危险废物焚烧预处理工程的安全设计分析

卢金龙，肖 潇

（1.中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌330038；2.南昌航空大学，江西南昌 330038）

0 前言

危险废物焚烧处置工程设计主要依据是《危险废物贮存污染控制标准》(GB 18597-2001)、《危险废物焚烧污染控制标准》(GB 18484-2001)、《危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范》(HJ/T 176-2005)、《含多氯联苯废物焚烧处置工程技术规范》(HJ 2037-2013)。 自2004 年国家环保总局发布了《关于印发(〈全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划〉的通知》(环发[2004]16 号)后，我国出现了第1 批危险废物集中焚烧处置工程建设高潮，从无到有，全国各省共建有30 多座危险废物焚烧处置工程。其中多数项目采用国外技术引进、 国内设计单位消化吸收的方式进行工程设计、建设。由于危险废物焚烧集中处置工程建设涉及到国家投资资金，要求设计单位具有甲级固废专项设计资质单位。 2014 年4 月24日发布中华人民共和国主席令第9 号 《中华人民共和国环境保护法》后，又出现了第2 批危险废物集中焚烧处置工程建设浪潮。此时由于经过了10 多年的发展，国内已经锻炼出一批环保产业技术人才和管理人才。 工业危险废物焚烧工程设计技术和日常管理技术日益完善、成熟。 在第2 批建设浪潮中，建设单位均为自筹资金为市场行为，国家对工程设计单位的资质也没有特别要求，因而大量设计单位进入该行业。由于技术能力参差不齐，且危险废物焚烧的特殊性，给危险废物焚烧行业从设计源头上带来安全隐患。

目前， 危险废物集中焚烧处置工程建设的生产设施为危险废物暂存库、分析化验楼、焚烧车间、焚烧废液贮存罐区、废水处理站等。 其中，焚烧车间包括主厂房及辅助厂房， 主厂房内生产设施包含配伍料坑、抓斗行车、危险废物破碎机系统、回转窑焚烧进料斗、进料溜槽以及小型包装容器进料系统等，辅助厂房内生产设施包含配套的脱硝制备系统、空压制氮系统、变配电系统、软水制备系统、应急发电系统、中央自动化控制系统以及余热锅炉除氧器等。而焚烧系统、热能利用系统、烟气净化系统、残渣处理系统等露天布置或布置在半敞开式厂房内。 从危险废物焚烧行业10 多年实际运行情况来看，危险废物焚烧企业安全事故主要是火灾事故及中毒事件，其中火灾事故主要发生在焚烧车间主厂房配伍料坑，且几乎每家企业都发生过火灾事故， 存在极大的安全风险。 危险废物焚烧处置工程设计的合理性对装置的安全稳定运行尤为关键，本文拟对工业危险废物焚烧处置工程建设规范、预处理系统及配伍工序安全设计中应注意的问题进行探讨。

1 焚烧工程建设存在的问题

1.1 设计规范的缺陷

1)配伍要求不明确。 由于我国工业危险废物焚烧处置起步晚， 整个行业发展不过十来年， 因而2005 年发布的《焚烧工程建设技术规范》(HJ/T 176-2005)，相对比较粗糙、笼统，有关危险废物入炉前必须进行配伍的工序仅仅在废物贮存中的贮存设施提到(详见规范第5.3 条5.3.2 款)。 但由于工业危险废物种类繁多，形态与组合也十分复杂，其入炉燃烧状况差异很大，各类焚烧炉都难以做到完全适应。实际运行过程中出现一些工业危险废物焚烧困难或无法焚烧，一些工业危险废物燃烧剧烈难以控制等现象，导致焚烧处理系统存在运行不稳定、处理效果差、处理费用过高等诸多问题。为此，危险废物焚烧运营企业普遍高度重视焚烧废物预处理、配伍的必要性，也对该行业的设计人员提出了更高要求。 然而，《焚烧工程建设技术规范》(HJ/T 176-2005) 中预处理系统仅仅进行了原则性规定， 并没有针对危险废物预处理、配伍工程建设工程设计、安全技术、安全管理进行明确规定，致使工程设计从业人员、安全生产管理人员无法可依，这也是目前我国工业危险废物焚烧行业安全隐患之源。

