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危险废弃物焚烧处置预处理及烟气净化工艺设计 郑安桥 上海蓝鸟环境科技发展有限公司，上海 200333 摘要 危险废弃物因其对人类健康、 生态环境的严重危害性和破坏性而需特殊处置。以某市危险废弃物焚烧处置工程 为例， 通过对其预处理系统及烟气净化系统的组成、 工程原理、 工艺流程等的分析论证， 探讨一种危险废物焚烧处置预 处理系统及烟气净化系统工艺设计的工程原理和性能特点， 为今后在工程实际中的运用提供参考。 关键词 危险废弃物;焚烧;烟气净化;预处理;工艺设计 THE PROCESS DESIGN OF PRETREATMENT OF HAZARDOUS WASTE INCINERATION AND FLUE GAS PURIFICATION Zheng Anqiao Shanghai Bluebirdme Environment Development Co. ，Ltd，Shanghai 200333，China AbstractHazardous waste HWneeds proper treatment for its serious harm and damage to human health and ecological environment. Taking a hazardous waste disposal project in a city as the research subject on the basis of using incineration，it was explored that the principles and features of a pretreatment of hazardous waste incineration and flue gas purification through the analysis of the project principle，the system composition and the technical flow chart. Which provided a reference for its actual use in future. Keywordshazardous waste;incineration;pretreatment;flue gas purification;process design 0引言 危险废弃物 以下简称 “危险废物” 主要来源于 工业、 医药等行业产生的危害性废物。危险废物具有 毒性、 易燃性、 爆炸性、 腐蚀性、 化学反应性或传染 性 ［ 1］， 会对生态环境和人类健康构成严重危害， 需对 其特殊处置。控制危险废物对环境和人类健康的危 害， 已经成为世界各国面临的一个重大环境问题。 据统计 1998 年我国总计产生工业固体废弃物 80 068万 t， 其中危险废物 973. 6 万 t， 而危险废物的 处理量仅为 130. 8 万 t。这说明大部分的危险废物在 未经处理的情况下排放， 给环境带来的危害是十分严 重的 ［ 2］。近年来， 危险废物的处置引起了政府及社 会各界的广泛关注， 我国危险废物无害化处置设施建 设的步伐逐步加快。上海、 深圳、 沈阳、 大连、 天津、 杭 州等许多城市的危险废物处置设施正在建设中或已 经建成运行。 某市危险废物焚烧处置工程要求对危险废物进 行分类、 均值配伍后输送到焚烧炉焚烧; 要求焚烧烟 气 的 排 放 指 标 满 足EU2000 /76 /ECOFTHE EVROPEAN PARLIA-MENT AND OF THE COUNCIL 标准要求， 这对工程的预处理系统、 烟气净化系统提 出了较高的工艺技术要求。本文结合工程实例介绍 预处理系统及烟气净化系统的工艺设计。 1危险废物焚烧处置技术［ 1， 3- 6］ 1. 1工作原理 焚烧处置技术是一种高温热处置技术， 它以一定 的过剩空气与被处理的危险废物在焚烧炉内进行氧 化燃烧反应， 废物中的有毒有害物质在高温下氧化、 热解而被破坏， 进而使之分解并无害化。焚烧炉的焚 烧温度大于1 100 ℃ 。 1. 