回转窑焚烧炉的废气污染影响分析及治理措施

2023-12-21董少军

皮革制作与环保科技 2023年22期

董少军

（厦门益家美环保科技有限公司，福建厦门 361000）

引言

固体废物经过焚烧可减重80%以上、减容90%以上，与其他处理技术比较，减量化是其最卓越的效果。根据技术规范，危险废物焚烧炉的技术指标要求危险废物的焚毁去除率应≥99.99%[1]。焚烧技术不仅可以焚毁废物中的大部分有害成分，实现废物的减量化、无害化，达到减排的目的，还能够将回收焚烧过程的余热回用于生产，从而达到节能的目的。

1 项目背景

福建省某制糖企业是一家主要从事食品添加剂生产的企业，现有产品主要有三氯蔗糖、褪黑素和硫辛酸，在生产过程中产生了废有机溶剂、精馏釜残、废机油、废活性炭，污水处理站污泥、焦糖类物质等，除了焦糖类物质外均属于危险废物。由于危险废物在产生、暂存、转运等方面均存在较大的环境风险，且危险废物的处理也需要较大的经济投入，一般固废量较大。为了满足固体废物“减量化、资源化、无害化”的处理要求，降低危险废物的环境风险和企业处理成本，提升企业的形象，该企业拟投资1 500万元建设固废焚烧炉1座，设计采用回转窑+二燃室的焚烧技术。项目设计规模为50 t/d、其中回转窑内焚烧分配10 t/d固废，15 t/d废液、二燃室内焚烧分配25 t/d废液，年产副产品饱和蒸汽（1.0 MPa（G）、550 ℃）55 440 t。

2 废气污染源分析

2.1 有组织废气

根据企业提供的资料，本次拟送入焚烧炉焚烧的固体废物主要含有碳、氢、氧元素，还有少量的氯元素。因此，拟建项目焚烧烟气主要有酸性废气（主要包括二氧化硫、氮氧化物、氯化氢）、二噁英、烟尘、非甲烷总烃等。此外，项目辅助燃料采用天然气，属于清洁能源，其燃烧废气中含有少量SO2、NOx、烟尘。

本次焚烧炉为50 t/d回转窑焚烧，焚烧的固废95%来自三氯蔗糖生产线，5%来自褪黑素和硫辛酸生产线。焚烧炉废气采取“SNCR+余热锅炉+半干式急冷+干式反应系统+布袋除尘+三级碱液喷淋+二级水洗+45m排气筒”措施。

项目企业二厂设置了一台15 t/d（625 kg/h）的回转窑焚烧炉，主要焚烧总计焚烧危险废物（19 t/a）、有机母液（310 t/a）和含焦糖类物质（3 631 t/a，占91.6%），共计3 960吨/年。二厂焚烧炉废气采取“SNCR +余热回收+急冷+脉冲布袋除尘器+四级碱液（氨水+双氧水）喷淋+一级水喷淋+一根35 m高排气筒”措施。

综上，本项目的焚烧物质、焚烧炉炉型及废气处理措施相似，因此本项目废气可以类比企业二厂焚烧炉的废气监测数据。根据类比结果，本项目各污染物排放浓度为：颗粒物为30 mg/m3、SO2为20 mg/m3、NOX为 200 mg/m3、CO为43.3 mg/m3、HCl 为18.2 m g/m3、氨为54.6 m g/m3、非甲烷总烃为13.7 mg/m3、二噁英为0.13 TEQng/m3。

2.2 无组织废气

2.2.1 焚烧车间

在正常工况下，项目焚烧车间的无组织排放源主要为车辆、人员进出焚烧车间时造成的少量废气无组织逸散。

2.2.2 配伍料坑

同时从受料坑上方抽取坑内气体并经预热后送入焚烧炉，用作焚烧炉的助燃空气，并控制恶臭气体的排放。在打开料坑投入固体废物时，恶臭为无组织排放。

3 焚烧炉废气影响预测分析

3.1 预测模型

3.1.1 预测模型选取结果及选取依据

本次大气环境影响评价的数值预测采用商业应用软件EIAProA，系由六五软件工作室开发。为如实反应本项目大气污染物对大气环境的影响，本次评价使用导则推荐的AERMOD模式预测主要污染物对环境的影响。由于本次评价基本年内风速≤0.5 m/s的持续时间小于72 h，且近20年统计的全年静风频率小于35%，根据导则不需要用CALPUFF模型进一步模拟。

