危險廢物配伍及其對焚燒系統的影響

修德勇，王東博，張言

（中節能（盤錦）清潔技術發展有限公司，遼寧 盤錦 124200）

隨著我國經濟的發展與工業化水平的提高，工業固體廢物的產量也呈現出迅速增加的勢態。我國已堆積以及每年新產生的大量工業固廢給土壤和大氣帶來了不同程度的污染，由于我國危廢處理產業起步晚，目前行業還存在巨大的發展空間。在2020年政策收緊的情勢下，危廢行業將持續高速發展。截至2018年底，全國各省（區市）頒發的危險廢物經營許可證（含醫療廢物）共3 220份，利用處置能力年增長19.2%[1]，主要包括釜殘、污泥、廢酸、廢堿、礦物油、包裝物等，其中遼寧市場2020年酸性物料（釜殘、污泥等）占比顯著增長，易制爆、反應性等危險廢物囤積較多，直接配伍投料等方式對料坑安全控制難度極大，且對焚燒系統設備也有一定程度的腐蝕。因此利用各階段廢物特征，擬定配伍方案才能使其達到系統安全穩定運行。

1 危險廢物特性及燃燒機理

根據《國家危險廢物名錄》的相關規定，各類廢物均有其危險特性，分別包括毒性、腐蝕性、易燃性、反應性、感染性，處置企業無論從廢物的收集還是到處置都需進行分析、鑒別及配伍方案的擬定，所以鑒別廢物特性是保證系統安全、穩定的前提。

化工廢物組分和結構相當復雜，在燃燒過程中連續不斷地進行多級的熱分解反應才能徹底分解成低分子可燃氣體，最終轉化為燃燒反應，并釋放出燃燒熱量。其化學式可表示為：CaHbClcOdNe（其中Cl也可以是其他鹵素或硫、磷、金屬元素等）[2]。在鼓風機的作用下燃燒產生典型的燃燒產物包括CO2和H2O及一些腐蝕性或污染性的產物。

其他產物有NOx、SO3、CO等及因系統不穩而生成的二噁英，部分無機物在焚燒過程中也會發生氧化還原反應或者分解反應，如重金屬轉換成高溫下更穩定的價態（金屬氧化物、硅酸鹽等），因此多級配伍可有效提高料坑物料配比的科學合理性。

2 物料配伍

通過控制二燃室出口溫度在1 100～1 200 ℃區間內且煙氣停留時間大于等于2 s，才能使危險廢物達到無害化處理的目的，因此焚燒前物料中有毒有害指標的控制尤為重要[3]。由于市場廢物種類的制約，單一配伍的方式無法滿足生產連續穩定運行的需求，所以配伍需從廢物收集開始擬定。

2.1 多級配伍的擬定

以遼寧市場為例，危險廢物復雜多樣，處置企業依據其資質進行針對性收儲，在收集過程中需依據各產廢企業危險廢物的理化指標判斷其可處置性，在擬定配伍計劃下針對性收集可接收物料。目前廢物轉移需通過產廢單位進行申請辦理，所以廢物的轉運時間具有不確定性，為緩解因轉運不及時而導致配伍物料緊缺的問題，轉移計劃的實施必不可少，通過計劃內待轉物料特性擬定配比方案，確定可轉移廢物，以達到焚燒料坑配伍的科學合理性。

2.2 配伍方案的制定

入爐廢物配伍的目的是依據多種物料的理化指標，通過合理配比以達到焚燒系統設計要求。以盤錦公司50 t·d-1焚燒能力為參考，探究配伍控制指標及配伍方案。焚燒廢物特性如表1升水。

表1 焚燒廢物特性表

參照設計標準建立待配伍物料特性的數據庫，估算處理量，并按照加權的法則計算不同物料的配伍比例及相關控制參數，以熱值為例：

式中：Q—配伍熱值，MJ·kg-1；

Qi—待調配物料的熱值，MJ·kg-1；

Xi—待調配物料的配比量，t。

對于性質單一且滿足設計參數的危險廢物可利用其他上料方式進行直接焚燒處置。依據危險廢物的特性指標、加權方法及焚燒過程中不同的上料途徑，制定科學合理的配伍方案以滿足焚燒系統的連續穩定。

