修造船企業(yè)危險(xiǎn)廢物處置工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行研究

張春飛 關(guān)東偉 陳新曉

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)廢物；中溫?zé)峤?；高溫熔融；污染物控?/p>

前言

船舶修造業(yè)生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物包括廢油漆桶、廢油漆渣、廢礦物油、含油污泥等，必須配套相應(yīng)的設(shè)施和技術(shù)工藝進(jìn)行有效的治理。目前國(guó)內(nèi)危險(xiǎn)廢物處置技術(shù)包括填埋、熱解、焚燒和等離子體熔融技術(shù)等。填埋法投資少，運(yùn)行成本低，但有害物質(zhì)容易泄漏造成環(huán)境污染；熱解焚燒法符合減量化、資源化和無(wú)害化的總體原則；等離子體氣化熔融操作溫度高，適合于熱解和焚燒灰渣的最終處置；焚燒法運(yùn)行成本相對(duì)較低，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢物的資源化，但在二嗯英控制方面存在不足，產(chǎn)生的灰渣仍然需要進(jìn)一步處理。廣東省某修造船廠內(nèi)危險(xiǎn)廢物處置項(xiàng)目借鑒了國(guó)內(nèi)外危險(xiǎn)廢物處理處置原則技術(shù)方法，采用中溫?zé)峤夥贌?高溫等離子熔融處理工藝實(shí)現(xiàn)該廠危險(xiǎn)廢物的無(wú)害化處置，避免對(duì)環(huán)境的二次污染。文章以此項(xiàng)目為例，對(duì)該處置項(xiàng)目的工藝流程、子系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行性能等進(jìn)行詳細(xì)研究，以期為后續(xù)處置中心的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)提供相關(guān)參考。

1工程概況

1.1項(xiàng)目概況

本工程處置廣東某船舶修造業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的罐底油泥、廢油漆渣、含油抹布、廢油漆桶等危險(xiǎn)廢物，危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)量及組成特性見(jiàn)表1。

根據(jù)危廢特性及產(chǎn)生量，確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理能力5000t/a，年運(yùn)行6000h，其中預(yù)處理系統(tǒng)處理能力為40t/d，熱解系統(tǒng)20t/d，等離子熔融系統(tǒng)5t/d。

1.2項(xiàng)目危險(xiǎn)廢物處置工藝流程

危險(xiǎn)廢物處置系統(tǒng)主要包括預(yù)處理、中溫?zé)峤?、高溫等離子體熔融、煙氣余熱利用及凈化四個(gè)子系統(tǒng)，工藝流程見(jiàn)圖1所示。危廢經(jīng)過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行破碎、配伍后送入中溫（600℃～700℃）熱解爐，熱解控制在貧氧環(huán)境下對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行減量化，其中熱解氣進(jìn)入二燃室充分燃燒為熱解爐提供足夠的熱量，熱解后的殘?jiān)?jīng)磁選分離金屬后與金屬膜過(guò)濾器收集到的熱解飛灰造粒成型后送人等離子熔融爐系統(tǒng)，在等離子體炬提供的高溫（1400℃～1500℃）和欠氧環(huán)境下無(wú)機(jī)物部分熔融成玻璃體，有機(jī)物部分氣化化小分子氣態(tài)物質(zhì)后進(jìn)人二燃室與補(bǔ)充的空氣充分燃燒，產(chǎn)生的1100℃高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生1.0MPa飽和蒸汽實(shí)現(xiàn)資源化利用，隨后通過(guò)煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行凈化處理。煙氣凈化采用SNCR脫硝+急冷+干式脫酸+濕法脫酸+布袋除塵+再熱消白組合工藝，經(jīng)達(dá)標(biāo)后的煙氣通過(guò)煙囪排放。

2危險(xiǎn)廢物處置工程設(shè)計(jì)

2.1危險(xiǎn)廢物暫存及預(yù)處理系統(tǒng)

