危险废物焚烧余热利用与烟气净化工艺分析

陈竹，肖燕，伍长青

（中国天楹股份有限公司，江苏南通226600）

危险废物焚烧余热利用与烟气净化工艺分析

陈竹，肖燕，伍长青

（中国天楹股份有限公司，江苏南通226600）

通过实际工程分析了危险废物焚烧余热利用与烟气净化工艺的选择，提出采用“回转窑+二燃室+余热锅炉+螺杆膨胀机+急冷塔+旋风除尘器+干式反应塔+活性炭喷射装置+布袋除尘器+湿式洗涤塔+烟气加热器”的工艺，可以实现能量利用以及污染物达标排放。

危险废物；余热利用；烟气净化

根据《国家危险废物名录》，危险废物是指具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性等一种或者几种危险特性的，以及不排除具有危险特性，可能对环境或者人体健康造成有害影响，当未进行适当的处理、存放、运输或处置时，会对人类健康或环境造成重大危害的废物［1］。《国家危险废物名录》按照最新的国民经济行业分类对废物代码作了调整，废物类别调整为46类，废物种类调整为479种。2015年我国危险废物处理量达3.57×107t，处置率为83.6%，仍然处于较低水平，显示我国危险废物产生量大，处置能力不足，存在很大市场空间。

焚烧法能够极大程度无害化、减量化处理危险废物，目前，全国90%以上的危险废物处置中心都采用了危险废物焚烧处理系统［2］。烟气经余热锅炉进行换热产生蒸汽，由于蒸汽品质低，在传统技术制约下企业除自身利用外，大部分对空排放，不仅造成环境污染，而且造成较大的能源浪费。将产生的蒸汽发电并网实现能量梯级利用，提高能源利用效率已经成为危废行业发展必须要考虑的问题。在大多数适宜焚烧处置的危险废物（如漆渣、化工釜残、废化学试剂等）中，都含有S、Cl、F等成分［3］。危险废物焚烧处置工程要求对危险废物进行分类、均值配伍后送到焚烧炉焚烧；要求焚烧烟气满足排放指标，这对工程的预处理系统、烟气净化系统提出了较高的工艺技术要求［4］。

1 余热利用与烟气净化工艺选择

1.1 余热利用工艺选择

常用的余热利用设备为汽轮机，而危险废物产生的蒸汽品质低，因此采用螺杆膨胀机更适宜。螺杆膨胀是容积膨胀型旋转螺杆式动力机，对达到一定膨胀比的各种混合工作介质具备极高的兼容性，推动阴阳螺杆向相反方向旋转，实现将热能转换成机械能的做功过程。螺杆膨胀机通过工作方式及原理的转变，一举摆脱低品位热源对汽轮机的限制。螺杆膨胀机与汽轮机比较如表1所示。

表1 螺杆膨胀机与汽轮机比较

1.2 烟气净化工艺选择

1.2.1 重金属、二恶英类物质

首先控制焚烧炉二燃室的“3T＋1E”原则，即保证足够的温度（危险废物焚烧炉>1 100℃）、足够的停留时间（危险废物焚烧炉1100℃时>2s）、足够的扰动（二燃室喉口用二次风或燃烧器燃烧让气流形成漩流）、足够的过剩氧气［5］。其次，采用强制喷淋降温方法，在1 s内将温度从550℃左右降到200℃，避开二恶英的再合成区间。

在常见的二恶英去除工艺组合中，对二恶英去除起重要作用的是活性炭吸附作用，从抑制二恶英生成的观点考虑，为了达到更好的二恶英去除效果，最好不要采用电除尘器［6］。为减少设备投资，简化工艺，可采用在布袋除尘器前喷入活性炭粉的方法脱除重金属及二恶英。部分重金属具有挥发性，其在燃烧过程中大部分进入烟气中，在烟气降温的过程中被吸附在烟尘上，在除酸性气体和除尘的过程中被除去。

1.2.2 酸性气体

酸性气体的净化可采用干法、半干式、湿法或者这几种工艺的组合，这几种方法都要使用酸性气体吸收剂，常用吸收剂为CaO、CaCO3、MgO和MgCO3等。其均能去除粉尘、重金属、酸性气体，现行的工艺组合大致有4种形式，见表2［7］。

表2 烟气净化工艺比较

危险废物焚烧烟气净化技术的选择应充分考虑危险废物特性、组分和焚烧污染物产生量的变化及其物理、化学性质的影响，并注意组合技术间的相互关联作用。干法工艺简单，不需配置复杂的石灰浆制备和分配系统，设备故障率低，维护简便；湿法净化效率较高，在欧洲及美国应用多年的实践均可验证其对HCl脱除效率可超过95%，对SO2亦可超过80%。经过湿法脱酸后的烟气由于含有大量的水汽，因此经过引风机后会在引风机中造成积水，并在经过烟囱后形成白烟，对周围的环境造成严重污染［8］。此时不能直接排放，需通过换热装置升温后排放。烟气加热器的热源来自余热锅炉的蒸汽，加热器采用高效的热管式换热器。考虑到废物中Cl、F、S含量较高，为保证达标排放，采用“急冷塔+旋风除尘器+干式反应塔+活性炭喷射装置+布袋除尘器+湿式洗涤塔+烟气加热器”的烟气净化工艺。