3 配伍指標對系統的影響

3.1 鹵素、硫的影響

危險廢物在焚燒過程中會產生酸性氣體（主要為SO2、HCl、HF等），無論是對焚燒系統還是對環境均有影響，設備的腐蝕起初是微觀的，隨著腐蝕的加深不僅會影響設備的壽命還有可能被迫停車。其腐蝕機理為：

Fe+SO2+H2O→FeSO3+H2↑

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

Fe+2HF→FeF2+H2↑

為減少焚燒產生的煙氣對大氣環境造成二次污染，處置企業均采用脫硫脫硝設備以滿足煙氣排放標準，因脫硫率的限制，過高的酸性氣體仍無法完全去除，所以有效控制入爐指標，才能減少因腐蝕造成的經濟損失。

3.2 熱值的影響

在燃料化學中，熱值是表示燃料質量的一種重要指標，而危險廢物組分復雜無法通過計算求得熱值，所有常采用氧彈量熱儀測量廢物的熱值。廢物熱值的高低直接影響系統運行的產量，低熱值物料焚燒不足以維持二燃室出口溫度從而需補充大量天然氣。高熱值物料焚燒不僅會使出口溫度難以控制，還會對耐火材料、布袋、設備等有不良影響，所以有效控制入爐物料的熱值才能使溫控系統的穩定。我公司廢物熱值與處理量曲線如圖1所示。

圖1 熱值與處理量曲線

當實際熱值大于設計值時，焚燒產量隨之降低，熱值增幅1.2%～2.3%，產量降低20%～30%；當實際熱值小于等于設計值時，均能滿足焚燒產量但天然氣的消耗也會隨之增多。綜合分析，配伍物料熱值維持在11.5～13.5 MJ·kg-1區間時系統相對穩定。

3.3 堿金屬及重金屬的影響

廢物中金屬元素在鼓風條件下焚燒會生成穩定的金屬氧化物、硅酸鹽或復雜的共熔物，也因元素的占比不同而在回轉窯內所呈現的熔融狀態也不同，其取決于氧化物自身的熔點，常見氧化物熔點如表2所示。

表2 常見氧化物熔點

廢物中堿金屬含量較高時，共熔物整體熔點會被拉低，廢物Si、Al、Ca等高熔點元素較多時，共熔物熔點會隨之升高[4]。以盤錦公司系統為例，運行窯尾溫度一般在1 000～1 100 ℃，若共熔物熔點的軟化溫度接近窯尾溫度，則危險廢物在焚燒過程中極易導致回轉窯結焦；共熔物的流動溫度低于窯尾溫度時，焚燒則是以熔渣的方式運行，高于窯尾溫度時則為灰渣；較高的堿金屬對窯磚也有腐蝕，含量越高腐蝕速率也相對越快；而重金屬含量過高也會直接影響填埋，所有控制入爐前物料的金屬含量才能有效緩解回轉窯的負擔。

3.4 水分、灰分的影響

料坑內配伍后物料一般采用工業分析儀進行測量水分、灰分，但由于工業危險廢物有機物的成分較多，所以料坑物料水分的指標包含部分有機相，過高的水分（含有機相）不僅對焚燒系統有一定影響，還會導致行車因物料過稀而難以抓取從而無法上料，若水分較低會使配伍物料難以攪拌均勻且灰分隨之增加，從而導致系統燃燒不穩定。圖2為我公司料坑物料灰分、水分及系統運行曲線。

圖2 料坑物料灰分、水分及系統運行曲線

由于遼寧市場物料行情的影響，配伍后指標水分、灰分不足以滿足焚燒設計要求。當水分為28%～32%、灰分為30%～35%時，較高的灰分易導致系統堵塞使得運行時間較短，但此時料坑干濕程度相對較好；當水分為35%～38%、灰分為20%～28%時，較低的灰分可加大系統運行天數，但料坑較稀從而增加了進料的難度，所以必須添加吸水性輔料。

4 結束語

在危險廢物的無害化處置過程中，科學的配伍才能確保焚燒系統安全穩定的運行。通過鑒別各類廢物的理化性質、利用焚燒系統的設計參數以及控制各項配伍指標，才能制定合理的配伍方案，以減少系統結焦和腐蝕，延長焚燒運行時長。