危险废物焚烧处置烟气达标排放研究

2011-11-06周苗生李春雨蒋旭光陆胜勇李晓东

中国环保产业 2011年1期

关键词：回转窑危险废物余热

周苗生，李春雨，蒋旭光，陆胜勇，李晓东

(1.杭州市大地环保有限公司，杭州 311101；2.能源清洁利用国家重点实验室（浙江大学），杭州 310027)

危险废物焚烧处置烟气达标排放研究

周苗生1，李春雨2，蒋旭光2，陆胜勇2，李晓东2

(1.杭州市大地环保有限公司，杭州 311101；2.能源清洁利用国家重点实验室（浙江大学），杭州 310027)

危险废物安全处置是固体废物管理的重点，杭州市危险废物及医疗废物处置项目采用回转窑焚烧炉，配合二燃室、余热锅炉以及烟气处理系统，采用急冷塔、反应塔、布袋除尘和洗涤塔对烟气进行处理。监测表明，通过对送入窑内焚烧的危险废物进行配比并在污染物脱除系统中添加消石灰和活性炭，以及采用布袋除尘后，可以实现污染物达标排放。

危险废物;焚烧;回转窑;布袋除尘;污染物排放

1 引言

危险废物具有毒性、反应性、易燃性、腐蚀性、感染性等危险特性，处置不当会对人类健康和环境造成重大危害。我国2008年危险废物的产生量达到1357万t，比上年增长8.3%，除去部分综合利用外，需要处置或贮存的危险废物达到585万t[1]。发达国家自20世纪70年代起就对危险废物的污染状况进行调查，经过近四十年的发展，已经建立了完整的管理法规体系[2]。与发达国家相比，我国危险废物管理水平和处置技术尚处于较低阶段，但过去十多年间明显加快了步伐。我国在1995年通过了《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，并在2004年进行了修订，按照《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》的要求，国家陆续出台了一系列标准和规范，对危险废物的贮存、运输、焚烧、填埋等环节作出了规定。为了便于危险废物的统一鉴别和管理，1998年颁布了《国家危险废物名录》，并根据使用中存在的问题在2008年作了修订，新的《国家危险废物名录》将危险废物分为49大类，并按照行业来源进行了详细分类。

焚烧是危险废物安全处置的重要手段之一，焚烧处置在实现危险废物减量化和无害化处置的同时，还可以实现余热回收利用[3]。国家在2001年发布的《危险废物污染防治技术政策》中鼓励研究开发高效、实用的危险废物焚烧成套技术和设备，包括危险废物焚烧炉技术、危险废物焚烧污染控制技术和危险废物焚烧余热回收利用技术等，同年出台的《危险废物焚烧污染控制标准》（GB18484-2001）为危险废物的焚烧处置提出了污染排放控制要求。2004年印发的《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》要求危险废物集中处置系统优先采用对废物种类适应性强的回转窑焚烧技术[4]。

危险废物中除了易爆和具有放射性的外，均可送入回转窑内焚烧，但为了保障安全运行，仍需对送入回转窑内进行焚烧的危险废物进行控制，否则某些成分会在高温下产生剧烈的化学反应，烧坏炉壁，导致危险废物泄漏甚至爆炸事故[5]。此外，焚烧过程中控制焚烧废物的组分，以及良好的预处理和组织燃烧、加入适量添加剂，还能够对污染物的生成控制起到积极作用，提高危险废物安全处置效果[6-8]。废物焚烧系统产生的飞灰，由于其浸出毒性一般超过危险废物的鉴别标准[9、10]，通常也被当作危险废物处理，经过固化处理后的飞灰达到安全要求以后，才可以送入填埋场进行填埋处理[11]。近年来，众多学者开始研究在环境安全的前提下，对废物焚烧灰渣进行资源化利用，但综合利用需要考虑灰渣的性能，如果焚烧过程中的灰渣燃尽效果不佳，或由于底灰的包裹等因素，都会造成底渣中可燃成分增加[12]，降低灰渣的综合利用性能。虽然通过采用先进的燃烧和控制技术，促进燃烧的均匀和完全，减少烟气排放量等措施，可以大大降低污染物排放总量，降低烟气处理成本，但只有进行源头管理和废物减量，尽可能地减少需要焚烧处理的废物数量，才是最根本的解决途径[13]。本文以浙江省重点项目杭州市危险废物及医疗废物处置项目为例，对危险废物焚烧处置烟气污染物排放特性进行了研究。

2 杭州市危险废物及医疗废物处置项目简介

杭州市危险废物及医疗废物处置项目建设规模包括14,400t/a的危险废物回转窑高温焚烧，8000t/a的医疗废物焚烧系统，两套焚烧装置可以互为备用，配套灰渣稳定化固化设施、废物暂存库，安全填埋场规模为库容量65万m3。该项目处理的工业废物以固态、液态废物为主，主要是热值较高和毒性较大的废有机溶剂、农药废物、医药废物、废矿物油、精（蒸）馏残渣/液、含酚废物、有机磷化合物等，以及污水处理的含油污泥、印染污水污泥、剧毒化学品等；从状态上划分包括固体废物、液体废物、半固体膏状废物。为保障焚烧炉稳定安全运行，危险废物入炉前，需根据成分、热值等参数及废弃物间的相容性进行掺混配比[14]，配比后入炉废物平均低位热值为12.9MJ/kg，辅助燃料用轻质柴油。项目设计6个有效容积为30m3的液体暂存罐，暂存罐内的废液经废液泵输送至回转窑和二燃室：热值低于25MJ/kg的废液进入回转窑，高于25MJ/kg的废液进入二燃室，替代部分二燃室的辅助燃油；半固体膏状废物采用木屑干化后同固体一起进料。