危險(xiǎn)廢物暫存區(qū)設(shè)置有熱解物料配伍區(qū)、物料擠壓區(qū)、物料破碎區(qū)及叉車(chē)運(yùn)行通道和物料暫存區(qū)。預(yù)處理系統(tǒng)配套設(shè)置1套危化鐵桶自動(dòng)擠壓機(jī)用于廢油漆桶（200L）擠壓和壓縮；1套雙軸撕碎機(jī)+振動(dòng)篩+輸送帶+錘式破碎機(jī)用于破碎15L～20L空油漆桶及擠壓出油泥油漆渣后的200L鐵桶；設(shè)置1套單軸撕碎機(jī)，用于破碎油漆渣、油泥及含油抹布。

2.2中溫?zé)峤庀到y(tǒng)

2.2.1熱解進(jìn)料輸送系統(tǒng)

熱解進(jìn)料輸送系統(tǒng)包括雙軸勻料機(jī)、上料刮板機(jī)及液壓推料機(jī)，料倉(cāng)內(nèi)的物料通過(guò)自重進(jìn)入雙軸勻料機(jī)，勻料機(jī)的物料通過(guò)上料刮板機(jī)輸送至液壓推料機(jī)。在上料刮板機(jī)與推料機(jī)之間設(shè)置氣動(dòng)閥，當(dāng)停止進(jìn)料時(shí)，關(guān)閉氣動(dòng)閥，防止外界的空氣通過(guò)推料機(jī)進(jìn)入熱解爐內(nèi)。熱解進(jìn)料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸送能力為1t/h。

2.2.2中溫?zé)峤鉅t

中溫?zé)峤鉅t采用連續(xù)外熱式熱解炭化爐，由夾套內(nèi)的熱煙氣加熱爐壁，物料隨著熱解爐的翻轉(zhuǎn)，不斷與爐壁接觸，獲得熱解能源。熱解爐由進(jìn)料裝置、煙道、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、爐體、溫度壓力傳感器、出渣系統(tǒng)、出渣冷卻裝置等子系統(tǒng)組成。其中熱解爐本體尺寸：1400×10000mm，處理規(guī)模：20t/d，熱解停留時(shí)間：>40min。

2.2.3高溫過(guò)濾器

高溫過(guò)濾器由過(guò)濾系統(tǒng)、脈沖反吹系統(tǒng)、出灰系統(tǒng)、罐體、自控系統(tǒng)等組成，熱解爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)高溫過(guò)濾器過(guò)濾后，可有效濾除煙氣中的飛灰、金屬及其氧化物，過(guò)濾效率達(dá)99.9%，可有效降低煙氣中具有催化作用的金屬或其氧化物含量，使其在二燃室燃燒過(guò)程中得以完全燃燒。高溫過(guò)濾器尺寸：1400x6400mm、剛性膜、操作溫度：350℃～450℃、設(shè)計(jì)壓力：-1kPa

2.2.4熱解系統(tǒng)二燃室

熱解氣經(jīng)高溫除塵后進(jìn)入熱解系統(tǒng)二燃室進(jìn)行高溫燃燒，燃燒過(guò)程中，煙氣停留時(shí)間>2s，煙氣流速約為1.5m/s；充分燃燒后高溫?zé)煔庖徊糠诌M(jìn)入熱解爐加熱物料，剩余高溫?zé)煔庵苯舆M(jìn)入余熱利用及凈化系統(tǒng)。二燃室尺寸為：1200×12000mm，最高溫度≤1400℃，設(shè)計(jì)壓力：-300～300Pa。

2.3等離子體高溫熔融系統(tǒng)

