危险废物焚烧处置工艺进料配伍研究

曾斌龙

（厦门晖鸿环境资源科技有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

目前《国家危险废物名录》（2021年版）已于2020年11月5日公布，自2021年1月1日实施，根据名录中危险废物所具备的危险特性，一般而言，适合采用焚烧工艺处置的危险废物大类可达20大类，因此，目前危险废物处置技术中，采用焚烧工艺处置危险废物仍为我国危险废物处置的主要采用方法。焚烧法处置危险废物可在高温下最大程度地破坏危险废物的有毒、有害成分，且可极大的减少危险废物的体积为原体积的5-15%[1]，其质量可基本减少到危险废物原质量的70%-80%。焚烧工艺处置具有危险废物处理种类多、减量化大、有害物质焚毁彻底、处置量大、可连续运行等优点，而被广泛采用，但存在结渣严重、较差的组分适应性、污染排放容易超标等缺陷。危险废物的配伍是焚烧处置环节的输入部分，通过合理的配伍，可在一定程度上解决焚烧工艺存在的缺陷，因此，进料配伍作为焚烧处置危险废物的关键环节步骤，必须得到危险废物经营企业重视。

1 危险废物焚烧处置工艺简介

危险废物的焚烧处置工艺，基本含义在于运用焚烧装置设备来处理包含毒害性元素成分的工业企业生产废物，进而达到消除废弃物质毒害性、净化地域生态环境以及保护人体健康的目标[2]。其主要机理为通过废物自燃产生的热量维持焚烧装置内废物所需着火点温度，在一定的容积热负荷下，废物中的有害组分在高温下，氧化、分解直至完全破坏的处理过程。因此，焚烧处理工艺必须满足：（1）固体废物必须经过高温燃烧彻底焚毁有毒物质；（2）烟气中的含毒有机物必须测定在高温下燃尽；（3）尾气、残渣、污水、飞灰的妥善处理和达标排放；（4）焚烧设备需保持气密性，防止有害物质的泄露；（5）英保证焚烧设施的稳定，避免频繁启停造成的污染物指标超标；（6）焚烧炉的炉型需能适应对焚烧物料应具有广泛的适应性。 其基本工艺组合形式可表述为“进料机构+燃烧设备+预热回用设备+烟气治理设备”。

目前《国家危险废物名录》（2021年版）范围内的危险废物普遍表现为毒性、腐蚀性、易燃性、反应性、感染性等特性，其废物的形态涵盖固态、半固态、膏状物、液态等，就厦门地区而言，焚烧类废物主要涵盖了医疗废物、医药废物、废有机溶剂、废矿物油、精馏残渣、染料涂料废物、其他废物等。

因此焚烧的炉型需充分考虑焚烧处理的危险废物的种类和数量以及长期运行过程中废物种类和数量的变化等不确定因素，并能适应物料组成和性质在一定范围内的波动，具有较好的操作灵活性和弹性，结合危险废物焚烧3T+E焚烧控制技术。在工艺选择上，国内危险废物的焚烧设施一般采用回转窑+二燃烧形式。同时危险废物物料组分比较复杂，污染源源强较大，其烟气治理采用多组合形式。在国内，一般较成熟的焚烧处置工艺多采用：回转窑+二燃室+余热锅炉+急冷塔+干法脱酸塔+布袋除尘器（含活性炭喷射）+冷却洗涤塔+中和洗涤塔+烟气再加热+烟囱排放。

2 危险废物焚烧处置工艺进料配伍的分析

2.1 进料配伍目的

在危险废物经营企业，相较生活垃圾焚烧厂，危险废物的种类和数量更具有不确定性，完全取决于市场化的竞争，且工业企业不一，各废物工艺不一，因此，危险废物焚烧处置工艺在前端需进行进料配伍。物料配伍的基本含义就是对于物料热值、物料结构形态、物料元素成分等进行全面优化处理，通过前端对危险废物检测，控制焚烧系统中物料整体的挥发分、含盐量、热值、燃烧灰渣特性、硫元素与氯元素比例等数据，通过选取、混合各类危险废物合理改善焚烧物料化学物理性能，在均质化的进料处理工作实施基础上，保证平衡与均匀的物料燃烧效果实现，确保反应系统内的各种类型物料元素达到可控与平稳的反应进行状态，有效的保证焚烧系统的热工制，适应建成焚烧设备的性能。因此从进料配伍的基本目标原则角度来讲，进料配伍的最终目的是达到危险废物的均匀、稳定、平衡的燃烧，并且客观上达到焚烧设施安全运行年限增加、耐火材料使用期限延长、焚烧处置物料的经费资源节约效益。具体对于物料含水率、物料中的重金属比例、卤化有机物、碱金属以及含氯废气物等毒害性物质在实施全面处置时，充分完成进料配伍处理工作具有明显实践意义[3]。

