化工危险废物焚烧及烟气处理工艺研究

2023-01-02王祺

化工设计通讯 2022年6期

关键词：回转窑焚烧炉除尘器

王祺

（大连科林能源工程技术开发有限公司，辽宁大连 116031）

1 化工危险废物处理技术发展历程

根据世界范围以及我国化工危险废物处理技术的实际发展情况来看，主要经过三个阶段，即第一代焚烧处理技术、第二代热解处理技术以及第三代等离子技术。

1.1 焚烧处理技术分析

焚烧法是一种高温热处理技术，即以一定量的过剩空气与被处理的化工危险废物在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，化工危险废物中的有害有毒物质在800～1 200℃的高温下氧化、热解而被破坏，是一种可同时实现化工危险废物无害化、减量化、资源化的处理技术[1]。焚烧的目的是尽可能焚毁废物，使被焚烧的物质变为无害和最大限度减容，并尽可能减少新的污染物质产生，避免造成二次污染。对于大、中型的化工危险废物处理企业，能同时实现使化工危险废物减量、彻底焚毁化工危险废物中的毒性物质，以及回收利用焚烧产生的废热等主要目的。

化工危险废物焚烧技术最早出现于工业革命时期的英国，世界上第一台化工危险废物焚烧于1876年在英国曼彻斯特建设并投入使用以来，至20世纪70年代，化工危险废物焚烧炉技术经过近100年的创新与发展，烟气除尘技术的进步和脱硫脱氮技术的不断被开发应用，其性能日趋成熟，焚烧带来的大气污染也大幅度减少。我国最早采用化工危险废物焚烧技术的城市是深圳市，于1985年引进日本的马丁炉焚烧技术，此前国内化工危险废物处理基本上都采用填埋场填埋[2]。

1.2 热解处理技术

热解是一种有着悠久历史的技术，木材、泥炭以及页岩的气化都是热解。根据所用化工工艺的不同，热解气化被称为干馏、焦化、气化以及热分解等。热解就是在隔绝空气（氧）的情况下在一定的温度环境里使化工危险废物处理传热分解，也就是说，化工危险废物处理根据其碳氢比例被裂解，形成气相（热解气体）、液相（热解液，主要成分是水，量很少）以及固相（固体残留物）物质[3]。

1.3 等离子技术

等离子技术是指利用等离子炬作为气化炉的热源，而不是传统的点火和熔炉。等离子炬有着能产生高强度热源的优势（约5 500℃），而且操作相对简单，气化炉内的等离子体则是一种高度电离或者充电气体，与焚烧完全不同的等离子技术是一种气化技术。

2 化工危险废物处理焚烧处理技术的优势分析

在当前我国化工危险废物处理工作中，上述三种不同处理技术都有所应用，其中焚烧处理技术应用最为广泛，焚烧技术因二次污染防治技术不断升级，较佳的减量化、资源化和规模化效应，一直在争议声中前行，成为目前我国普遍采用的化工危险废物处理主流技术，其技术优势如下：

2.1 二次污染风险较低

首先，相比于传统的填埋处理技术，焚烧处理技术能够控制和减少二次污染，虽然会产生一定的废气，但是整体产生的二次污染处于较低水平，通过后续的烟气处理技术能够使得焚烧产生的废气达到排放标准。其次，焚烧处理技术的环境敏感度较低，焚烧产生的烟气能够集中处理，从而能够有效保护环境。

2.2 适用性较强

化工危险废物是废物中最难处理的一种，因为化工危险废物的成分较为复杂，其物理性状比如体积、流动性、均匀性、粉碎程度、水份、热值等差异较大，最为主要的化工危险废物中化学物质含量较高，焚烧处理技术和设备能够同时混合处理不同种类的化工危险废物，基本上不会受到化工危险废物的种类、形态等限制，相比于其他处理技术具有更强的适用性[4]。

2.3 系统运行可靠性良好

化工危险废物成分较为复杂，在形态方面存在较大差异，比如固态化工危险废物、液态化工危险废物以及胶质化工危险废物等，对处理工艺和装备可靠性、耐腐蚀性以及对物料的适应性要求非常高。当前国内采用的焚烧技术运行效果良好，设备管道耐腐蚀性较好，实际运行时间较长，工艺设备具有良好的可靠性。