等離子體高溫熔融系統(tǒng)主要由等離子熔融前處理裝置、等離子體熔融爐、等離子體炬、鉬電極輔助加熱、熔渣出渣及二燃室組成。

2.3.1等離子前處理

等離子前處理設(shè)有1臺(tái)飛灰料斗、1臺(tái)造粒顆粒物料料斗、1臺(tái)造粒機(jī)、1臺(tái)攪拌混合機(jī)、1套進(jìn)料輸送機(jī)。熱解爐處料系統(tǒng)磁選出的炭渣、熱解系統(tǒng)高溫過(guò)濾除塵器及煙氣處理設(shè)施中布袋除塵器產(chǎn)生的飛灰，經(jīng)收集后運(yùn)送至等離子前處理區(qū)存放至飛灰料斗倉(cāng)中，經(jīng)攪拌造粒成型后與焦炭、玻璃／石灰按照一定比例配比后經(jīng)螺旋輸送管道輸送至等離子熔融爐中。等離子前處理間歇運(yùn)行操作為等離子體熔融爐備料，處置能力按照650kg/h設(shè)計(jì)，一天工作8h，日處理量>5t/d。

2.3.2等離子體熔融爐

熱解爐碳渣及飛灰自進(jìn)料口進(jìn)入等離子體爐內(nèi)，自上而下依次發(fā)生脫水干燥、熱解、氣化、熔融。高溫合成氣自下而上，將水分帶出。在此過(guò)程中，碳渣中殘余的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為合成氣。而灰渣中的無(wú)機(jī)成分則在爐底部被熔融形成熔漿溢流排，后采用直接水淬法得到玻璃體渣。等離子體熔融爐，爐內(nèi)負(fù)壓運(yùn)行，爐底設(shè)置了鉬電極輔助加熱系統(tǒng)，主要由進(jìn)料口、溫度壓力測(cè)點(diǎn)、天然氣燃燒器口、觀察口、火檢口、防爆口、等離子炬安裝口、一／二次風(fēng)口、排渣通道組成，并配置撈渣機(jī)。等離子體熔融爐設(shè)計(jì)尺寸：2000 x7000mm，爐膛有效長(zhǎng)度為4500mm，設(shè)計(jì)煙氣流速1.5m/s。

2.3.3等離子體炬

等離子體炬系統(tǒng)包含等離子體炬、電弧點(diǎn)火器、大功率直流電源、去離子水冷卻系統(tǒng)和氣體供應(yīng)系統(tǒng)。電弧點(diǎn)火器提供啟動(dòng)擊穿電壓，電源為等離子體炬提供穩(wěn)定工作的恒流電流。氣體供應(yīng)為等離子體炬提供電離空氣，去離子水冷卻系統(tǒng)一方面在陰陽(yáng)極之間起絕緣作用，另一方面在工作過(guò)程中對(duì)炬體進(jìn)行冷卻。等離子體炬380V/50Hz三相交流電供電，單炬功率：100～200kW；設(shè)備工作時(shí)需要冷卻水（冷卻功率>45kW），水質(zhì)為去離子水，絕緣電阻>0.5MQ·cm，流量3t/h；采用干燥清潔壓縮空氣作為工作介質(zhì)，供氣壓力在0.2MPa～0.7MPa之間；控制系統(tǒng)PLC通過(guò)Profibus總線形式完成與電源控制器之間的通訊與控制，同時(shí)電源系統(tǒng)包含聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)。

2.3.4二燃室

等離子熔融產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵饕蒀O、H2及少量CH4組成，經(jīng)煙道進(jìn)入二燃室中再次燃燒為無(wú)害氣體；燃燒過(guò)程中，煙氣停留時(shí)間>2s，煙氣流速約為1.5m/s；二燃室由爐體、檢測(cè)口（溫度、壓力、氧含量）、風(fēng)口、多功能低氮燃燒器接口檢測(cè)口、看火孔、防爆門(mén)和緊急煙囪等設(shè)施組成。二燃室爐體尺寸：2000x8700mm，殼體材質(zhì)Q345，耐火材料采用剛玉耐火磚+氧化鋁隔熱磚+保溫材料澆注料。

2.4余熱利用及煙氣凈化系統(tǒng)

