預燒爐應(yīng)用于危險廢物焚燒處置裝置上的可行性分析

劉 柱， 魏 文， 李 軍

（中環(huán)信環(huán)保有限公司， 河南 南陽 475003）

0 引言

焚燒爐處理危險廢物，能夠適應(yīng)不同尺寸、不同危險程度的固體和液體廢物，對危險廢物成分復雜性和不可預測性具有較強的適應(yīng)能力，可以同時焚燒多種危險廢物[1-2]。然而，相對于高硫、高氯等危險廢物來說，其處置效率低下，如氯乙酸、三氯甲烷、硫醇等精蒸餾和蒸餾產(chǎn)生的殘渣，這類廢物要么含有極易揮發(fā)的刺激性成分，要么遇水或空氣的中水蒸汽即強烈反應(yīng)，在危險廢物管理環(huán)節(jié)中更是令產(chǎn)廢單位及環(huán)保主管部門的頭疼所在。長期以來，危廢從業(yè)者致力于從高硫氯物料的預處理方面來提高處置能力[3-4]，由于種種原因限制了焚燒處置量，導致這類難處置物料的處置量受限，形成積壓庫存。

1 傳統(tǒng)焚燒裝置處置高硫氯物料存在的問題

1.1 煙氣排放超限

高硫氯物料燃燒產(chǎn)生的酸性氣體主要由HCl、SO2、NOx等組成，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB18484-2020）于2021 年7 月1 日起正式實施，從新的污染物標準限值變化來看，國家對于危險廢物的低濃度排放管控趨勢愈發(fā)明顯，這對焚燒企業(yè)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)[5]。傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯焚燒處置危險廢物采用干法+濕法脫酸的工藝，基本能夠?qū)崿F(xiàn)將污染物控制在排放限值以下，但是對于高硫氯物料來說，煙氣凈化系統(tǒng)中的酸性氣體含量過高，雖然有一定的去除作用，但是難以較好的去除，極易發(fā)生在線監(jiān)測數(shù)據(jù)超標的現(xiàn)象。

1.2 危廢焚燒能力受限

硫、氯化合物燃燒后會產(chǎn)生腐蝕性較強的氯化氫、二氧化硫等酸性氣體，會加重煙氣處理的負荷。酸性氣體會對設(shè)備、鋼結(jié)構(gòu)、耐火材料等產(chǎn)生低溫腐蝕，大大縮短設(shè)備的使用壽命。為保證尾氣達標排放和設(shè)備不受腐蝕，入窯危險廢物中的有害成分要嚴格控制，危險廢物中的回轉(zhuǎn)窯焚燒爐處理危險廢物時一般要求，經(jīng)配伍后硫含量小于3%，氯含量小于2%，硫+氯含量小于5%，但是高硫氯物料一般含量在20%～35%之間，處置產(chǎn)能只有常規(guī)物料的十分之一，處理進度極其緩慢。

1.3 處置成本較高

高硫氯物料普遍含有有機酸，呈強酸性且腐蝕性強，包裝主要為200 L 塑料桶裝，且極其粘稠，需要投入大量人工成本進行預處理，燃燒后產(chǎn)生的酸性氣體需要用大量的液堿進行堿洗。如熱值較低時還需要消耗大量柴油進行輔助燃燒。

2 預燒爐的技術(shù)方案

2.1 工藝流程

高硫氯液態(tài)物料通過噴槍噴入，高硫氯固態(tài)物料被間歇式進入預燒爐高溫燃燒，預燒爐內(nèi)未完全燃燒的氣體進入預燒爐頂部的二燃室內(nèi)再次燃燒，之后進入兩級堿洗塔進行脫酸，經(jīng)脫酸后的氣體再引入傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)窯焚燒處置系統(tǒng)進行焚燒，預燒爐產(chǎn)生的殘渣由底部刮板卸出。由于酸性氣體預先經(jīng)過簡單的凈化處理，然后再進入回轉(zhuǎn)窯進行焚燒處置，降低了對回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的影響。

2.2 預燒爐技術(shù)方案

選用固體立式直燃爐技術(shù)，內(nèi)部采用耐腐蝕、耐高溫的高鋁耐火材料作為襯里，水平放置在地面。這種立式直燃爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，此種焚燒方式對形態(tài)不均勻的固態(tài)廢棄物適應(yīng)性廣，并且運行穩(wěn)定，故障率低，運行費用低。固體物料通過進料系統(tǒng)直接進入，液體物料通過噴槍進入，在霧化過程中可以預混部分燃料進行焚燒處理以彌補熱值的不足。

2.3 堿洗噴淋系統(tǒng)