3.1.2 气象数据

气象数据为厦门市2022年观测气象数据和模拟高空气象数据。

3.1.3 地形数据

地形数据采用“SRTM 90m Digital Elevation Data”，数据分辨率90 m。采用实际地形进行预测，采用AERMAP地形处理模式对地形数据进行处理，地形数据范围如下：①数据列数：682，数据行数：623。②区域四个顶点的坐标（经度，纬度）西北角（117.068 75，26.273 75），东北角（117.636 25，26.273 75），西南角（117.068 75，25.755 416 666 666 7），东南角（117.636 25，25.755 416 666 666 7）。③东西向网格间距：3（秒），南北向网格间距：3（秒）。

3.1.4 地面参数

环评预测中地面特征参数以正午反照率、BOWEN、精糙度表示；地面时间周期：按季度；地表特征参数见表1。

表1 地表特征参数

3.1.5 其他参数设置

其他参数设置：不考虑建筑物下洗；不考虑颗粒物干湿沉降和化学转化；不考虑二次污染物预测。

3.2 预测范围及预测点

3.2.1 预测范围

本项目大气评价范围为以焚烧炉烟囱基座为中心原点（0，0），边长为5 km的矩形范围，该范围覆盖了评价范围及各污染物短期浓度贡献值占标率大于10%的区域。

3.2.2 预测点

采用直角坐标网格。预测点选取敏感点，预测网格取50 m×50 m，共计21 005个点。中心点坐标：以正东向为X 轴正方向，以正北向为Y 轴正方向。①关心点：6个；②各关心点高程：模式计算时由通过地形数据自动选取；③AERMOD预测方案；④运行方式：一般方式；⑤平均时间：小时、日平均、年平均；⑥常用模式选项：预测考虑全部源速度优化。

3.3 预测情景、预测因子及评价内容

预测内容和评价内容见表2。

表2 预测内容和评价内容

3.4 预测结果分析

项目新增源排放的污染物在评价范围内预测贡献情况：PM10网格点预测最大小时、日均和年均占标率为9.74%、4.17%和1.15%；PM2.5网格点预测最大小时、日均和年均占标率为16.24%、6.25%和1.48%；SO2网格点预测最大小时、日均和年均占标率为9.78%、4.1/%和117%；NOx网格点预测最大小时、日均和年均占标率为73.26%、23.5%和1.18%；NO2网格点预测最大小时、日均和年均占标率为73.07%、23.44%和5.18%；CO网格点预测最大小时、日均和年均占标率为1.06%、0.34%和0.07%；HCl网格点预测最大小时、日均占标率为25.33%、0.34%和10.83%；NH3网格点预测最大时均占标率为24.7%；非甲烷总烃网格点预测最大小时、日均占标率为16.08%、2.75%；二噁英网格点预测最大小时、日均和年均占标率为0.01%、0和0。

综上，项目新增源排放的各污染物在评价范围内预测贡献值情况为：评价区域所有二类区敏感点时均、日均值占标率均符合≤100%的要求，年均值占标率符合≤30%的要求。

4 焚烧炉废气治理措施

4.1 有组织废气收集措施

焚烧炉废气拟采用的废气收集及处理工艺见图1。

图1 废气收集处理措施流程图

4.2 有组织废气处理措施

4.2.1 焚烧烟气全过程污染控制

4.2.1.1 炉前配伍

本项目焚烧废物来自厂区现有工程的固体废物（含一般固废和危险废物），其中焦糖类物质占比较大（约为95%），成分波动不大，焚烧固体废物前应将残液混合均匀，以使其热值、氯含量满足焚烧炉的入炉要求，有利于固体废物的充分焚烧。

4.2.1.2 “3T+E”控制

研究表明，当焚烧温度≥1 100 ℃，停留时间大于2 s时，可以分解烟气中99.99%以上的二噁英和其他有害成分[2]，并保证一定程度过量空气的供给（空气过剩系数>1.1），保证低浓度的CO，避免二噁英在还原条件下二次合成而对环境造成二次污染。

4.2.1.3 余热回收利用

二燃室产生的髙温烟气通过余热锅炉水冷降温和除去少量烟尘，回收利用烟气中的热量，可同时降温和回收能量，烟气温度降到500 ℃左右，避开二噁英物质高度合成的200～500 ℃区间。