2.4.1SNCR脫硝裝置

分別在熱解二燃室出口管路和等離子二燃室出口管路設(shè)SNCR脫硝反應(yīng)系統(tǒng)，使用霧化泵將配置好的尿素溶液（10%）輸送至裝置內(nèi)的脫硝噴嘴中，噴嘴靠壓力霧化噴人燃燒爐尾部，在～1000℃的環(huán)境下，煙氣與噴人的霧化尿素溶液充分混合，煙氣中的NO組分與（NH2）2CO發(fā)生還原反應(yīng)，生成無(wú)害的N2，從而降低煙氣中的NO。含量，以滿足環(huán)保要求。SNCR設(shè)計(jì)噴射口煙氣溫度850℃～1050℃、脫硝效率>40%。

2.4.2余熱換熱器

余熱換熱器采用全膜式壁余熱鍋爐對(duì)兩套焚燒系統(tǒng)的二燃室產(chǎn)生的煙氣匯總后，進(jìn)行降溫，將煙氣溫度從1100℃降至550℃。余熱鍋爐按低壓飽和蒸汽設(shè)計(jì)，采用單回程單鍋筒結(jié)構(gòu)、自然循環(huán)方式。鍋爐額定出力為1.5t/h，蒸汽壓力1MPaG，溫度179℃。余熱鍋爐飽和蒸汽主要供應(yīng)到空氣換熱器、煙氣再熱器和廢水處理設(shè)備。

2.4.3急冷脫酸塔

通過(guò)噴霧降溫方式使煙氣溫度在急冷脫酸塔驟降以避開(kāi)二噁英再生區(qū)間，同時(shí)去除煙氣中一定量的酸性氣體，噴霧介質(zhì)為工藝水和霧化壓縮空氣。急冷塔塔體尺寸為：1800x9500mm，殼體材質(zhì)Q235-B，內(nèi)襯防磨耐溫膠泥。

2.4.4干法脫酸塔

經(jīng)急冷冷卻后的煙氣在進(jìn)入布袋除塵器之前設(shè)計(jì)干式反應(yīng)塔，在干式反應(yīng)塔中噴人小蘇打及活性炭粉末使其與煙氣充分混合，使用600目的小蘇打粉中和煙氣中的酸性氣體、活性炭粉末吸附煙氣中的重金屬和二嗯英；干法脫酸塔系統(tǒng)由小蘇打倉(cāng)、活性炭倉(cāng)、小蘇打研磨和噴射系統(tǒng)、干法脫酸塔塔體組成，干法脫酸塔塔體尺寸900×8000mm．設(shè)計(jì)溫度：220℃，脫酸效率>80%。

2.4.5布袋除塵器

采用布袋除塵器去除煙氣中固體微粒，濾袋材質(zhì)為PTFE耐高溫材料，設(shè)計(jì)過(guò)濾風(fēng)速為0.6m/min，過(guò)濾面積約300m2，清灰采用壓差傳感器控制清灰效果。布袋除塵器收集的飛灰含有鈉鹽等，經(jīng)收集后運(yùn)送至等離子前處理區(qū)用于配伍。

2.4.6濕法脫酸洗滌塔

脫酸塔采用單塔工藝，使用10% NaOH溶液進(jìn)行噴淋，煙氣在塔內(nèi)經(jīng)多級(jí)噴淋后可有效去除酸性氣體和粉塵，脫酸塔尺寸為1400x1216mm，材質(zhì)為碳鋼+內(nèi)襯玻璃鋼鱗片。

2.4.7煙氣再熱器

經(jīng)堿液噴淋后的煙氣溫度較低（<100℃），含水率較高（約為16%～30%），直接排放易造成“白煙”現(xiàn)象。為避免“白煙”現(xiàn)象，外排煙氣先經(jīng)煙氣再熱器以提高煙氣溫度，煙氣再熱器為管殼式換熱器，殼體材質(zhì)為碳鋼，煙氣再熱器進(jìn)口煙氣溫度約為70℃，出口溫度135℃。

2.4.8排氣筒

項(xiàng)目設(shè)置一根排氣筒，排氣筒高度35m，材質(zhì)采用玻璃鋼，內(nèi)徑=500mm，排煙溫度135℃。排氣筒設(shè)采樣孔安裝采樣和測(cè)量設(shè)施。

