环保型危险废物焚烧处理工艺设计

陈 亮，刘培远，冯超群，唐文龙

（1.浙江省环保集团有限公司；2.杭州士轩环境科技有限公司，杭州 310000）

随着我国工业化进程的加快，固体废物的产生量迅速增长，各级政府积极加快固体废物利用处置能力建设，但是与发达国家相比，我国固体废物储存利用技术还比较落后，存在明显的短板，尤其是危险废物（简称危废）。目前，我国危废处置企业存在处理工艺落后、污染物排放量大、综合利用水平低等问题。危废集中处置是国家重点推进的行业，但我国危废收集处理设施不足，与保障环境安全和人体健康的需求差距较大，对其构成严重威胁，因此如何妥善处置危废已经成为环境保护的一项重要工作。目前，危废处置技术主要有安全填埋、安全焚烧、水泥窑协同处置。苏爱华等[1]采用湿式吸收塔、布袋除尘器、湿式喷淋塔、调节转子反应器处理危废焚烧烟气，该工艺的主要优势在于能有效抑制二噁英的再合成，降低酸性气体的排放。王兆丰等[2]提出“选择性非催化还原（SNCR）脱硝+干式除酸+活性炭喷射+袋式除尘+湿法脱酸脱硝+湿电除尘+选择性催化还原（SCR）”组合工艺，处理危废焚烧废气。张硕[3]分析危险废物处理中回转窑焚烧工艺控制，指出要加强回转窑焚烧工艺各环节的控制，尤其是溜槽与破碎机控制、水电与压缩空气供给控制、极端天气下的工艺控制，以提升危废污染防治水平。刘元虎等[4]详细介绍危废预处理与回转窑焚烧过程，并针对回转窑实际应用存在的问题，提出采用进料配伍、构建回转窑稳态传热模型等方法，优化危废焚烧处理工艺。目前，安全焚烧还是危废处理的主要工艺。结合危废焚烧处理工艺流程，本文分析回转窑燃烧过程的影响因素，研究废气处理及污染物控制，以有效处置危废。

1 危废概述

危废是指列入《国家危险废物名录（2021年版）》或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物，会对人体健康和环境安全带来重大威胁，根据《国家危险废物名录（2021年版）》，我国将危废分为46 个大类、467 个小类[5]。目前，国内危废处理市场以第三方处置为主，废物处置方法大致分为两类。一是资源化。在资源属性占主导地位的情况下，以资源化方式进行回收和利用，涉及的危废主要有含铜蚀刻液、电镀污泥和有机溶剂。回收有价组分和提纯等，可以增加经济效益，同时减少对生态环境的负面影响。二是无害化。在污染属性占主导地位的情况下，以无害化方式进行处置。焚烧和卫生填埋等手段可以减少环境污染。其中，卫生填埋主要用于处置资源化经济性较差、无法通过焚烧减量的危废。焚烧技术比较成熟，主要用于处理热值较高或毒性较大的危废[6]。

目前，我国危废焚烧排放的废气含有重金属、颗粒物、酸性气体等，常见处理方法有干法、半干法和湿法。其中，干法一般采用较为成熟的“干洗空气+布袋除尘”工艺，即将含有硫化钠的碳粉送入布袋除尘器，以实现稳定吸附，虽然操作简便，费用低廉，但是处理效率和净化效果不佳。半干法一般采用净化效率高的“喷雾干燥+布袋除尘”工艺，该工艺通过旋风雾化器使浆料均匀分布，使其与酸性气体发生充分反应，但是其温度控制精度要求高，实际操作难度大，设备维护成本较高。湿法是目前企业处理酸性气体的最常用工艺，其利用氢氧化钠或石灰水与酸性气体进行中和，具有净化效果好、效率高等优点，但是成本较高，需要配套相应的水处理设施[7]。此外，二噁英是一种对人体危害大、无色无味的脂溶性物质，也是危废处理的重点。目前，废气中的二噁英主要通过干式和半干式喷淋塔、布袋除尘器、活性炭吸附等工艺在末端进行去除，应用效果良好。

2 危废焚烧处理工艺流程

危废焚烧处理工艺的各工序相辅相成，均对危废的低碳、绿色处理起到关键作用，配伍系统、进料系统、焚烧处理系统是危废处理工艺的重点环节。

2.1 配伍系统

在危废焚烧处理系统的整体运行中，温度波动大、尾气超标直接影响其稳定性、安全性和环保性。因此，危废进入回转窑之前，要依据物料的化学组成、发热量等因素进行配伍，从而实现预处理。要做好检查，保证不相容的危废不进入回转窑，确保其燃烧的安全性和稳定性，延长回转窑的使用寿命。危废配伍分为3 级。一级配伍是指市场层级的配伍，要对危废的种类、数量、性质等进行全面认识，并制定一套完整的收集和处理体系；二级配伍是指在企业内部进行配伍，由专业的检验人员进行分析、检验，合理搭配燃料，并制订合理的配伍方案；三级配伍主要在焚烧系统的料坑中进行，并在危废回收过程中进行二次配伍，其效果的优劣将直接关系整个焚烧处理系统的运行效率与稳定性。

2.2 进料系统

进料系统是危废焚烧处理工艺的核心环节之一，随着科技的进步，大多数企业进料系统目前采用自动化控制。根据运输方式和包装形式的不同，危废进料系统又可分为散装、桶状和废液三种进料系统。危废进料系统工作流程如图1所示。