2优点 危险废物的焚烧处置技术同其他处置技术相比 有如下优点 1 能 够 较 大 程 度 的 减 少 危 险 废 物 的 体 积 和 质量。 2 能 够 去 除 有 毒、 有 害 废 弃 物 及 感 染 性 病 理 85 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 废物。 3 废物焚烧产生的热量可以回收用于生产蒸 汽， 供生产用汽或发电。 4 同其他处置方式相比， 二次污染程度低。 1. 3适应性 危险废物种类的多样性、 复杂性决定了危险废物 对其处置技术具有选择性， 不同的危险废物处置技术 对危险废物的适应性是不同的。焚烧处置技术适用 于不宜回收利用其有用组分、 具有一定热值的危险废 物。易爆危险废物不宜进行焚烧处置。 2危险废物处置预处理系统和烟气净化系统组成 危险废物焚烧处置系统一般由预处理系统、 进料 系统、 焚烧炉系统、 热能利用系统、 烟气净化系统、 残 渣处理系统、 自动控制和在线监测系统及其他辅助 系统 ［ 3］。 本文重点介绍预处理系统和烟气净化系统的设 备设置， 其他各主要系统的设备设置同现在已建成的 多数工程实例的设置类似 ［ 4- 8］。 文中暂将危险废物按其存在状态分为固态危险 废物 以下简称 “固体废物” 、 膏状体危险废物 以下 简称 “膏状废物” 、 液态危险废物 以下简称 “液体废 物” 。 2. 1危险废物预处理及暂存设备设施设置 危险废物预处理及暂存设备设施主要有 破碎 机、 抓斗起重机、 液体废物卸液槽、 液体废物输送泵、 液体废物回流泵、 真空罐、 液体废物储罐、 中和均质 槽、 膏状废物输送泵、 膏状废物储罐、 膏状废物搅拌 机、 膏状废物包装机、 固体废物贮池等。 2. 2危险废物输送设备设置 危险废物输送设备设施主要有 抓斗起重机、 搅 拌机、 包装机、 液体废物输送泵、 液体废物喷枪、 膏状 废物输送泵、 膏状废物喷枪、 提升机。 2. 3烟气净化系统 烟气净化系统主要设备设施有 急冷中和塔、 干 式吸收器、 袋式除尘器、 烟气加热器、 SCR 脱硝反应 器、 湿式吸收塔等。 3危险废物焚烧处置工艺设计 本文主要介绍预处理系统和焚烧烟气净化系统 的工艺设计， 其他各主要系统的工艺设计与现在已建 的多数工程的设计相类似 ［ 4- 5， 7- 8］。 3. 1危险废物预处理系统工艺设计 危险废物运输车运送来的危险废物进厂经称重 交接后， 根据危险废物的种类、 标示及形状进行区别 分类， 分为固体废物、 膏状废物、 液体废物， 并分别进 行破碎、 均值混和等预处理过程， 以满足工程对预处 理系统的工艺要求。 3. 1. 1固体废物预处理工艺设计 固体废物依据化验室的分析结果， 根据性状和成 分不同， 被分别送往废物储存区的各个贮池储存， 即 固体废物破碎池、 高热值固体废物贮池、 低热值固体 废物贮池内。待破碎固体废物区内储存较大尺寸的 固体废物， 通过抓斗起重机送往破碎机内， 经破碎的 废物通过溜槽滑入破碎固体废物区内; 破碎机可根据 需要设置氮气保护。根据化验分析， 利用起重机抓斗 将破碎固体废物区、 高热值固体废物贮池、 低热值固 体废物贮池内的固体废物在混和池内进行混和， 使混 和池内的固体废物的热值、 成分基本稳定后再由抓斗 起重机送到回转窑进料斗内， 从而保证了焚烧的危险 废物热值以及各种成分含量的基本稳定， 以利于稳定 的焚烧处理及烟气净化处理。 固体废物预处理工艺流程如图 1 所示。 图 1固体废物预处理工艺流程 3. 1. 2液体废物预处理工艺设计 液体废物主要有桶装、 罐车装液体废物以及泄漏 或冲洗过程中产生的被液体废物坑收集的液体废物。 卸载桶装液体废物时， 利用真空罐内的负压， 将 桶内液体废物抽入真空罐内， 当真空罐内的液位达到 一定高度时， 打开真空罐出口阀及液体废物输送泵入 口阀， 液体废物通过自流流出真空罐， 待液体废物进 入输送泵内后， 启动液体废物输送泵， 使液体废物送 入液体废物储罐内。 罐车装液体废物通过管道卸载至地下液体废物 卸液槽。当需要将液体废物卸液槽中的液体废物送 入液体废物储罐时， 打开液体废物输送泵的排气阀， 利用真空罐内的负压抽出液体废物输送泵及管道内 95 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 的空气， 使液体废物卸液槽内的液体废物提升并进入 液体废物输送泵内。