3危險(xiǎn)廢物處置系統(tǒng)的運(yùn)行效果

3.1系統(tǒng)的運(yùn)行性能

該工程項(xiàng)目于2021年10月完成了168h性能考核試驗(yàn)及試生產(chǎn)階段任務(wù)，根據(jù)HJ561-2010對(duì)熱解系統(tǒng)、等離子體熔融爐系統(tǒng)、余熱利用及煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行了性能測(cè)試。

3.1.1熱解系統(tǒng)運(yùn)行性能

熱解系統(tǒng)日運(yùn)行負(fù)荷在15t～25t，危險(xiǎn)廢物在熱解爐內(nèi)停留時(shí)間約60min、熱解系統(tǒng)燃燒溫度約1110℃、煙氣停留時(shí)間為2.4s、燃燒效率99.8%，熱解得到的殘?jiān)袡C(jī)物含量為8.9%、冷卻后溫度52.1℃。

3.1.2等離子體熔融爐系統(tǒng)運(yùn)行性能

等離子體熔融爐系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中等離子體熔融爐負(fù)荷3～6t/d、熔融爐溫度控制在1150℃～1500℃、二次燃燒室溫度控制在1100℃～1200℃、二燃室有效煙氣停留時(shí)間2.6s、燃燒室燃燒效率為99.96%、熔渣熱酌減率為0.02%、熔渣玻璃含量為98.2%，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，等離子體熔融爐系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.1.3余熱利用及煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行性能

余熱利用及煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中鍋爐出口煙氣溫度控制在500℃～550℃、急冷塔出口煙氣溫度為190℃，控溫精度為±5℃；急冷塔內(nèi)煙氣冷卻時(shí)間<1s，布袋除塵器過(guò)濾風(fēng)速為0.58m/min、進(jìn)出口溫差為13℃～15℃、布袋出口煙氣溫度175℃，控溫精度為±5℃；濕法洗滌塔和煙囪出口煙氣溫度分別為65℃～75℃、～130℃，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于設(shè)計(jì)值，余熱利用及煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3.2煙氣的排放特性

在系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)煙囪排放口取樣點(diǎn)的煙氣污染物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，三次監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，熱解系統(tǒng)和等離子體系統(tǒng)產(chǎn)生的煙氣經(jīng)設(shè)計(jì)的“SNCR+急冷+干法脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+堿洗+再熱消白多工藝煙氣凈化系統(tǒng)”凈化后的排放指標(biāo)優(yōu)于GB18484-2020《危廢焚燒污染控制》標(biāo)準(zhǔn)煙氣排放限值要求，實(shí)現(xiàn)了超低排放。

3.3玻璃體渣排放特性

根據(jù)GB/T 41015-2021《固體廢物玻璃化產(chǎn)物技術(shù)要求》對(duì)等離子體熔融爐連續(xù)溢流排出的熔渣的重金屬酸浸出和水浸出進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，均經(jīng)等離子體熔融爐高溫處置后的玻璃體渣的各項(xiàng)浸出指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可作為建設(shè)用卵石、碎石、砂等的替代材料進(jìn)一步資源化利用。

4結(jié)論

采用預(yù)處理+中溫?zé)峤?高溫等離子熔融+煙氣余熱利用及凈化的多工藝協(xié)同技術(shù)裝備對(duì)修造船企業(yè)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行廠內(nèi)無(wú)害化處理，工程項(xiàng)目各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。排放煙氣中的污染物優(yōu)于GB18484-2020《危廢焚燒污染控制》標(biāo)準(zhǔn)煙氣排放限值要求；等離子體熔融爐玻璃體渣浸出毒性滿足GB/T 41015-2021要求，可進(jìn)一步資源化利用。通過(guò)對(duì)該處置項(xiàng)目的工藝系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方案、運(yùn)行性能等進(jìn)行詳細(xì)研究，以期為后續(xù)處置中心的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)提供相關(guān)參考。