2)火灾危险性分类级别太低。 目前，大多数企业在危险废物焚烧车间主厂房内设有桶装废物进料装置，零星桶装废液进料系统，破碎机预处理系统以及混合、贮存、配伍的料坑系统、桥式行车抓斗进料系统，其中具有的为可燃物质预处理、配伍、焚烧炉进料系统。 根据《建筑设计防火规范》中厂房和仓库火灾危险性分类，“利用气体、液体、固体作为燃料或将气体、液体进行燃烧作其他用的各种生产”的厂房火灾危险性划为丁类[2]。该条文中并没有包含可燃物质的预处理、混合配伍等生产活动，应该属于使用可燃固体进行混合、加工的生产活动，因此，笔者认为焚烧车间主厂房的火灾危险性定为丁类是错误的，至少定为丙类更切合实际。

1.2 焚烧车间主厂房功能布置安全问题

根据《焚烧工程建设技术规范》（HJ/T 176-2005），焚烧废物的配伍功能设置在暂存库，工业危险废物预处理系统的功能设置在危险废物焚烧处置系统内。在危险废物焚烧工程建设和实际生产运营中，危险废物进场后作业程序为经接收→分析化验→计量→分类暂存→预处理→配伍→焚烧处置。因此，多数建设单位会把预处理、配伍、焚烧处置的3 种功能均布置在焚烧车间主厂房内。 由于厂房火灾危险性分类按照规范划分为丁类，其结果导致：1)危险废物配伍功能布置在焚烧车间不符合建设技术规范;2)按照丁类火灾危险性设计， 降低了焚烧车间的安全设计标准，预处理、配伍与焚烧处置合建。 给危险废物焚烧处置工程带来了根源头上的人身、 财产的安全隐患。 为了明确工业危险废物焚烧处置工程建设的功能分区，危险废物焚烧处置工程建设应分为危险废物接受及分析系统、贮存系统、预处理及配伍系统和焚烧处置系统(包括进料系统、焚烧炉、热能利用系统、烟气净化系统、灰渣处理系统、自动化控制及在线监测系统)和无组织废气处理系统，即新增工业危险预处理及配伍系统和无组织废气处理系统(包括暂存库废气和预处理车间废气处理系统)。 建议工程建设技术规范相应调整， 并对工业危险预处理及配伍系统建设工程技术作出详细技术指导要求。

2 预处理车间安全设计

按照目前危险废物焚烧实际作业程序以及安全运行管理情况，危险废物预处理、配伍的生产系统与危险废物焚烧处置系统应分开布置， 设置预处理车间和焚烧车间。其中，预处理车间包含危险废物预处理系统和配伍系统， 焚烧车间仅包括进料系统及后续焚烧处置系统。 有利于危险废物焚烧工程建设的功能布置合理，防火、防毒等安全措施集中布置，也便于安全运行管理。

2.1 预处理的安全设计

由于工业危险废物种类繁多，形态、物化性质十分复杂，为了降低焚烧的安全隐患，避免出现运行不稳定、运行费用高等现象，应对各种形态、各种形状、各种热值的危险废物进行预先处理， 使工业危险废物进入焚烧炉以前，达到形态均一、形状均衡，热值稳定，保证焚烧状态稳定。焚烧类工业危险废物形态主要是胶状有机废物（如树脂胶废物）、渣状废物（如蒸馏残渣）、加温稀化胶状废物（如丙烯酸渣）或焦油类废物、无机硬化废物（如玻璃容器类）、有机硬化废物（如废树脂或废塑料）、软质废物（如废纸桶或纤维类）、污泥废物（如废油墨或油污泥）、桶装糊状废物等。 该类废物热值差异很大，难以入炉，对危险废物焚烧系统的设计、操作带来很大困难。

危险废物预处理系统，包括液体危险废物的热值、酸碱度、粘度等进行预处理、固体废物破碎预处理、桶装废物剪切预处理、袋装废物破袋预处理、胶状固体废物及蒸馏残渣预处理、粉尘废物预处理等。

