危险工业废物焚烧处置工艺概述及焚烧配伍

刘国勇

摘 要：本文首先重点介绍了危险工业废物的回转窑式焚烧处置工艺及焚烧烟气中有机氯化物、重金属、酸性气体、CO、氮氧化物等有害物质的形成原理；最后针对有害物质的特点和焚烧处理工艺，提出了对危险工业废物焚烧配伍处理，详细分析了配伍的主要原则和注意事项。

关键词：危险工业废物 回转窑式焚烧 焚烧烟气 有害物质 焚烧配伍

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0115-02

中国政府于1996年制定颁布了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，并于2004年重新修订。该法的颁布使得固体废物的环境管理得到了高度重视。而危险废物的防治是固体废物防治中的重点，该类废物具有成分复杂、形态各异、管理混乱的特点，给危险废物的处置带来了相当大的困难。在现有的多种处置方式中，焚烧处置可以有效破坏固体废物中的有毒、有害成分，是实现危险废物减量化、无害化最快捷有效的技术手段。

1 危险工业废物焚烧处置工艺选择

目前危险工业废物焚烧处置多采用回转窑式焚烧处置工艺[1]，而回转窑焚烧处置工艺又大致可以分为三类，即熔渣式焚烧、灰渣式焚烧、热解式焚烧。

根据我国目前危险工业废物处置规范和危险工业废物情况，回转窑灰渣式焚烧处置工艺是市场中采用较多的焚烧处置工艺方式，后续阐述内容也以灰渣式焚烧处置工艺为例展开综述。

2 焚烧烟气中常见有害物质的形成原理

2.1 焚烧烟气中氯化物的形成原理

废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要是二恶英类，包括多氯代二苯并呋喃（PCDFs）和多氯代二苯-对-二恶英（PCDDs），主要来自三条途径：废物本身、炉内形成及炉外低温再合成。

（1）废物本身。焚烧危险废物本身就可能含有PCDDs/PCDFs类物质。危险工业废物成分相当复杂，加上分类管理混乱，废物中不可避免含有PCDDs/PCDFs类物质。

（2）炉内形成。在系统温度稳定的情况下，废物内含有的PCDDs/PCDFs物质，经过回转窑和二燃室后已基本完全破坏分解；但是废物在焚烧过程中，可能会先形成部分燃烧不完全的碳氢化合物，当系统温度不稳定，这些碳氢化合物未能及时分解为水和二氧化碳时，就可能与废物或废气中的氯化物结合形成PCDDs/PCDFs，以及破坏分解温度较PCDDs/PCDFs高出约100℃左右氯苯及氯酚等物质。

（3）炉外低温再合成。当燃烧不完全时烟气中的氯苯及氯酚等物质，可能被飞灰中的碳元素所吸附，并在特定的温度范围（250℃～400℃，300℃时最显著），被金属氯化物（CuCl2及FeCl2）催化反应生成PCDDs/PCDFs。废气中氧含量与水分含量过高对促进PCDDs/PCDFs的再合成起到了重要的作用。在处理中，多采用过氧燃烧，有的废物中水分含量较高，再加上重金属物质经燃烧挥发后多凝结于飞灰上，废气也会含有大量的HCl气体，故提供了符合PCDDs/PCDFs再合成的环境，成为焚烧废气中产生PCDDs/PCDFs的主要原因。

废物中所含PCB（多氯联苯）及相近结构氯化物等在焚烧过程中的分解或组合，也是形成PCDDs/PCDFs的一个重要机制。

2.2 焚烧烟气中酸性气体的产生原理

焚烧产生的酸性气体，主要有HF、HCl与SO2等。这些污染物都是直接由废物中的硫、氯、氟等元素经过焚烧反应而形成的。比如含氟的废物会形成氟化氢，含氯的废物经过反应，会形成氯化氢，而含硫的废物会产生二氧化硫。