2 危险废物焚烧余热利用与烟气净化工艺分析

2016年，某市总人口约120万人，产生的危险废物总量约18 500 t/a，其中适合焚烧处理的约占处置总量的54%。主要处理危险废物包括农药废物、有机溶剂废物、废矿物油、精（蒸）馏残渣、有机树脂类废物、染料涂料废物等。

本项目焚烧系统处置能力为1 250 kg/h，整套焚烧系统24 h连续运行，危险废物配伍后低位热值为14 630 kJ/kg。采用“回转窑+二燃室+余热锅炉+螺杆膨胀机+急冷塔+旋风除尘器+干式反应塔+活性炭喷射装置+布袋除尘器+湿式洗涤塔+烟气加热器”的烟气净化工艺。

2.1 余热利用系统

本项目危险废物焚烧系统工艺流程如图1所示。从二燃室出来的约1 100℃的烟气经余热锅炉换热产生1.0 MPa、184℃的蒸汽约5.0 t/h，主要进行4部分余热利用，如图2所示：0.3 t/h蒸汽用于二次风加热、0.4 t/h蒸汽用于热力除氧器加热、0.5 t/h蒸汽用于焚烧烟气净化系统烟气再热、3.8 t/h蒸汽用于螺杆膨胀机发电。

螺杆膨胀发电机组的技术参数如表3所示。

图2 余热利用系统

表3 螺杆膨胀机技术参数

2.2 烟气净化系统

从余热锅炉出来的约12 000 m3/h的550℃烟气经急冷塔后变为约15 100 m3/h的200℃烟气。再经旋风除尘器、干式脱酸塔以及布袋除尘器的净化处理，烟气温度约为160℃，此时通过湿式洗涤塔洗涤变为13 353 m3/h的70℃烟气，再经过烟气加热器加热到约135℃排放。湿式洗涤塔产生的约2.5 t/h的废水一部分用于冷却炉渣，一部分进废水处理站。从急冷塔、旋风除尘器、干式脱酸塔及布袋除尘器产生的飞灰落入刮板输送机内集中输出，经收集后，定期送至固化车间处置。灰分主要为烟气夹带的飞灰及喷入的石灰粉及活性炭粉，本项目焚烧线飞灰量约为1.5 t/d。烟气净化工艺物料平衡如图3所示。

图3 烟气净化工艺物料平衡示意

3 结束语

本工程达到了综合利用烟气余热、提高烟气余热利用率的目的；提高了生产企业的经济效益，减少了环境污染，达到了增加能源并提高社会效益的目的；同时采用螺杆机发电具有可观的经济效益和应用前景，为企业小规模蒸汽利用提供了新的途径。同时本工程集成了烟气降温、除尘、脱酸、重金属去除以及降低二恶英等各类技术的烟气净化工艺，使得相关污染物排放能够达标，减少对大气的污染。烟囱上设置取样孔，安装烟气在线检测系统，监视排放烟气的品质并反馈控制烟气净化系统的运行。烟气在线监测装置检测焚烧炉所排放烟气中的烟尘、二氧化硫、氯化氢、一氧化碳、氮氧化物、含氧率、二氧化碳等。

［1］杜军，郑喜洋，程冉冉.危废焚烧工程烟气治理工艺研究［J］.现代化工，2016（2）：122-124.

［2］张邵坤.回转窑危险废物焚烧系统的优化设计［J］.中国环保产业，2015（4）：59-63.

［3］姜安玺.污染物控制［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［4］郑安桥.危险废弃物焚烧处置预处理及烟气净化工艺设计［J］.环境工程，2010，28（5）：58-62.

［5］肖燕，李军，伍长青.回转窑焚烧炉在某县危废焚烧处理中的应用［J］.环境卫生工程，2015（5）：74-77.

［6］周泽宇，刘书敏，蔡德耀.垃圾焚烧中二恶英脱除方法及机理［J］.能源与环境，2009（1）：80-82.

［7］肖燕，伍长青，李军.危险废物焚烧工程实例介绍［J］.中国环保产业，2016（5）：24-27.

［8］岳强，范亚民，耿磊，等.危险废物焚烧工程烟气治理工艺设计［J］.环境卫生工程，2012，20（4）：28-30.

Technology Analysis of Waste-heat Utilization and Flue Gas Purification in Hazardous Waste
Incineration

Chen Zhu，Xiao Yan，Wu Changqing
（China Tianying Inc.，NantongJiangsu226600）

By the practical project，we analyzed the waste-heat utilization and cleaning process of flue gas produced by hazardous waste incineration，and proposed the technology of rotary kiln+second combustion chamber+waste-heat boiler+screw expander+quench tower+cyclone dust collector+dry reactor+activated carbon injection device+bag dust collector+ wet scrubber tower+flue gas heater.The technology can realize energy utilization and pollutant discharging under certain standard.

hazardouswaste；waste-heat utilization；flue gascleaning

X706；X701；X705

B

1005-8206（2017）03-0034-04

陈竹（1970—），主要从事城市固体废物处理。

2017-02-06