当液体废物进入液体废物输送 泵内时， 立刻启动液体废物输送泵， 并关闭排气阀， 将 液体废物压送至液体废物储罐内。卸载桶装液体废 物与罐车装液体废物使用同一套真空泵、 真空罐。液 体废物坑内的收集液体废物， 由液体废物回流泵抽取 并送到液体废物储罐内储存。 液体废物预处理工艺流程如图 2 所示。 图 2液体废物预处理工艺流程 液体废物储罐将液体废物按热值的高低、 酸性、 碱性等物性分开储存， 以避免液体废物产生聚合反 应。液体废物储罐配置防爆搅拌器、 氮气瓶组及伴热 设施， 以满足工艺对防爆、 保温等的要求。 低热值液体废物焚烧前需通过配伍混匀， 调整热 值及酸碱性。液体废物的配伍混匀在中和均质槽中 进行。中和均质槽配置防爆搅拌器及伴热设施。低 热值液体废物储罐能通过管道自流至中和均质槽中， 且每个液体废物储罐的出口管道均需与中和均质槽 的进口管道相通并用阀门进行切换操作。 当需要焚烧液体废物时， 打开液体废物输送泵， 将液体废物从中和均质槽经液体废物输送泵输送至 焚烧炉内焚烧处置。高热值液体废物储罐设置有专 用液体废物输送 泵， 将液 体 废 物 直 接 送 至 二 燃 室 焚烧。 液体废物罐区设蒸汽 /水加热器以制备热水供液 体废物储罐、 中和均质罐等伴热使用， 满足工艺对液 体废物储罐的保温要求。 液体废物预处理输送管道上根据需要设置粗、 细 过滤器， 以滤除液体废物中的颗粒物， 减少对泵及管 道的磨损等危害; 过滤器的滤出物可以作为固体废物 送至固体废物储存区内， 并最终送入回转窑内进行焚 烧处置。 3. 1. 3膏状废物预处理工艺设计 卸载桶装膏状废物时， 利用真空罐内的负压， 使 桶内的膏状废物进入真空罐内， 当真空罐内的膏状废 物达到一定容积时， 打开膏状废物输送泵入口及出口 的阀门， 使膏状废物先通过自流进入膏状废物输送泵 中， 待膏状废物流入输送泵后， 启动输送泵， 将膏状废 物泵送至膏状废物储罐中。 膏状废物预处理工艺流程如图 3 所示。 图 3膏状废物预处理工艺流程 当需要焚烧膏状废物时， 需先将膏状废物进行预 处理输送， 设置了 3 种预处理输送方式 1 储罐送来的膏状废物通过膏状废物输送泵送 入混合搅拌机中， 同时添加木糠进行搅拌混和， 制成 固态形式， 通过混合搅拌机的溜槽送入到固体废物贮 池中， 再通过抓斗起重机送入回转窑进料斗。 2 设置膏状废物分装包装机， 将储罐送来的膏 状废物装入包装机进料斗， 用再生纸袋或再生纸桶进 行包装， 然后再通过提升机送入回转窑进料斗。从包 装机至回转窑进料斗的输送过程， 可自动完成。 3 将储罐中膏状废物采用膏状废物输送泵经管 道、 喷枪直接喷入回转窑焚烧。 膏状废物储罐及搅拌机设置伴热装置， 以满足膏 状废物因其黏性对预处理工艺的要求。 3. 2烟气净化系统工艺设计 危险废物焚烧炉烟气具有污染成分复杂， 粉尘特 别细小的特点， 而排放要求又最严格。为此， 采用将 烟气降温、 除尘、 脱酸、 脱硝各类技术集合成一个完整 系统的烟气净化技术， 使得烟气污染物排放指标满足 工程要求。烟气净化工艺流程如图 4 所示。 余热锅炉 烟气→ → → → 急冷中和塔干式吸收器袋式除尘器烟气加热器 SCR ↓  ← ← ← ← 脱硝反应器湿式吸收塔烟气加热器风机烟囱 图 4烟气净化工艺流程 3. 2. 1烟气急冷工艺 06 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 烟气急冷系统中的急冷中和塔是利用喷水在高 温烟气气流中的蒸发达到使烟气降温的目的， 本项目 的急冷中和塔将烟气温度由 500 ～ 600 ℃ 降到 200 ℃ 以下。烟气急冷系统工艺有如下特点 1 为使高温烟气被快速冷却， 首先要保证烟气 在冷却器中分布均匀， 特别是含尘烟气。为此， 采用 特殊的进气分配装置。 2 喷水枪设计采用耐高温、 耐磨、 耐腐蚀的高级 不锈钢制造。喷水枪用压力恒定的压缩空气雾化， 保 证在水量调节时雾化性能不变， 平均液雾滴粒径小于 40 μm。 3 根据喷枪的雾化特性、 液滴大小和足够的烟 气通过时间设计的急冷中和塔， 保证液滴的完全蒸发 和出口烟气的干燥， 喷水全部蒸发时间小于 1 s。 