2.3 焚烧烟气中CO的产生原理

一氧化碳燃燒所需的活化能很高，它是燃烧不完全过程的主要代表性产物。氧气含量愈高时，愈有利于一氧化碳氧化成二氧化碳。只要燃烧反应仍能继续进行，一氧化碳就可能产生。

2.4 焚烧烟气中氮氧化物的产生原理

焚烧所产生的氮氧化物主要来源有两个，一个是高温条件下，空气里的N2与O2反应形成的氮氧化物。另一个来源是废物中的氮组分转化为氮氧化物。其实，第一种情况里，空气中的氧气与氮气反应生成的氮氧化物的量很小，产生氮氧化物主要来源是废物中所含的氮。

3 危险废物焚烧配伍

配伍一词源于中医学，当应用一种药材疗效不佳时，就需要选择其他的药材进行合理的配伍，以达到更好的疗效，反之若配伍不当不但不能达到治疗的目的，还可能带来其他的伤害[2]。

在危险工业废物焚烧处理中，引用了配伍这个词[3]。通过对焚烧烟气中有害物产生的原理分析，可以得出焚烧烟气中有害物质的主要来源为焚烧的危险工业废物，因此为了达到合格的烟气排放和稳定的焚烧工况，必须对成分复杂、形态各异的废物进行种类和数量上的合理搭配。这是一项复杂而又多变的工作，主要包括以下几项。

3.1 对废物的分析鉴别

危险废物需要分析项目繁多，其中物理性质主要有物理组成、容重，工业分析主要有水分、灰分、灰熔点、低位热值，元素分析有害物质含量、特性鉴别、反应性、相容性等。

3.2 废物的安全、合理储存

需要处置的危险工业废物基本上存在有有毒、有害、易燃易爆等化学特性之一或多项，因此通过前期的分析，废物的安全、合理储存也是至关重要的。不相容的废物避免存放在一起，同时也要确保废物与容器、料坑之间的相容。单一容器或料坑内尽量存放热值相近、成分相对接近的废物，保证单一容器内的化学成分相对简单。对于单一有害成分偏高或含有特殊有害成分的废物应该单独储存。

3.3 配伍的主要原则及注意事项

（1）要保证所配伍废物的相容性，以保证焚烧处理的安全性，两种以上的危险废物混合应避免产生大量热量、火焰、易燃气体、有毒气体、剧烈反应等。

（2）要保证焚烧烟气的达标排放，控制酸性污染物、重金属、碱金属、水分等含量。为保证尾气达标排放和设备不受腐蚀，入窑废物中的有害成分要严格控制，危险废物中的磷燃烧产生P2O5，在400℃～700℃燃烧会对金属及耐火材料产生加速腐蚀，如果不控制好磷的含量，则会大大缩短锅炉的使用寿命。碱金属一般是以无机或有机盐的形式存在于危险废物中，燃烧后变成碱金属氧化物，出渣时易遇水爆炸，综上所述并根据GB 18484-2001标准中的排放限值，入炉的化学组成应该尽量控制在Cl≤3%、S≤1%、P、F≤0.08%、N≤3%、30%≤水分≤45%、5%≤灰分≤20%、碱金属≤0.1%、重金属≤0.01%（该配伍标准以30t/d的生产能力为参考计算依据）。对于剧毒类废物，均匀限制数量入窑焚烧。液体类废物粘度≤150mPa·s，闭口闪点≤60℃，pH≥5。

（3）要保证热值的稳定性。配伍入窑焚烧的危险废物的热值尽可能在系统设计规定的范围内。因为热值太低，窑内温度不够，废物燃烧不充分，需要增加辅助燃料，造成运行成本的增加；热值太高，容易造成炉渣在窑尾堆积堵塞出口，造成处理能力下降，也增加耐火材料的负荷，减少系统使用寿命。

总之，配伍是一项需要综合平衡又复杂多变的工作，工作人员需要认真研究分析结果、实地了解待焚烧废物的特性，首先要确保系统的安全运行和尾气的达标排放，其次才是考虑系统运行费用，最终实现环保效益与经济效益相统一。

参考文献

[1] 周苗生，汤国伟.危险废物回转窑焚烧系统的工艺设计[J].环境污染与防止，2001，23（6）：299-301.

[2] 邢杨荣.危险废物焚烧配伍与燃烧反应分析[J].环境工程，2008（s1）：203-204.

[3] 张林，张寅璞.危险废物焚烧处置的理论与实践[J].中国环保产业，2010（11）：36-38.endprint