化工危險廢物焚燒及煙氣處理工藝研究

王 祺

（大連科林能源工程技術開發有限公司，遼寧大連 116031）

1 化工危險廢物處理技術發展歷程

根據世界范圍以及我國化工危險廢物處理技術的實際發展情況來看，主要經過三個階段，即第一代焚燒處理技術、第二代熱解處理技術以及第三代等離子技術。

1.1 焚燒處理技術分析

焚燒法是一種高溫熱處理技術，即以一定量的過剩空氣與被處理的化工危險廢物在焚燒爐內進行氧化燃燒反應，化工危險廢物中的有害有毒物質在800～1 200℃的高溫下氧化、熱解而被破壞，是一種可同時實現化工危險廢物無害化、減量化、資源化的處理技術[1]。焚燒的目的是盡可能焚毀廢物，使被焚燒的物質變為無害和最大限度減容，并盡可能減少新的污染物質產生，避免造成二次污染。對于大、中型的化工危險廢物處理企業，能同時實現使化工危險廢物減量、徹底焚毀化工危險廢物中的毒性物質，以及回收利用焚燒產生的廢熱等主要目的。

化工危險廢物焚燒技術最早出現于工業革命時期的英國，世界上第一臺化工危險廢物焚燒于1876年在英國曼徹斯特建設并投入使用以來，至20世紀70年代，化工危險廢物焚燒爐技術經過近100年的創新與發展，煙氣除塵技術的進步和脫硫脫氮技術的不斷被開發應用，其性能日趨成熟，焚燒帶來的大氣污染也大幅度減少。我國最早采用化工危險廢物焚燒技術的城市是深圳市，于1985年引進日本的馬丁爐焚燒技術，此前國內化工危險廢物處理基本上都采用填埋場填埋[2]。

1.2 熱解處理技術

熱解是一種有著悠久歷史的技術，木材、泥炭以及頁巖的氣化都是熱解。根據所用化工工藝的不同，熱解氣化被稱為干餾、焦化、氣化以及熱分解等。熱解就是在隔絕空氣（氧）的情況下在一定的溫度環境里使化工危險廢物處理傳熱分解，也就是說，化工危險廢物處理根據其碳氫比例被裂解，形成氣相（熱解氣體）、液相（熱解液，主要成分是水，量很少）以及固相（固體殘留物）物質[3]。

1.3 等離子技術

等離子技術是指利用等離子炬作為氣化爐的熱源，而不是傳統的點火和熔爐。等離子炬有著能產生高強度熱源的優勢（約5 500℃），而且操作相對簡單，氣化爐內的等離子體則是一種高度電離或者充電氣體，與焚燒完全不同的等離子技術是一種氣化技術。

2 化工危險廢物處理焚燒處理技術的優勢分析

在當前我國化工危險廢物處理工作中，上述三種不同處理技術都有所應用，其中焚燒處理技術應用最為廣泛，焚燒技術因二次污染防治技術不斷升級，較佳的減量化、資源化和規模化效應，一直在爭議聲中前行，成為目前我國普遍采用的化工危險廢物處理主流技術，其技術優勢如下：

2.1 二次污染風險較低

首先，相比于傳統的填埋處理技術，焚燒處理技術能夠控制和減少二次污染，雖然會產生一定的廢氣，但是整體產生的二次污染處于較低水平，通過后續的煙氣處理技術能夠使得焚燒產生的廢氣達到排放標準。其次，焚燒處理技術的環境敏感度較低，焚燒產生的煙氣能夠集中處理，從而能夠有效保護環境。

2.2 適用性較強

化工危險廢物是廢物中最難處理的一種，因為化工危險廢物的成分較為復雜，其物理性狀比如體積、流動性、均勻性、粉碎程度、水份、熱值等差異較大，最為主要的化工危險廢物中化學物質含量較高，焚燒處理技術和設備能夠同時混合處理不同種類的化工危險廢物，基本上不會受到化工危險廢物的種類、形態等限制，相比于其他處理技術具有更強的適用性[4]。

2.3 系統運行可靠性良好

化工危險廢物成分較為復雜，在形態方面存在較大差異，比如固態化工危險廢物、液態化工危險廢物以及膠質化工危險廢物等，對處理工藝和裝備可靠性、耐腐蝕性以及對物料的適應性要求非常高。當前國內采用的焚燒技術運行效果良好，設備管道耐腐蝕性較好，實際運行時間較長，工藝設備具有良好的可靠性。