4 配 2 台变速水泵给喷枪供水， 由温控调节阀控 制喷水量， 精确控制出口温度。 5 将湿式吸收塔排出的废碱液用于冷却喷水。 其中所含碱液能对气体中酸性成分起中和脱酸作用。 溶液被蒸发后析出的盐粒， 与灰粒混合， 在下游除尘 器被排出。全系统无液体废物排出。 3. 2. 2烟气干法脱酸及活性炭吸附工艺 为了除去烟气中汞等金属及其蒸汽和二恶英等 有害物质， 在急冷中和塔和袋式除尘器之间的烟道上 设置活性炭粉干式喷射系统。活性炭粉经容积给料 机， 输送至特别设计的喷射吸收器。 同时， 还配置了活性消石灰 Ca OH 2 的喷射 系统， 与活性炭混合后喷入吸收器， 由于烟气湿度适 中， SO2去除效率能达到 50 ， HCl、 HF 去除效率达 70 以上。 3. 2. 3除尘工艺 焚烧炉中排出的细灰、 急冷中和塔及干式喷射吸 收器中未吸咐的尘粒和吸收产物最后一并进入袋式 除尘器。在袋式除尘器系统中， 滤袋将几乎所有的固 体颗粒滤掉， 达到净化烟气的目的。 从干式吸收器排出的烟气在灰斗上部通过进口 挡板进入滤袋。含尘烟气通过特殊设计的导流板时 被预分离， 并均匀分配进入两个滤袋室。经滤袋净化 的烟气由滤袋的出口管束排往出口烟道。滤袋的吹 扫采用离线清灰方式。压缩空气的脉冲频率、 持续时 间以及两次吹扫的时间间隔是预先设定的， 也可以根 据运行状况进行调整。 为了在启动或运行异常时保护滤袋， 设有烟气旁 路， 采用气动快速开启阀， 及时打开旁路阀门， 有效保 护滤袋。 为保证卸灰通畅， 两个灰斗壁上装有振动器和电 加热器， 防止灰在壁上粘结。旋转密封卸灰阀自动清 灰， 排至仓泵、 气力输灰系统送至灰仓。 3. 2. 4SCR 脱硝工艺 通常的烟气脱 NOx 采用 SCR 选择性催化剂脱 硝工艺 ， 依靠催化剂的作用， 加强 NH3对 NOx 的吸 收， 达到脱 NOx 的目的。本烟气净化工艺采用成熟 的 ECON-NOx 型 SCR， 其特点如下 1 利用烟气加热器， 用余热锅炉产生的蒸汽加 热 入 口 烟 气 到 催 化 剂 有 效 工 作 的 温 度 范 围 240 ～ 270 ℃ 。 2 采用非贵金属催化剂和适当布置， 在给定的 温度、 气流条件下， 取得最佳性能， 降低成本， 延长 寿命。 3 独立的氨气喷射系统由入口 NOx 浓度和排烟 的 NOx 值直接控制， 确保净化效率， 又防止过量氨逸 出。喷氨装置能保证氨均匀分布进入催化剂床。 3. 2. 5烟气湿法脱酸工艺 由于干式或半干式吸收工艺难以达到所要求的 酸性气体吸收效率， 根据多座医疗和危险废物焚烧炉 尾气净化的经验， 末级采用碱液喷淋吸收工艺， 使 SO2、 HCl、 HF 的去除率都可以达到 99 。同时， 还可 以去除烟气中残存的粉尘。 由于烟气已经被高效除尘净化， 可以采用填料床 吸收塔。填料床由高分子多孔模块堆积而成。碱液 自上而下喷淋入填料床， 烟气自下而上通过。由于极 大地增加了接触面积， 使得在较小的空间， 用较短的 停留时间， 对 烟 气 中 的 酸 性 气 体 达 到 极 高 的 吸 收 效率。 烟气经填料床净化后会携带一些微小液滴。在 吸收塔上部装有除雾器， 并有下置喷水装置清洗捕集 在除雾器的液膜。 湿式吸收塔采用 Na2CO3溶液喷淋。为提高吸 收效率， 汇集于塔底部的溶液经循环泵循环， 反复喷 淋。碱液添加量由循环液的 pH 值控制。而达到一 定浓度的循环液被排出， 经工艺水调质后喷入急冷中 和塔中冷却高温烟气， 而液体被蒸干， 没有液体废物 产生。 3. 2. 6排烟蒸汽加热器 为了保证 SCR 脱硝反应器中催化剂的良好工作 16 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期 效能， 需将除尘后的烟气由 180 ～ 200 ℃ 升温至240 ～ 260 ℃ 。采用余热锅炉产生的过热蒸汽来加热烟气。 采用加热 SCR 脱硝反应器前烟气的加热器排出 的蒸汽对湿式吸收塔排出的低温烟气进行加热， 升温 至 130 ℃ 以上， 防止低温饱和烟气在引风机、 烟囱中 凝结， 造成对设备、 烟道及烟囱的腐蚀， 同时， 防止 “ 白烟” 出现。 3. 2. 7烟气净化系统工艺特点 该工艺及设备设置相对于传统的干法、 半干法和 湿法烟气处理工艺及设备设置， 具有如下特点 1 采用双流体内部混合式喷嘴的急冷中和塔。 