4.2.1.4 尾气处理

本项目焚烧炉废气包括酸性废气（主要包括二氧化硫、氮氧化物、氯化氢）、二噁英、烟尘、非甲烷总烃等，项目焚烧废气采取“SNCR+半干式急冷+消石灰活性炭喷射+布袋除尘+湿法脱酸”组合措施才能有效去除。

4.2.1.5 烟气在线监控

本项目尾气通过安装烟气在线监控系统进行实时监测。当某项指标超限时，控制室产生声光报警，并启动联锁保护程序。

4.2.2 废气治理措施评述

4.2.2.1 颗粒物治理措施评述

焚烧尾气通过急冷吸收塔+高效布袋除尘器+水洗塔，可以逐步去除大颗粒、小颗粒物以及进一步去除颗粒物，其中布袋除尘器对烟尘的去除率达到99.5%以上[3]。

4.2.2.2 酸性气体（HCl、SO2等）治理措施评述

焚烧烟气中的酸性气体常用湿法、干法、半干法三种方法中的一种或组合使用。湿法洗涤通常安装于布袋除尘器后，可以避免结露，而干法和半干法工艺通常可安装于干式除尘器之前。就酸性气体净化效率而言，湿法＞半干法＞干法，详见表3。

表3 三种净化方法特点比较

本项目采用三级碱液（氨水+NaOH）喷淋+二级水喷淋组合工艺控制焚烧废气中酸性气体和氨气排放技术上是可行的。

4.2.2.3 NOX治理措施评述

综合对比主流脱硝技术，SNCR脱硝法更适用于有烟气急冷工艺的焚烧炉装置，本项目采用氨水作为脱硝剂。为了控制NOX的排放，对反应区域采用绝热方式，使烟气温度始终维持在高效SNCR反应的温度区间。另外，为了使SNCR反应充分完成，通过绝热区域直径和高度的合理设计，可以确保烟气在绝热反应区域有足够的停留时间（1 s以上）。根据相关文献可知，采用SNCR对NOX的去除率可达50%～60%[4]。

4.2.2.4 二噁英治理措施评述

本项目采用燃烧控制+急冷控制+尾气处置控制二噁英的产生与排放。据国外焚烧处理厂的实践资料表明，通过“三T”控制可分解废物中99.99%的原生二噁英；急冷控制通过喷淋水雾将废气在1 s内急冷至200 ℃以下，防止二噁英的二次合成；项目拟采用活性炭喷射高效净化吸附，确保非甲烷总烃、二噁英达标排放。

综上所述，本项目废气污染防治措施满足《排污许可证申请与合法技术规范危险废物焚烧》（HJ 1038-2019）[5]的要求。采用“SNCR+半干式急冷+消石灰活性炭喷射+布袋除尘+湿法脱酸”工艺后可以确保焚烧烟气的排放满足《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484-2020），该焚烧废气治理措施可行。

4.3 无组织废气

项目无组织排放废气主要通过以下几点进行控制：（1）固废贮存过程应保证储罐的密封性。（2）项目焚烧处置装置工作时为微负压，且采取PLC组成集散控制系统进行实时监控，当焚烧设备出现故障时应立即停止工作，并且自动启动应急系统，防止有害气体不经处理直接排放。（3）焚烧过程中产生的底渣，系统采用湿式刮渣机进行自动除灰，底渣经高温燃烧后，其中的有机质得到分解，因而无明显气味。同时，除尘器飞灰由输送装置进入密闭的灰仓收集，并定期转入灰渣周转箱，转移至危废暂存间，在此操作过程中进行适当的喷淋、覆盖，防止出现扬尘和泄漏现象。（4）氨水储罐在正常储存过程中排放的氨气很少，仅考虑装卸过程或者密封连接处跑冒滴漏逸散的少量氨气。建设单位已经制定LDAR计划，定期检查并及时维修，降低了氨水跑冒滴漏现象。（5）配伍料坑恶臭：本项目防止配伍料坑恶臭气体外溢，配伍车间保持微负压状态，废气经收集后引入焚烧炉进行焚烧处理，同时从受料坑上方抽取坑内气体并经预热后送入焚烧炉，用于焚烧炉的助燃空气，从而控制恶臭气体排放。同时，建设单位应加强管理和巡查，并进行岗前培训，规范操作，以确保焚烧炉尾气污染物能够达标排放。