3 化工危險廢物焚燒處理工藝系統分析

3.1 預處理系統分析

化工危險廢物焚燒處理技術的預處理系統中，主要包括存儲工藝、破碎工藝以及配伍工藝。儲存工藝是指依據化工危險廢物的形態將其分為固體化工危險廢物、液態化工危險廢物以及其他形態的化工危險廢物分別存儲。固體化工危險廢物根據不同形態可以采用桶裝或散裝方式，同時根據分類將其分別輸送到不同的存儲區域；液態化工危險廢物按照不同形態分為罐車廢液和桶裝廢液，之后將其分別采用通泵和廢液泵輸送到對應區域進行存儲；在破碎工藝流程中，因為大塊固體化工危險廢物不能直接進入進料系統，所以需要對大塊化工危險廢物進行破碎處理，使其轉化為小塊化工危險廢物進入進料系統中；在配伍工藝實施過程中，主要是將化工危險廢物的熱量和水分進行控制，對于進入焚燒系統中的化工危險廢物成分進行全面控制，防止化工危險廢物帶有鹵素、氯元素以及硫元素等有毒有害成分，這些成分如果濃度過高會造成嚴重的污染，從而影響焚燒系統運行安全性和穩定性。

3.2 進料系統分析

在焚燒工藝的進料系統中，體積較大的固體化工危險廢物進行破碎處理后才能進入，經過破碎后，體積較小的化工危險廢物放置在存儲區域中，之后通過抓吊上來進入回轉窯中。針對散裝的固體化工危險廢物，需要按照尺寸和熱量值在經過初步配伍后放置在儲存區域，之后通過抓吊上料進入料斗中，在系統中液壓活塞設備的作用下進入回轉窯中；針對液態化工危險廢物，一般采用廢液物化泵和物化系統將其噴入到焚燒系統中進行處理。

3.3 焚燒系統分析

焚燒系統是化工危險廢物焚燒處理的核心階段，主要設備為焚燒爐，根據結構類型可以分為機械爐排焚燒爐、回轉窯焚燒爐、固體床焚燒爐以流化床焚燒爐等。其中應用最為廣泛的焚燒爐為回轉窯，回轉窯焚燒爐的適用性較好，且爐內氣體揣流度較高，氣固接觸性良好，在回轉窯焚燒爐中化工危險廢物可以停留較長時間。不論是固體化工危險廢物還是液體化工危險廢物，都能夠通過回轉窯焚燒爐進行高溫焚燒，在焚燒爐中化工危險廢物的焚燒溫度一般控制在1 000℃左右，需要保證回轉窯焚燒爐中化工危險廢物能夠沿著傾斜角度和旋轉方向緩慢移動，才能夠保證化工危險廢物受熱均勻，在回轉窯焚燒爐內完成干燥、熱解以及氧化反應，使得化工危險廢物中有機成分能夠得到氧化分解；回轉窯焚燒爐中產生的煙氣和殘渣，需從焚燒爐的末端進入二次燃燒室進行再次燃燒，燃燒溫度一般需要控制在1 200℃左右，并保證煙氣在二次焚燒爐中的停留時間在2s 以上，確保煙氣中沒有被充分燃燒的有毒有害物質被徹底氧化分解，從而能夠將二噁英等有毒物質消除；根據化工危險廢物的性質來看，為確保二次燃燒爐能夠平穩運行，二次燃燒爐中材料需要具有較高的耐火性和耐腐蝕性。

3.4 余熱回收系統

在焚燒處理系統中，煙氣和殘渣在二次燃燒爐內充分燃燒后，會產生大量的高溫煙氣，這些煙氣具有較高的熱量，所以具有較好的利用價值，通過余熱回收系統能夠實現對煙氣熱量的回收利用，使其轉變為蒸汽，蒸汽能夠用于供熱和發電；發電采用的蒸汽能夠再次進入回轉窯焚燒爐或二次燃燒爐中，從而提高焚燒系統整體運行效率；煙氣中的粉塵會從氣態變為固態，在重力的作用下堆積在余熱回收爐底部，通過將底部加入氨水或尿素的方式，在非催化脫硝的反應過程中能夠將煙氣的硝脫出，一般情況下脫硝率在40%左右。

4 煙氣處理工藝技術分析

化工危險廢物經過焚燒處理后，會產生大量的煙氣，煙氣需要經過處理后才能排放，所以需要采用科學的煙氣處理工藝。根據當前的實踐生產經驗來看，主要采用如下幾項煙氣處理工藝技術。

4.1 酸性煙氣凈化技術

針對化工危險廢物焚燒產生的酸性煙氣，可以采用半干脫酸塔去酸凈化技術和干式脫酸塔去酸技術兩種不同方式。半干式脫酸塔設備頂部物化噴出的堿性液體和急冷塔中排放的煙氣接觸后，能夠去除煙氣中的大量鹽酸、硫酸等酸性成分，當前該工藝脫酸率已經超過80%；但是，經過半干式脫酸塔處理后的煙氣，其中可能會含有少量的酸性氣體、二噁英以及重金屬元素等，所以需要采用氫氧化鈣以及活性炭等對煙氣進行吸附，將剩余的少量二噁英、重金屬元素等進行去除。