1)液体危险废物预处理。 液态危险废物来料一般可以分为槽车装及桶装两种形式，槽车装废液进入废液卸料站卸车后泵送入项目焚烧废液罐区，桶装废液则送入危废暂存库中暂存，需要时再通过窑头废液直接进料系统入炉焚烧。 液体危险废物预处理一般布置在罐区。 由于液态危险废物的性质复杂容易发生各种化学反应，其危险性远大于固体废物，故液态危废的预处理应本着安全、稳定的原则，不同种类废液在相混合之前必须进行相容性实验， 试验样品在充分搅拌后静置不少于24 h 的前提下目测无发烟、无汽包、无聚合、无凝固，手摸无放热，4＜pH＜10，无强烈刺激性气味的液体才可进燃料罐区储罐，废液经管道、供液泵、喷枪送入转窑焚烧处理。经过相容性实验合格的废液， 其配伍主要有以下几点：(1)同厂家、批次、代码、性质相近的废液优先混配在指定容器或储罐中，注意配液过程中的安全防护；(2)少量的废液要逐步加入到大量的废液中，随时注意液体有无异常；(3)热值相近的废物优先混配，除特殊需要，高热值废液不得与低热值废液进行配伍、溶剂不得与废油进行配伍、 酸性废液不得与碱性废液配伍、 氧化性废液不得与还原性废液配伍；(4)pH＜4的有机酸原则上不得直接焚烧处理， 需要采用消石灰中和或其他物化方式预处理后，pH＞4 或接近中性时才可以焚烧处理；(5)pH＞10 的碱性废液原则上不得直接焚烧处理，需要加入磷酸中和或其他物化方式处理后，pH 值接近中性时才可以焚烧处理；(6)粘度较大的废液应和粘度小的废液稀释后酌情进罐或指定容器后通过管线、供液泵、流量计、控制阀、喷枪进焚烧炉处理；(7)粘度较大的且不适合稀释的废液应单独配伍后进指定容器， 并使用特质管线、 供液泵、喷枪单独焚烧处理；(8)大批量的粘度低、性质稳定的废液(如储罐车)可以优先进罐储存、处理，但进罐前要与储罐内的存液进行相容性实验，合格后方可进罐；(9) 进罐废液原则上不要单独存储时间过长，应循环进液并尽快处理；(10)易燃易爆、低闪点、不明或无名废液、强酸、强碱、腐蚀性较强废液、剧毒品、易反应废液、粘度较大废液等无论是否相容性实验合格都不允许进罐储存；(11)废液配伍过程中必须佩戴好防护用品并在通风良好的场地操作，严禁在密闭空间或无通风系统和尾气吸收装置的环境下操作；(12)废液配伍操作必须使用防爆工具，严禁使用铁质等工具击打、切割包装容器等易形成火花的操作，挥发分较大废液必须提前进行放空。

2)固体废物破碎系统的安全设计。 固态废物的形态各异，根据回转窑焚烧炉进料粒度的要求，固体废物进料不宜超过400 mm×400 mm×600 mm， 最佳粒度不超过100 mm×100 mm×200 mm， 这样有利于焚烧和混合，同时可避免大量的破碎工作。一般超过规格的废物首先进入破碎机进行破碎， 破碎机选用剪切式破碎机， 破碎后物料经溜槽进入破碎物料暂存坑。 破碎机进料方式设计采用抓斗和提升机两种方式相结合，将废物送至破碎机上部的进料斗，经破碎后的废物溜入破碎暂存坑或配伍料坑。 破碎机应单独布置在预处理车间一侧， 破碎机破碎料暂存坑之间用防火墙隔开， 破碎机进出口采用液压自动控制闸板密闭，生产运行时破碎腔体采用氮气保护，防止火灾发生，破碎腔体设有爆炸片，破碎机设备并有静电接地设施。

3)桶装废物和袋装废物预处理。 桶装废物剪切预处理是指有一些废物的粘结性很强， 尤其是半固态废物不可能与包装桶分开， 又无法破碎机破碎的桶装危险废物，采用剪切机进行剪切破桶处理。先将桶装糊状废物进行挤压、破桶，再进入破碎机进行切割、破碎，然后按照一定比例同渣状废物如焚烧的废渣、 废锯木屑等送入捏合机混合， 再运输到配伍料坑。 袋装废物破袋预处理是指各种包装型包装的废物通过机械破袋手段进行破袋， 防止人工接触危险废物的方法。 如果包装袋内物料吸潮、 遇水导致凝结， 待干燥后成为硬度较高的大块物料可以直接进入破碎机处理，袋装废物破袋后，可以直接进入配伍料坑。严禁含有Ⅰ级~Ⅳ级危害的有毒化学介质和爆炸危险介质[3]的桶装废物进行剪切预处理。桶装废物和袋装废物预处理间设有机械通风系统、 有毒气体和可燃气气体检测报警系统、消防灭火系统等。