3 化工危险废物焚烧处理工艺系统分析

3.1 预处理系统分析

化工危险废物焚烧处理技术的预处理系统中，主要包括存储工艺、破碎工艺以及配伍工艺。储存工艺是指依据化工危险废物的形态将其分为固体化工危险废物、液态化工危险废物以及其他形态的化工危险废物分别存储。固体化工危险废物根据不同形态可以采用桶装或散装方式，同时根据分类将其分别输送到不同的存储区域；液态化工危险废物按照不同形态分为罐车废液和桶装废液，之后将其分别采用通泵和废液泵输送到对应区域进行存储；在破碎工艺流程中，因为大块固体化工危险废物不能直接进入进料系统，所以需要对大块化工危险废物进行破碎处理，使其转化为小块化工危险废物进入进料系统中；在配伍工艺实施过程中，主要是将化工危险废物的热量和水分进行控制，对于进入焚烧系统中的化工危险废物成分进行全面控制，防止化工危险废物带有卤素、氯元素以及硫元素等有毒有害成分，这些成分如果浓度过高会造成严重的污染，从而影响焚烧系统运行安全性和稳定性。

3.2 进料系统分析

在焚烧工艺的进料系统中，体积较大的固体化工危险废物进行破碎处理后才能进入，经过破碎后，体积较小的化工危险废物放置在存储区域中，之后通过抓吊上来进入回转窑中。针对散装的固体化工危险废物，需要按照尺寸和热量值在经过初步配伍后放置在储存区域，之后通过抓吊上料进入料斗中，在系统中液压活塞设备的作用下进入回转窑中；针对液态化工危险废物，一般采用废液物化泵和物化系统将其喷入到焚烧系统中进行处理。

3.3 焚烧系统分析

焚烧系统是化工危险废物焚烧处理的核心阶段，主要设备为焚烧炉，根据结构类型可以分为机械炉排焚烧炉、回转窑焚烧炉、固体床焚烧炉以流化床焚烧炉等。其中应用最为广泛的焚烧炉为回转窑，回转窑焚烧炉的适用性较好，且炉内气体揣流度较高，气固接触性良好，在回转窑焚烧炉中化工危险废物可以停留较长时间。不论是固体化工危险废物还是液体化工危险废物，都能够通过回转窑焚烧炉进行高温焚烧，在焚烧炉中化工危险废物的焚烧温度一般控制在1 000℃左右，需要保证回转窑焚烧炉中化工危险废物能够沿着倾斜角度和旋转方向缓慢移动，才能够保证化工危险废物受热均匀，在回转窑焚烧炉内完成干燥、热解以及氧化反应，使得化工危险废物中有机成分能够得到氧化分解；回转窑焚烧炉中产生的烟气和残渣，需从焚烧炉的末端进入二次燃烧室进行再次燃烧，燃烧温度一般需要控制在1 200℃左右，并保证烟气在二次焚烧炉中的停留时间在2s 以上，确保烟气中没有被充分燃烧的有毒有害物质被彻底氧化分解，从而能够将二噁英等有毒物质消除；根据化工危险废物的性质来看，为确保二次燃烧炉能够平稳运行，二次燃烧炉中材料需要具有较高的耐火性和耐腐蚀性。

3.4 余热回收系统

在焚烧处理系统中，烟气和残渣在二次燃烧炉内充分燃烧后，会产生大量的高温烟气，这些烟气具有较高的热量，所以具有较好的利用价值，通过余热回收系统能够实现对烟气热量的回收利用，使其转变为蒸汽，蒸汽能够用于供热和发电；发电采用的蒸汽能够再次进入回转窑焚烧炉或二次燃烧炉中，从而提高焚烧系统整体运行效率；烟气中的粉尘会从气态变为固态，在重力的作用下堆积在余热回收炉底部，通过将底部加入氨水或尿素的方式，在非催化脱硝的反应过程中能够将烟气的硝脱出，一般情况下脱硝率在40%左右。

4 烟气处理工艺技术分析

化工危险废物经过焚烧处理后，会产生大量的烟气，烟气需要经过处理后才能排放，所以需要采用科学的烟气处理工艺。根据当前的实践生产经验来看，主要采用如下几项烟气处理工艺技术。

