qū)⒍f英等有毒物質(zhì)消除；根據(jù)化工危險(xiǎn)廢物的性質(zhì)來看，為確保二次燃燒爐能夠平穩(wěn)運(yùn)行，二次燃燒爐中材料需要具有較高的耐火性和耐腐蝕性。

3.4 余熱回收系統(tǒng)

在焚燒處理系統(tǒng)中，煙氣和殘?jiān)诙稳紵隣t內(nèi)充分燃燒后，會產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔猓@些煙氣具有較高的熱量，所以具有較好的利用價(jià)值，通過余熱回收系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對煙氣熱量的回收利用，使其轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝羝軌蛴糜诠岷桶l(fā)電；發(fā)電采用的蒸汽能夠再次進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯焚燒爐或二次燃燒爐中，從而提高焚燒系統(tǒng)整體運(yùn)行效率；煙氣中的粉塵會從氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，在重力的作用下堆積在余熱回收爐底部，通過將底部加入氨水或尿素的方式，在非催化脫硝的反應(yīng)過程中能夠?qū)煔獾南趺摮?，一般情況下脫硝率在40%左右。

4 煙氣處理工藝技術(shù)分析

化工危險(xiǎn)廢物經(jīng)過焚燒處理后，會產(chǎn)生大量的煙氣，煙氣需要經(jīng)過處理后才能排放，所以需要采用科學(xué)的煙氣處理工藝。根據(jù)當(dāng)前的實(shí)踐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來看，主要采用如下幾項(xiàng)煙氣處理工藝技術(shù)。

4.1 酸性煙氣凈化技術(shù)

針對化工危險(xiǎn)廢物焚燒產(chǎn)生的酸性煙氣，可以采用半干脫酸塔去酸凈化技術(shù)和干式脫酸塔去酸技術(shù)兩種不同方式。半干式脫酸塔設(shè)備頂部物化噴出的堿性液體和急冷塔中排放的煙氣接觸后，能夠去除煙氣中的大量鹽酸、硫酸等酸性成分，當(dāng)前該工藝脫酸率已經(jīng)超過80%；但是，經(jīng)過半干式脫酸塔處理后的煙氣，其中可能會含有少量的酸性氣體、二噁英以及重金屬元素等，所以需要采用氫氧化鈣以及活性炭等對煙氣進(jìn)行吸附，將剩余的少量二噁英、重金屬元素等進(jìn)行去除。

4.2 吸附技術(shù)

吸附技術(shù)是采用吸附劑對化工危險(xiǎn)廢物焚燒后產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行吸附的方法，通過周期性地改變操作溫度和壓力，控制煙氣中有毒有害物質(zhì)的吸附，使有毒有害物質(zhì)能夠從煙氣中分離。吸附法根據(jù)再生方式的不同可以分為變溫吸附技術(shù)和變壓吸附技術(shù)。針對化工危險(xiǎn)廢物燃燒產(chǎn)生的煙氣處理，吸附處理技術(shù)凈化效率較高，且不需要消耗額外的化學(xué)物質(zhì)，吸附設(shè)備較為簡單，但是吸附容量較小，所消耗的吸附劑總量較大，總體成本投資較大，后續(xù)的回收和利用工藝較為復(fù)雜[5]。

4.3 重金屬清除技術(shù)

在部分化工危險(xiǎn)廢物焚燒產(chǎn)生的廢氣中，重金屬元素會對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成很大影響。針對化工危險(xiǎn)廢物的重金屬及其化合物，因?yàn)樵诟邷胤贌隣顟B(tài)下會揮發(fā)出大量的有毒有害氣體，對大氣環(huán)境造成的污染較為嚴(yán)重，在經(jīng)過高溫焚燒后，化工危險(xiǎn)廢物中重金屬部分會以氣體狀態(tài)存在，會進(jìn)入煙氣中，還有少量存在于殘?jiān)小０凑罩亟饘儆龈邷負(fù)]發(fā)的基本特點(diǎn)，可以采用冷凝的方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w，之后通過除塵設(shè)備進(jìn)行清除。