2.2 多级配伍分析

三级配伍方法构成了危险废物经营企业目前普遍选择的最佳配伍方法，三级配伍方式主要包含了一级配伍、二级配伍与三级配伍的几个关键流程步骤。

对于一级配伍方式而言，重点在于整体把握废物产生来源、废物处理总量以及废物毒害性等级程度等因素，进而运用科学的思路方法来确定处置废物的数量、类型、物化性质标准要求以及处置频次等[4]。对于一级配伍的前期环节应当致力于准确把握，尽可能把握工业企业每种废物的产生工艺，涉及的主要原辅材料、产生的量、收运的频次等信息，结合危险废物经营企业实际运行情况，对废物处置进行总体计划。

二级配伍的操作运行过程重点在于测验废物成分元素，其主要原则在于配置稳定的适应焚烧系统的热值、配置危险废物酸性污染物元素含量控制其产生源强、配置重金属及碱金属含量避免低熔物质产生，其中关键需检测指标应当包含物料含水率、物料热值、金属盐比例、硫化物与卤素成分比例等。危险废物经营企业在全面开展实施二级配伍检测工作的前提下，应当能够保证二级配伍方式达到良好的热工制、处置量达设计值、运行经济、烟气排放达标等预期效果，以本文所述较成熟的焚烧处置工艺为例，就配置危险废物酸性污染物元素含量控制其产生源强而言，该工艺下50t/d炉型，风量约20000Nm3/h，为符合新的《危险废物焚烧污染物控制标准》（GB 18484-2020）排放标准要求，配伍后，其废物总体氯元素含量应＜1.33%，硫含量应＜1.07%，氟含量＜0.05%。在主要原则的前提下应综合考虑化学规避反应即物质的相容性。在确定与选择配伍方法时，关键在于全面判断考虑不同物料种类之间能否达到良好相容效果，据此确定最佳的物料配伍操作实施方法。严格确保不同类型的危险废物能够被同时焚烧处理，而不会引发爆炸反应或者其他剧烈的化学反应，进而威胁到人体健康与安全。

三级配伍的关键在于物理性混合均质化，主要体现在均匀混合与破碎操作环节，旨在运用机械化的物料破碎系统来均匀粉碎物料颗粒，采用抓吊进行机械混合，然后将其投入到焚烧进料装置内。但是在此环节中，操作技术人员务必重视自身的操作安全隐患因素，认真按照配伍操作的流程方法予以实施。在均匀化的物料混合燃烧过程结束以后，技术人员应当按照《危险废物焚烧污染物控制标准》（GB 18484-2020）排放标准要求检测，分析判断处置结果，已改进二级配伍的要求，保证达到精准性与全面性的物料焚烧处置[5]。

3 危险废物焚烧处置工艺进料配伍的重要性分析

现阶段，国内危险废物的焚烧设施一般采用回转窑+二燃烧形式，该工艺具有较好的操作灵活性、弹性、适应性，并且还能达到废物减量化处理的预期实施成效，普遍得到危险废物经营企业认可。但作为危险废物经营企业仍然存在收集、贮存、处置的危险废物种类繁多，危险废物贮存种类实时变化，危险废物化学成分及含量复杂多变，危险废物来源广乏，较大的废物处理操作难度等特征。受到以上因素影响，回转窑+二燃室的焚烧工艺在操作使用过程，仍存在出生渣、结焦严重、窑内温度波动大、耐材侵蚀严重、超标的污染排放等缺陷。危险废物经营企业只有做到了密切关注进料配伍方式，才能保证达到预期的最佳废物处理综合效益，对于系统中的废物燃烧状况进行准确的判断掌握。

危险废物经营企业对于进入处置装置之前的废物成分元素应当准确进行鉴别判断，综合考虑物料破碎粒径、混合搅拌均匀程度及3T+E控制技术等因素，运用因地制宜的思路手段来确定进料配伍方式。在均质化的物料初步处理基础上，应当能够保证进入装置运行环节的各种类型物料基本达到完全混合程度，旨在稳定控制物料燃烧过程，对于处置危险化工废物的总体实施效率进行优化提高。