4.1 酸性烟气净化技术

针对化工危险废物焚烧产生的酸性烟气，可以采用半干脱酸塔去酸净化技术和干式脱酸塔去酸技术两种不同方式。半干式脱酸塔设备顶部物化喷出的碱性液体和急冷塔中排放的烟气接触后，能够去除烟气中的大量盐酸、硫酸等酸性成分，当前该工艺脱酸率已经超过80%；但是，经过半干式脱酸塔处理后的烟气，其中可能会含有少量的酸性气体、二噁英以及重金属元素等，所以需要采用氢氧化钙以及活性炭等对烟气进行吸附，将剩余的少量二噁英、重金属元素等进行去除。

4.2 吸附技术

吸附技术是采用吸附剂对化工危险废物焚烧后产生的烟气进行吸附的方法，通过周期性地改变操作温度和压力，控制烟气中有毒有害物质的吸附，使有毒有害物质能够从烟气中分离。吸附法根据再生方式的不同可以分为变温吸附技术和变压吸附技术。针对化工危险废物燃烧产生的烟气处理，吸附处理技术净化效率较高，且不需要消耗额外的化学物质，吸附设备较为简单，但是吸附容量较小，所消耗的吸附剂总量较大，总体成本投资较大，后续的回收和利用工艺较为复杂[5]。

4.3 重金属清除技术

在部分化工危险废物焚烧产生的废气中，重金属元素会对生态环境和人类健康造成很大影响。针对化工危险废物的重金属及其化合物，因为在高温焚烧状态下会挥发出大量的有毒有害气体，对大气环境造成的污染较为严重，在经过高温焚烧后，化工危险废物中重金属部分会以气体状态存在，会进入烟气中，还有少量存在于残渣中。按照重金属遇高温挥发的基本特点，可以采用冷凝的方式将其转变为固体，之后通过除尘设备进行清除。

4.4 布袋除尘工艺

布袋除尘器是治理化工危险废物焚烧烟气中使用最为广泛的干式集尘设备，烟气处理效率较高，具有良好的应用效果，所以在化工危险废物烟气处理中具有广泛的应用。根据布袋除尘器的基本工作原理，布袋编织物能够对烟气粉尘起到一定的吸附效果，从而使其飞灰离子得到去除，使烟气能够达到排放标准。在布袋除尘器的运行过程中，化工危险废物焚烧所产生的烟气粉尘会以过滤渗透的方式被过滤，烟气粉尘中的固体颗粒物会被拦截在滤袋表面，经过脱尘处理后的清洁空气会通过滤袋进入净气箱中，颗粒物之后经过其他形式被收集在灰斗中[6]。因为布袋除尘器采用纤维织物，所以能够对烟气粉尘起到良好的捕捉作用，使得排放的烟气能够达到国家规定的排放标准。通常情况下，化工危险废物焚烧烟气中含有的粉尘颗粒径为1～100μm 范围内，相比于布袋除尘器的纤维织物过滤网缝隙较小，所以采用筛分方式能够有效捕捉大量粉尘，但是采用布袋除尘器进行烟气处理是一项复杂的过程，主要包括拦截捕捉、惯性沉降捕捉以及扩散沉降捕捉等不同机制。在布袋除尘器的滤料选择方面，过滤材料作为袋式除尘器的核心构件，其性能能够直接影响过滤效果，当前常用的滤袋材料主要包括P84针刺毡及PTFE 材料等。不同滤袋材料的性能不同，适应的工作环境有所差异，需要根据化工危险废物焚烧烟气的实际情况，选择最为合适的袋式除尘器滤袋材料。

4.5 高浓度氮氧化物处理技术

部分化工危险废物焚烧烟气中含有较高浓度氮氧化物，需要采用特殊的处理技术，当前可以选择的处理技术包括：①催化技术。催化技术是一种常用的高浓度氮氧化物烟气处理技术，可以分为选择性与非选择性良好总不同技术。选择性催化技术是指还原剂优先与烟气中的高浓度氮氧化物反应，一般采用氨作为还原剂主要材料，但是该技术容易造成二次污染；非选择性催化技术是指将损耗性的金属作为催化原材料，需要额外安装热回收装置，总体成本投入较大。②炽热碳还原技术。炽热碳还原技术的原理是在高温环境下将高浓度氮氧化物还原为二氧化碳以及其他成分，操作较为简单，且不会产生二次污染。③吸收技术。吸收技术应用较为广泛，因为能够吸收高浓度氮氧化物的物质较多，例如水、碱液、浓硫酸等，对于高浓度氮氧化物都有着良好的吸收效果。相比于吸附技术而言，吸收技术工艺更为简单。