4)胶状固体废物及蒸馏残渣预处理。 胶状固体废物、粘性大半固体废物、污泥及蒸馏残渣预处理采用SMP 系统进行预处理。 通过SMP 系统的混合器进行混配。 在混合器中固体物料、胶状废物、粘稠废物可以和液体进行混配，使混配后物料的热值、含水率和酸碱度相对稳定。 破碎机破碎后的物料通过溜槽进入混合器内， 在混合器内与液体废物或其他不需要破碎的废物进行混合。 液体废物用计量泵送入混合器内， 其他不需要破碎的废物由抓斗吊车或铲车送入混合器的进料溜槽。混合器采用液压驱动，混合均匀的废物通过其后的固体输送泵送入回转窑焚烧处理。液—固废物的配伍原则为：根据固体和液体废物的比例、化学性质进行调配，一般为3:7，有些液体废物的热值很低，通过液—液配伍的话难以达到入炉要求，而把液体加入到高热值的固体废物中一起配伍的话，就可以使废物的热值相对均匀，黏度更加适合固体泵的输送。

2.2 固体废物配伍的安全设计

目前危险废物配伍主要采用料坑方式， 通过桥式行车抓斗翻转、混合、转运、进料等，少部分企业采用挖掘机或铲车配伍。1)配伍物料氯、氟、硫限制。按照危险废物焚烧工程建设技术规范，采用余热锅炉回收热能处理工艺，考虑耐火材料和设备的腐蚀问题，入焚烧炉的危险废物含氟、氯元素必须小于5%，因此，对于处理高含高氯、氟、硫、磷等废物必须通过混合配伍、均值，使入焚烧炉的危险废物含氟、氯、硫、磷元素单一含量不超过2%，总和不超过4%。2)配伍、混合设施的安全设计。 危险废物配伍必须遵循废物混合不会产生化学反应、燃烧、爆炸等原则(常见的不相容废物详见表1)。 危险废物配伍料坑采用液压抓斗进行混合、 配伍， 由于抓斗材质为钢铁材质，易于碰撞到混凝土结构的料坑四壁，可能产生火花，而引起火灾，因此，要求采用非铁质设备，建议液压抓斗材质采用铝合金材质。废物进入料坑时，可能产生化学反应，引起火灾。配伍料坑区域应设有泡沫消防喷淋、泡沫炮、烟感检测、红外线检测、有毒气体检测等。 如果发生火灾，由烟感检测系统，自动启动灭火装置，对料坑火灾进行扑灭。配伍料坑采用不发生火花材料铺设，并具有防腐防渗混凝土要求。

表1 常见的不相容废物

3 结束语

随着我国工业危险废物处置技术10 多年的发展以及建设营运实际经验积累， 该行业培养了大批具有丰富的技术设计、生产运行管理经验人才。自十八届三中全会提出的关于生态文明建设总体指导思想、“绿水青山就是金山银山”理念以来，在各项环保制度制定、环保督查严格管理之下，全国各省均出台了环保设施“十三五规划”。 各地涌现出大规模投资建设环保项目，大量的资本进入环保行业，特别是原来工业废物收集困难、经常亏损的工业危险废物集中焚烧处置中心项目建设更是热火朝天。 然而工业危险废物种类繁多，形态、物化性质十分复杂，具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感染性等一种或者几种危险特性，在生产运营管理中极易产生安全事故；另外，由于该阶段的危险废物我国集中焚烧项目建设为自筹资金，对工程设计单位的资质无特别要求，因而设计单位技术能力参差不齐，且相应技术规范残缺， 给危险废物焚烧行业从设计源头上带来安全隐患。笔者建议政府职能部门加快修改、补充环保产业各项污染控制标准及工程建设设计规范，制定行业的建设、设计准入制度，为环保产业健康、安全、绿色发展保驾护航。