4.4 布袋除塵工藝

布袋除塵器是治理化工危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣中使用最為廣泛的干式集塵設(shè)備，煙氣處理效率較高，具有良好的應(yīng)用效果，所以在化工危險(xiǎn)廢物煙氣處理中具有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)布袋除塵器的基本工作原理，布袋編織物能夠?qū)煔夥蹓m起到一定的吸附效果，從而使其飛灰離子得到去除，使煙氣能夠達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。在布袋除塵器的運(yùn)行過程中，化工危險(xiǎn)廢物焚燒所產(chǎn)生的煙氣粉塵會以過濾滲透的方式被過濾，煙氣粉塵中的固體顆粒物會被攔截在濾袋表面，經(jīng)過脫塵處理后的清潔空氣會通過濾袋進(jìn)入凈氣箱中，顆粒物之后經(jīng)過其他形式被收集在灰斗中[6]。因?yàn)椴即龎m器采用纖維織物，所以能夠?qū)煔夥蹓m起到良好的捕捉作用，使得排放的煙氣能夠達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，化工危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣中含有的粉塵顆粒徑為1～100μm 范圍內(nèi)，相比于布袋除塵器的纖維織物過濾網(wǎng)縫隙較小，所以采用篩分方式能夠有效捕捉大量粉塵，但是采用布袋除塵器進(jìn)行煙氣處理是一項(xiàng)復(fù)雜的過程，主要包括攔截捕捉、慣性沉降捕捉以及擴(kuò)散沉降捕捉等不同機(jī)制。在布袋除塵器的濾料選擇方面，過濾材料作為袋式除塵器的核心構(gòu)件，其性能能夠直接影響過濾效果，當(dāng)前常用的濾袋材料主要包括P84針刺氈及PTFE 材料等。不同濾袋材料的性能不同，適應(yīng)的工作環(huán)境有所差異，需要根據(jù)化工危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣的實(shí)際情況，選擇最為合適的袋式除塵器濾袋材料。

4.5 高濃度氮氧化物處理技術(shù)

部分化工危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣中含有較高濃度氮氧化物，需要采用特殊的處理技術(shù)，當(dāng)前可以選擇的處理技術(shù)包括：①催化技術(shù)。催化技術(shù)是一種常用的高濃度氮氧化物煙氣處理技術(shù)，可以分為選擇性與非選擇性良好總不同技術(shù)。選擇性催化技術(shù)是指還原劑優(yōu)先與煙氣中的高濃度氮氧化物反應(yīng)，一般采用氨作為還原劑主要材料，但是該技術(shù)容易造成二次污染；非選擇性催化技術(shù)是指將損耗性的金屬作為催化原材料，需要額外安裝熱回收裝置，總體成本投入較大。②熾熱碳還原技術(shù)。熾熱碳還原技術(shù)的原理是在高溫環(huán)境下將高濃度氮氧化物還原為二氧化碳以及其他成分，操作較為簡單，且不會產(chǎn)生二次污染。③吸收技術(shù)。吸收技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，因?yàn)槟軌蛭崭邼舛鹊趸锏奈镔|(zhì)較多，例如水、堿液、濃硫酸等，對于高濃度氮氧化物都有著良好的吸收效果。相比于吸附技術(shù)而言，吸收技術(shù)工藝更為簡單。

5 結(jié)束語

詳細(xì)介紹了化工危險(xiǎn)廢物處理技術(shù)的發(fā)展歷程，并對化工危險(xiǎn)廢物焚燒處理技術(shù)的優(yōu)勢進(jìn)行分析，同時(shí)詳細(xì)闡述了化工危險(xiǎn)廢物焚燒處理技術(shù)的不同系統(tǒng)作用和應(yīng)用流程，最后對煙氣處理工藝進(jìn)行全面分析，希望能夠?qū)のｋU(xiǎn)廢物處理行業(yè)起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提高化工危險(xiǎn)廢物和煙氣處理技術(shù)水平。