4.2 吸附技術

吸附技術是采用吸附劑對化工危險廢物焚燒后產生的煙氣進行吸附的方法，通過周期性地改變操作溫度和壓力，控制煙氣中有毒有害物質的吸附，使有毒有害物質能夠從煙氣中分離。吸附法根據再生方式的不同可以分為變溫吸附技術和變壓吸附技術。針對化工危險廢物燃燒產生的煙氣處理，吸附處理技術凈化效率較高，且不需要消耗額外的化學物質，吸附設備較為簡單，但是吸附容量較小，所消耗的吸附劑總量較大，總體成本投資較大，后續的回收和利用工藝較為復雜[5]。

4.3 重金屬清除技術

在部分化工危險廢物焚燒產生的廢氣中，重金屬元素會對生態環境和人類健康造成很大影響。針對化工危險廢物的重金屬及其化合物，因為在高溫焚燒狀態下會揮發出大量的有毒有害氣體，對大氣環境造成的污染較為嚴重，在經過高溫焚燒后，化工危險廢物中重金屬部分會以氣體狀態存在，會進入煙氣中，還有少量存在于殘渣中。按照重金屬遇高溫揮發的基本特點，可以采用冷凝的方式將其轉變為固體，之后通過除塵設備進行清除。

4.4 布袋除塵工藝

布袋除塵器是治理化工危險廢物焚燒煙氣中使用最為廣泛的干式集塵設備，煙氣處理效率較高，具有良好的應用效果，所以在化工危險廢物煙氣處理中具有廣泛的應用。根據布袋除塵器的基本工作原理，布袋編織物能夠對煙氣粉塵起到一定的吸附效果，從而使其飛灰離子得到去除，使煙氣能夠達到排放標準。在布袋除塵器的運行過程中，化工危險廢物焚燒所產生的煙氣粉塵會以過濾滲透的方式被過濾，煙氣粉塵中的固體顆粒物會被攔截在濾袋表面，經過脫塵處理后的清潔空氣會通過濾袋進入凈氣箱中，顆粒物之后經過其他形式被收集在灰斗中[6]。因為布袋除塵器采用纖維織物，所以能夠對煙氣粉塵起到良好的捕捉作用，使得排放的煙氣能夠達到國家規定的排放標準。通常情況下，化工危險廢物焚燒煙氣中含有的粉塵顆粒徑為1～100μm 范圍內，相比于布袋除塵器的纖維織物過濾網縫隙較小，所以采用篩分方式能夠有效捕捉大量粉塵，但是采用布袋除塵器進行煙氣處理是一項復雜的過程，主要包括攔截捕捉、慣性沉降捕捉以及擴散沉降捕捉等不同機制。在布袋除塵器的濾料選擇方面，過濾材料作為袋式除塵器的核心構件，其性能能夠直接影響過濾效果，當前常用的濾袋材料主要包括P84針刺氈及PTFE 材料等。不同濾袋材料的性能不同，適應的工作環境有所差異，需要根據化工危險廢物焚燒煙氣的實際情況，選擇最為合適的袋式除塵器濾袋材料。

4.5 高濃度氮氧化物處理技術

部分化工危險廢物焚燒煙氣中含有較高濃度氮氧化物，需要采用特殊的處理技術，當前可以選擇的處理技術包括：①催化技術。催化技術是一種常用的高濃度氮氧化物煙氣處理技術，可以分為選擇性與非選擇性良好總不同技術。選擇性催化技術是指還原劑優先與煙氣中的高濃度氮氧化物反應，一般采用氨作為還原劑主要材料，但是該技術容易造成二次污染；非選擇性催化技術是指將損耗性的金屬作為催化原材料，需要額外安裝熱回收裝置，總體成本投入較大。②熾熱碳還原技術。熾熱碳還原技術的原理是在高溫環境下將高濃度氮氧化物還原為二氧化碳以及其他成分，操作較為簡單，且不會產生二次污染。③吸收技術。吸收技術應用較為廣泛，因為能夠吸收高濃度氮氧化物的物質較多，例如水、堿液、濃硫酸等，對于高濃度氮氧化物都有著良好的吸收效果。相比于吸附技術而言，吸收技術工藝更為簡單。

5 結束語

詳細介紹了化工危險廢物處理技術的發展歷程，并對化工危險廢物焚燒處理技術的優勢進行分析，同時詳細闡述了化工危險廢物焚燒處理技術的不同系統作用和應用流程，最后對煙氣處理工藝進行全面分析，希望能夠對化工危險廢物處理行業起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提高化工危險廢物和煙氣處理技術水平。