除此以外，危险废物经营企业目前有必要在现有三级配伍的前提下，积极探索多元化的危险废物配伍方法以解决工程技术的先天不足。对此，结合实际运行经验，在三级配伍方法的体系下，本文进一步提出着火点配伍原则、燃烧速率配伍原则及层燃配伍原则。

3.1 着火点配伍原则

某种危险废物在回转窑内需维持燃烧火焰不再熄灭，应维持窑内温度不低于该危险废物着火点温度，燃烧产生的热量维持窑内温度，形成窑内燃烧与温度的动态平衡，在危险废物配伍时合理的配置不同着火点的废物，使得配伍后低着火点（＜550℃）、中着火点（550℃-800℃）、高着火点（大于800℃）分布均匀，一方面可避免因操作过程窑内温度下降造成大部分物料不燃烧，提供的热量不足以维持窑内温度，而呈现窑内温度持续下降造成大量出生渣的现象，一方面可使窑内燃烧分布均匀进而促进窑内温度分布均匀，避免断燃或集中燃烧现象发生，完整经历烘干—起燃—燃烧—燃烬四个阶段。

3.2 燃烧速率配伍原则

危险废物按其物理形态分燃烧速率一般遵循固体燃烧速率＜半固态（膏状）燃烧速率＜液体燃烧速率＜气体燃烧速率。不同固体危险废物其燃烧速率也存在有很大差异，例如危废名录中精馏残渣、染料涂料类废物、有机树脂类等废物，一般需经历受热熔化、蒸发、气化、分解氧化、起火燃烧一系列过程，一般燃烧速率较慢，而感光材料废物、医药废物及含纤维素的废物等，燃烧是分解式的，速率很快。另外，对于固体废物而言，影响其燃烧速率的另一个重要因素为燃烧表面积与体积之比值。因此对于危险废物焚烧而言，合理的配置不同的燃烧速率的废物，使得配伍后快速燃烧废物、中速燃烧废物和慢速燃烧废物较为均匀的分布，总体均质化燃烧速率达到中速等级，在回转窑内焚烧温度分布较为均匀，避免回转窑温度出现头高尾低或头低尾高的现象，有利于整体提高回转窑内废物的燃烧时间及焚毁效率[6]。

3.3 层燃配伍原则

回转窑+二燃烧形式的危险废物焚烧设施，普遍存在结焦严重的问题，常因结焦不得不短暂停炉，严重的甚至可能引起结圈，影响焚烧设施的稳定正常运行。目前业内配伍多数仅从控制低熔点物质的配伍量、增设清焦燃烧器、控制窑内温度低于焚毁后炉渣的T3温度几种措施进行控制， 从配伍角度出发，在配伍过程通过添加高熔点的表面燃烧物质如碳纤维物质，使燃烧物料网连，物料在窑内翻滚燃烧占比减小，滑动燃烧占比增大，物料整体表面燃烧趋势变大，延长物料在窑内的燃烧时间，减少形成的炉渣在窑内的吸热熔融，碳纤维物质的表面燃烧产生的烟气，也能有效的破坏熔融炉渣的粘结长大，同时部分形成的熔融物质粘结纤维表面，不易粘结于耐火材料上。根据厦门某危废企业运营经验，在相同的窑内温度下，碳钎维添加量达到2%～5%可有效防止结焦现象。符合上述部分机理的物质也能有效防止结焦，如氧化铝球、木头、颗粒状活性碳等。但该配伍应注意的是其参加量不得过大，否则容易引起因物料整体表面燃烧过大，物料所需燃烧时间过长，致使窑内物料燃烧停留时间不够而出生渣。

4 结语

经过分析可见，目前危险废物普遍表现为种类繁多、化学成分及含量复杂多变以及广泛的物料来源特征，客观上增加了危险废物经营企业危险废物焚烧过程中的配伍实施难度。通常情况下，危险废物的配伍可以选择三级配伍技术方法，旨在运用多个不同等级的配伍技术方法，使危险废物均匀、稳定、平衡的燃烧的同时，减少运营成本，最终达到彻底焚毁有毒有害物质的目标，达到最佳的经济性。在现有的焚烧工艺条件下，三级配伍对危险废物焚烧的指导仍存在一定的盲区，具体在实践中，危险废物经营企业应针对运营过程存在的问题，从危险废物焚烧配伍技术方法上多元化的深入展开研究，不断的提出例如着火点、燃烧速率、层燃等配伍方法，合理完善优化现有的三级配伍方法体系。