压缩空气雾化喷嘴的雾化压力稳定， 喷水量变化时都 能保证优良运行， 急冷中和塔的设计按照喷雾液滴在 高温烟气中的蒸 发过程 和 液 滴 粒 径 分 布， 保 证 在 1 s内完全蒸发。压缩空气雾化的调节性能好， 保 证水流量变化时雾化性能稳定。此外， 喷嘴不易磨损 和阻塞， 较其他类喷嘴运行可靠， 维护简便。配备单 元控制确保在各工况下出口烟气温度的准确控制。 2 采用干式喷射吸收， 吸收剂和活性炭混合以 干粉形式喷入， 配合袋式除尘器的除尘净化， 提高二 恶英和重金属的净化效率， 运行可靠， 便于自动控制; 而副产物为干粉， 易于处理。 3 采用脉冲滤袋式除尘， 高性能复膜滤袋和特 殊设计的烟气分配装置， 净化效率高， 滤袋寿命长。 滤袋采用脉冲喷射清灰， 提高过滤速度、 降低造价， 同 时实现高效净化。袋式除尘采用独特的袋式除尘器 的烟气分配档板设计， 使烟气均匀分配进入滤袋室， 保证高除尘效率。 4 采用湿式填充喷淋吸收塔， 不仅脱 SO2、 HCl、 HF 效率达到 99 以上， 而且全溶液状态运行， 易于 自动控制， 长期可靠。 5 将湿式吸收反应后的废碱溶液喷入急冷中和 塔， 不仅具有脱酸作用， 而且使废碱液完全干燥， 在充 分发挥湿法高效率的同时， 又实现了干态排放。 6 采用适合本系统的 SCR 工艺脱硝， 催化剂成 本较低， 同时， 采用流态化催化剂床， 适应性好， 净化 效率高。 7 主设备采用单元系统， 便于运行控制和维修; 共用压缩空气系统和副产物处理系统， 不但不影响运 行维护， 还降低了造价， 减少了占地。 8 净化装置各主要设备都能独立监控运行， 全 系统又统一监控， 确保运行控制简便、 可靠、 自动化程 度高。 4结束语 通过工艺设计过程中对危险废物进行分类储存、 输送工艺及集成了烟气降温、 除尘、 脱酸、 脱硝各类技 术的新烟气净化工艺的实际运用及专家论证说明 1 危险废物分类储存、 均值配伍工艺有利于储 存输送系统的运行安全和焚烧炉焚烧工况的稳定， 有 效的解决了危险废物因种类的多样性而造成的预处 理困难， 进入焚烧炉危险废物的热值不稳定的问题。 2 集成了烟气降温、 除尘、 脱酸、 脱硝各类技术 的新烟气净化工艺能够降低排烟中的 SO2、 HCl、 HF 及 NOx 含量， 使得相关污染物排放指标能够达到很 高的要求， 减少对大气的污染。 通过本工程及今后更多工程的实践， 逐步完善所 采用的带有对危险废物进行分类储存、 均值配伍的预 处理工艺及新的集成烟气净化工艺的危险废物焚烧 处置工艺， 使其成为一种被广泛采用、 技术可靠、 经济 合理、 环保性能优良的危险废物处置技术。 参考文献 ［1 ］ 国家环境保护总局危险废物管理培训与技术转让中心.危 险 废弃物管理与处置技术［M］ . 北京 化学工业出版社， 2003. ［2 ］ 中国环境年鉴 1999［M］ . 北京 中国环境年鉴社， 1999. ［3 ］ HJ/T176 － 2005 危险废物集中处置工程建设技术规范［S］ . ［4 ］David A Tillman. Rotary incineration systems for solid hazardous wastes［J］ . Chemical Engineering Progress， 1990 7 19- 30. ［5 ］ 李惠中， 匡胜利. 危险废物回转窑焚烧系统的工艺设计［J］ . 冶 金环境保护， 1999 5 114- 118. ［6 ］ 聂永丰. 三废处理工程技术手册［M］ . 北京 化学工业出版 社， 2000. ［7 ］ 周苗生， 汤国伟. 危险废物回转窑焚烧系统的工艺设计［J］ . 环 境污染与防治， 2001， 12 6 299- 301. ［8 ］ 朱江， 蒋旭光， 刘刚， 等. 回转窑处理危险废弃物技术探讨［J］ . 环境工程， 2004， 22 5 57- 61. 作者通信处郑安桥200333上海市真北路 988 号创邑金沙谷 10 幢上海蓝鸟环境科技发展有限公司 E- mailzhanqiao790101 163. com 2010 － 01 － 07 收稿 26 环境工程 2010 年 10 月第 28 卷第 5 期