回转窑焚烧炉要求进料最佳尺寸不超过100×100×200（mm），不满足要求的废物需要经过破碎机处理，破碎后的废物进入预处理区暂存坑，在预处理区进行不同来源危险废物的配料掺混，整个预处理区为密闭负压状态，空气被焚烧炉鼓风机引入炉内焚烧处理，确保有害气体不外溢。废物被抓斗送入炉前料仓后，经料仓底部的链板输送机送入炉前中间料斗，在料斗底部设有计量装置。

危险废物焚烧系统由回转窑、二燃室及控制系统组成。经过预处理的各类危险废物按照适当比例配比后通过不同的进料途径进入焚烧系统，在回转窑连续旋转下，废物在窑内不停翻动，完成干燥、气化和燃烧，通过调节回转窑转速，可以调整物料在回转窑内的停留时间，由于物料在回转窑内的停留时间较长（40～73min），当到达回转窑出口端时，能够实现较好的燃尽效果，残渣自窑尾落入渣斗，由水封出渣机连续排出。危险废物在回转窑内燃烧所需风量由窑头不同的送风系统送入，回转窑出口处烟气进入二燃室经过再次高温燃烧，烟气在二燃室的停留时间大于2s，进一步降低了出口烟气中有机组分的含量。经充分燃烧的高温烟气进入余热锅炉回收热量。考虑到危险废物的复杂性、成分多变性及热值的不均衡性，为确保焚烧系统的安全稳定运行，回转窑头和二燃室都布置了辅助燃烧器。当废物热值低于1.17MJ/kg或含水率高于50%时，回转窑需加入燃油助燃。焚烧系统和烟气处理系统主要技术参数如表1所示。

为了提高经济性，在二燃室后部布置余热锅炉，通过余热锅炉将高温烟气中的部分热能回收，所产生的蒸气供内部使用，烟气温度在余热锅炉内由1100℃～1200℃降至500℃左右后进入急冷塔。为了抑制二英的生成，需要严格控制余热锅炉出口烟气温度不能太低，急冷塔压力雾化喷头将水雾化成直径小于30μm的雾滴，直接与烟气进行传质传热交换，利用烟气的热量使喷淋的水分蒸发，从而使烟气在塔内迅速降温至200℃左右，烟气在急冷塔内的停留时间＜1s，急冷塔出来的烟气进入布袋除尘器除去粉尘。为减轻后续处理工序的碱消耗量，烟气在进入布袋除尘器之前通过流化床反应器喷入消石灰粉和活性炭粉，使烟气中的酸性气体与Ca(OH)2中和，烟气中的PCDD/PCDF等有毒有害成分则由活性炭吸附。经布袋除尘器除尘后的烟气进入洗涤塔，烟气中的有害成分在洗涤塔内被进一步去除，焚烧系统及烟气净化系统如图所示。

余热锅炉、急冷塔、布袋除尘器底部分别设置有飞灰收集装置，收集的飞灰送至稳定/固化车间处理，回转窑窑尾的出渣经磁选机分离出金属后，运至稳定/固化车间处理后送入填埋场进行填埋处理。为了实际监测焚烧系统运行过程中污染物的排放情况，于2009年7月对1.44万t/a的危险废物回转窑高温焚烧系统运行过程排放的烟气中的污染物进行了测定[15]。

废物焚烧及烟气流程示意图

表1 焚烧系统和烟气处理系统主要技术参数

3 危险废物焚烧系统污染物排放监测

3.1 危险废物成分分析

送往处置中心进行安全处置的危险废物的来源复杂，不同来源的废物的成分和物化特性有很大差别，为了保证焚烧系统安全运行和污染物排放的有效控制，需要对不同来源的危险废物进行必要的预处理，并按照不同比例进行掺混。掺混配比过程不仅需要考虑不同危险废物的性质，防止发生剧烈反应，还需要控制危险废物中的S、Cl含量，对S、Cl含量较高的成分，可适当降低其在掺烧中的比例。监测期间焚烧炉焚烧的废物主要有废油墨、废油漆，蒸馏有机残渣、废有机溶剂残渣等，监测期间送入回转窑焚烧的危险废物成分分析以及配料比例如表2所示。在表2所列各危险废物中，有机卤化残液Cl含量较高，但可以通过降低其在混料中所占比例来减少其高Cl含量带来的二英生成的危险性。监测期间焚烧量为2.1t/h，工况负荷为90%。

表2 监测期间焚烧危险废物成分分析

3.2 监测方法

监测过程按照《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2001）中规定的焚烧设施排放气体分析方法，对该焚烧系统运行过程中污染物排放情况进行监测，其中Pb、Cu采用EPA200.8-1994，SO2采用HJ/T 56-2000中规定的方法进行测定，监测点位于烟囱段（如图所示）。

3.3 监测结果

监测结果如表3所示。由表3可知，采用回转窑+二燃室+余热锅炉焚烧系统，不但可以实现危险废物焚烧过程中的热量回收，而且通过设置急冷塔和添加消石灰、活性炭脱除污染物，并采用布袋除尘，还可以实现危险废物焚烧处置过程中污染物的达标排放。根据监测，烟气处理系统烟尘平均去除率达到98.7%，SO2的平均去除率达到95.5%，HCl的去除率达到88.4%[15]。