图1 危废进料系统工作流程

2.3 焚烧处理系统

焚烧处理系统由回转窑系统、余热回收系统、烟气净化排放系统和灰渣净化系统等组成。首先，危废进入回转窑系统（以回转窑设备为主体），燃烧产生高温烟气和灰渣；然后，高温烟气和灰渣由窑尾进入二燃室，借助二燃室的高温条件，危废得到充分分解；分解后的物质再进入余热锅炉，经余热锅炉排出的烟气通过喷淋塔迅速冷却；最后经除尘、引风、脱硫、活性炭吸附等组成的废气净化系统净化，进一步对有害气体、重金属进行无害化处理，经检测达到排放标准后通过烟囱排到大气中。需要注意的是，回转窑、二燃室、余热锅炉、喷淋塔、布袋除尘器等工序会产生大量的灰渣和飞灰，它们经水淬后进入封闭的渣箱，经检测没有资源可利用价值后，送至填埋场进行填埋。焚烧处理系统工作流程如图2所示。

图2 焚烧处理系统工作流程

3 回转窑燃烧过程的影响因素

3.1 回转窑长径比

回转窑的长径比是窑内气流流动和燃料燃烧的一个重要评价参数，如果长径比太大，就会造成窑尾温度过低，从而不能进行正常预热，同时窑中产生的热量将会直接辐射到窑身的表层，造成高温导致的烧圈现象。长径比越大，其总体积越大，运输就越困难，而长径比越低，燃料就越不容易充分燃烧，会产生有毒有害物质。

3.2 过剩空气

过量空气系数是回转窑燃烧的另一个评价指标。过量空气系数过大时，实际吸入的空气比理论需要的多，因而会影响回转窑的热效率和烟气量。一般来说，过剩空气会使氮氧化物的产生量迅速增加，而当大量烟气向外排放时，其热量损耗也随之增加，回转窑内壁会发生氧化。若过量空气系数很低，则会造成燃料不充分燃烧，影响生产效率。

3.3 烧嘴安装角度

回转窑入口有2 个烧嘴，而烧嘴安装角度会影响回转窑燃烧过程，主要表现为直接影响气体流动方向。安装时，要考虑对称性，若两个烧嘴安装位置不对称，则会导致火焰不均匀，影响回转窑内燃烧的均衡性。烧嘴和进料口要保持一定距离，避免局部高温破坏回转窑筒体。

4 废气处理及污染物控制

危废焚烧处理工艺中，废气净化应用“SNCR 脱硝+烟气急冷+干法脱酸+布袋除尘器除尘+湿法脱酸”的组合工艺，所有废气经过高烟囱排出。

4.1 废气处理

废气处理的整体工艺流程如图3所示。二燃室排出的烟气进入余热锅炉第一回程内，首先采用尿素溶液进行脱硫脱硝处理，由于二噁英在300 ℃左右容易产生，因此脱硫脱硝处理后，烟气进入急冷塔快速降温，使其温度由550 ℃下降到220 ℃。然后，将快速冷却的烟气通入脱酸塔，添加石灰粉，将烟气中的SO2、SO3、HCl、HF 等与Ca(OH)2发生化学反应，从而将烟气中的酸性气体去除。需要注意的是，在烟气进入袋式除尘器前，将活性炭喷入烟道，去除重金属、二噁英等。接着，利用布袋除尘器将烟气中的颗粒物、干法脱酸的钙盐、二噁英及活性炭吸附的重金属去除。最后，将烟气送入湿法脱酸塔，利用氢氧化钠脱酸，并将烟气再加热，经检验达到排放标准后进行高空排放。

图3 焚烧烟气处理工艺流程

4.2 污染物控制

酸性气体主要采用SNCR 脱硝、干法脱酸、湿法脱酸等工艺进行去除。烟气粉尘采用布袋除尘器进行处理，在活性炭喷射吸附过程中，颗粒物明显增加，除尘效率十分显著。重金属采用“活性炭喷射吸附+布袋除尘”技术进行处理。首先，烟气经过喷雾干燥塔，高露点的重金属凝聚在微粒上，然后用活性炭对烟道进行二次吸附，最后用布袋除尘器将烟尘和活性炭收集起来。

为防止二噁英产生，在处理过程中采取焚烧控制措施。首先，在燃烧时对危废进行充分翻转和搅拌，确保充分燃烧。二燃室温度要控制在1 100 ℃以上，使烟气停留时间超过2 s，确保二噁英完全分解。急冷塔采用烟气瞬间冷却分离出颗粒物和其他污染物，并配有一台药剂泵喷射碱液，可以在300～500 ℃的温度范围内缩短烟气停留时间，避免二噁英再次产生。烟气进入布袋除尘器前，将活性炭喷入反应器后面的烟道中，以吸附二噁英、重金属。然后，用布袋除尘器去除污染物。经处理，二噁英排放浓度远低于相关国家标准限值。

5 结语

目前，我国危废处理工艺整体比较落后，污染物排放量大，综合利用水平低。本文结合危废焚烧处理工艺流程，分析回转窑燃烧过程的影响因素，研究废气处理及污染物控制，以期实现危废的无害化、减量化和资源化处置。未来，危废处置企业要合理选用焚烧处理技术，建设危废处理设施，有效减少废气产生量，将节能减排落到实处，最终提高环境效益、社会效益和经济效益。