堿洗塔由一級堿洗塔、二級堿洗塔組成。堿洗塔由筒體、316L 不銹鋼鋼防腐、雙流體噴霧系統(tǒng)組成。堿洗塔立式布置，內(nèi)襯防腐隔熱層。采用噴水和堿液降溫脫酸。雙流體霧化噴嘴噴霧直徑大，覆蓋面積廣，與煙氣混合更充分，有利于煙氣的降溫、調(diào)質(zhì)。雙流體噴霧系統(tǒng)的核心是噴嘴。正常工作時，需要同時供給噴嘴一定壓力的壓縮空氣和一定壓力的水，在噴嘴的內(nèi)部，壓縮空氣與水經(jīng)過若干次的打擊，產(chǎn)生非常小的顆粒，當被霧化后的顆粒與高溫煙氣混合后，在短時間內(nèi)迅速蒸發(fā)，帶走熱量。選用噴槍在適宜的壓縮空氣壓力下，90%顆粒小于150 μm，確保急冷水100%蒸發(fā)，保證不濕底。

霧化噴嘴共設(shè)置2 支，其中一支為緊急備用噴頭，當噴頭發(fā)生堵塞時，備用噴頭投入使用，將堵塞噴頭取出清理，同樣當急冷水中斷時，備用噴頭緊急投入使用，確保后續(xù)煙氣溫度不超過200 ℃。急冷噴槍同層布置，工作時只有一只噴槍開啟，設(shè)計時防止因霧化區(qū)域疊加，使得霧化顆粒增大。

急冷塔噴水量通過電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥與急冷塔出口溫度聯(lián)鎖并進行自動調(diào)節(jié)，保證急冷塔出口溫度不超過200 ℃，保護后續(xù)設(shè)備。

3 可行性分析

3.1 技術(shù)可行性

預燒爐的處理工藝采用當前國內(nèi)外較為成熟的固體焚燒技術(shù)，預燒爐與主焚燒系統(tǒng)組合成一個緊密的有機整體，組成在線式廢棄物處置系統(tǒng)。與傳統(tǒng)焚燒技術(shù)相比，預燒爐預焚燒處置運行期間無廢氣外排，不對環(huán)境產(chǎn)生二次污染，且燃燒所產(chǎn)生的熱量進入預熱系統(tǒng)排熱損失少。但是預燒爐產(chǎn)生的尾氣通過堿洗后還含有大量的水分，在引入二燃室前要控制煙氣中的含水量，盡量將煙氣中的水蒸氣除去。在用堿液吸收尾氣中的酸性氣體時，由于產(chǎn)生的酸性氣體較多，可能會劇烈放熱，在運行時要考慮到散熱情況，整體來說采用預燒爐來處置高硫氯物料在技術(shù)上是完全可行的。

3.2 處置能力分析

預燒爐既可以處理液體也可以處理固體，預燒爐處置能力為200～1 000 kg/h，可額外多處置高硫氯物料5～20 t/d，利用預燒爐技術(shù)，就有可能大幅度提高難處置物料的處理量。

根據(jù)經(jīng)驗得出：

1）標準狀態(tài)下完全燃燒需理論空氣量：Vk0=4 Nm3/kg。

2）標準狀態(tài)完全燃燒后的煙氣量：Vy0=4.5 Nm3/kg。

3）過量空氣系數(shù)：α=1.2。

則燃燒需要供風量：Vk=960～4 800 Nm3/h，產(chǎn)生煙氣量：Vy=1 080～5 400 Nm3/h。

一般主系統(tǒng)的二次補風風量為10 000 m3/h，預燒爐燃燒產(chǎn)生的最大煙氣量僅為5 400 Nm3/h，完全可以作為二燃室的二次補風使用，且對主焚燒系統(tǒng)影響較小。

3.3 經(jīng)濟性分析

預燒爐系統(tǒng)可適應(yīng)廢棄物種類繁多、來源復雜、成分波動大、物理化學成分差異大等多種現(xiàn)實情況，能實現(xiàn)廢物處置與窯況穩(wěn)定相協(xié)調(diào)匹配，最終實現(xiàn)無害化處置。

高硫氯物料單價約4 000 元/t，日處理量按10 t計算，液堿、能耗及人工綜合處置成本約1 500 元/t，則收益可達3.75 萬元/d。設(shè)備投資成本約70 萬元，僅需20 d 左右即可實現(xiàn)收支平衡，具有一定的經(jīng)濟效益。

3.4 環(huán)境效益

燃燒后的酸性氣體經(jīng)過堿洗后進入主系統(tǒng)，減輕了焚燒系統(tǒng)的運行壓力。預燒爐燃燒產(chǎn)生的廢渣作為回轉(zhuǎn)窯的燃料使用，燃燒產(chǎn)生的廢氣作為二燃室二次補風使用，堿洗塔排污水用于主系統(tǒng)急冷塔脫酸噴淋使用，無額外三廢產(chǎn)生。

4 結(jié)語

預燒爐的應(yīng)用，可降低原有焚燒系統(tǒng)對于液堿的消耗量，減輕設(shè)備腐蝕帶來的運行壓力，與其他處置方案相比，此方案具有改造小，實施簡單，投資少的優(yōu)點，適合高硫氯等難處置物料的焚燒處置項目的應(yīng)用。