危废焚烧配伍模型的构建研究

文_汤立 西安航天源动力工程有限公司

危险废物具体是指具有易燃性、感染性、腐蚀性、反应性、毒性等危险特征的废物，与生活垃圾相比，其对生态和环境的危害性更大。危险废物不当处置，不仅会危险人体健康，而且也会对大气、水体等造成污染。危废配伍是危险废物焚烧前的主要操作过程中，根据焚烧废物的水分、重金属含量、热值等理化性质，实现危险废物燃烧特性的融合，进而维持焚烧系统的稳定运行。

1 危险废物焚烧配伍模型建立

1.1 替代燃料模型

假设水泥窑协同配置中有n种代替燃料的废物，其中危险废物含水率（%）表示为Wi，热值（MJ/kg）表示为Hi，F元素（%）表示为Fi，Cl元素（%）表示为Cli，S元素（%）表示为Si，重金属Hg（ppm）表示为Hgi，Tl+Cd+Pd+15As（ppm）表示为Zi，根据以上参数构建矩阵A。

利用该约束条件，能够进一步加快危废焚烧配伍方案的判断，节省制定方案的时间。同时，在确定质量控制值得情况下，也可以利用该约束条件确定水泥窑危废处置能力和新增废物处置能力。

1.2 替代原料模型

替代燃料与替代原料之间的差别在于替代原料为水泥生产所需生料，而替代燃料可以为焚烧炉提供热量。通常情况下，替代原料危废三灼烧基中含量不低于80%。由于替代原料中危废有害成分F、Cl、Hg等会影响水泥质量，因此在替代原料配伍时需要对其约束。例如，令矩阵A向量其中CASF为含量总和，可将式（3）改写为对危废成分约束。

2 危废配伍模型应用

2.1 替代原料

水泥替代原料应当在化学组分方面与水泥生产生料相似，同时符合水泥生产相关标准。例如，水泥窑危废处理过程中，参考国标替代原料等灼烧基含量总和不小于80%，本文选择黄水渣、有机污泥、含油污泥、工业污泥、废水处理污泥等危废替代原料热值较低，可以作为水泥生产替代原料。对以上危废生料和灼烧基进行XRF测试，测试结果如表1所示。

表1 危险废物替代原料指标

从表1中可以看出，以上危废中，含油污泥、废水处理污泥灼烧基CSAF接近或达到80%，因此判断在不对以上废物进行时，以上废物除含油污泥、废水处理污泥外，其余废物均不能满足水泥替代原料配置要求。为使以上危废满足入窑条件，可以在以上危废中添加氧化钙或生石灰，在降低危废含水率的同时，提高其氧化钙含量，以此来满足危废系统处置要求。

2.2 替代燃料

水泥煅烧时，燃料主要用于为煅烧作业提供热量。理论上，只要具备热值的危废均可以作为替代燃料，但是在实际工作中，选择替代燃料时需要考虑废物有害物质含量，确保危废燃烧时产生的有害物质含量满足水泥生产要求和国家标准要求，因此在代替燃料焚烧配伍时，需要考虑危废的水分、热值、元素含量、重金属含量等，如果废物各项指标均满足质量控制标准，则可以作为水泥替代燃料。通常情况下，水泥窑在危险废物处理方面，将热值较高的危险废物作为替代燃料使用，将热值较低的危险废物作为替代原料使用。而单纯的将染指较高的危险废物作为替代燃料使用会造成焚烧炉温度无法控制，甚至燃料焚烧产生的有害物质也会对环境和生态造成污染。以水泥煅烧作业常用供热代替燃料白色废滤芯、黑色废滤芯和无尘纸为例，其各项指标如表2所示。将危废各项指标代入代替燃料焚烧配伍矩阵模型中，计算结果如表3所示。从表3中可以看出，以上三种替代燃料配伍方案约束组分均符合质量控制标准，由此表明该替代燃料配伍方案具有可行性。

表2 替代燃料指标

表3 替代燃料配伍核算结果

2.3 效益分析

2.3.1 经济效益

替代燃料和替代原料在水泥窑生产中的使用，不仅可以减少水泥生产时CO2的排放，而且也有利于降低生产成本。水泥煅烧为高能耗过程，每吨水泥煅烧消耗能量约束3.3GJ，燃料成本为59元/t左右，而采用廉价燃料替代传统燃料则有利于降低生产成本。

2.3.2 环境效益

施工动物遗骸、生活垃圾、农业生物质燃料燃烧产生的CO2浓度较低，可以降低温室气体排放，而废弃轮胎、废油、塑料等非生物质材料燃烧产生的CO2虽然高于生物质燃料，但是与传统燃料相比，其CO2排放量较少，将生物质、非生物质等燃料代替传统燃料，可以进一步减少污染气体排放。

3 结语

综上所述，在借鉴国内外研究和参考国家标准的基础上，建立了符合水泥窑颞部管理的危废焚烧配伍模型，选取三种不同危废燃料代替传统燃料，并利用该模型对危废焚烧配伍方案进行了检验。检验结果表明，以上三种代替燃料含水率为17.20%、热值为16.57MJ/kg，F元素含量为0.12%，Cl元素含量为0.13%，S元素含量为1.24%，Hg含量为0.117ppm，重金属含量为52.96ppm，以上指标均满足水泥窑质量控制标准。