危险废物综合焚烧技术的应用探讨

蒋太波

（成都环服科技有限责任公司，四川 成都 610213）

危险废物焚烧是指通过焚化燃烧使含有机物、热值高的危险废物分解的过程。 焚烧法处理危险废物能同时实现无害化、减量化及资源化，被认为是最有效处理危险废物的方法。 焚烧法在欧美发达国家已经得到广泛的应用， 也是我国危险废物集中处置主要采用的方法[1]。

1 焚烧技术介绍

1.1 技术类别

根据焚烧残渣熔融与否， 目前焚烧技术可以分为熔渣焚烧和灰渣焚烧两种。 两种技术的焚烧特性和适应性不一样，与废物的种类、性质等因素有关。

1.2 常见炉型

随着焚烧技术的发展，焚烧设备种类越来越多，炉型结构也越来越完善。 主要炉型有回转窑、 炉排炉、流化床及废液焚烧炉等。炉型选择需考虑危险废物的种类、形态、性质和燃烧过程等因素。

危险废物集中焚烧模式要求其焚烧炉对所处理废物的种类、形态必须有普遍的适用性和灵活性，才能保证燃烧效率和质量。 回转窑焚烧炉的物料普适性强，运行维护简便，在焚烧组织和三废排放方面具有明显优势。 因此回转窑是危险废物焚烧的最佳炉型选择之一。

1.3 回转窑焚烧机理

根据焚烧助燃空气和废物的相对流动方向，回转窑可分为顺流式和逆流式两种。顺流式、逆流式回转窑焚烧炉的基本原理如图1所示。由于逆流式回转窑需要配套复杂的进料及排渣系统， 烟气相对流速较快，烟气中夹带未燃烬物质较多，增加了回转窑焚烧温度、停留时间的控制难度，因此国内主要采用顺流式回转窑焚烧技术。

图1 顺流式、逆流式回转窑焚烧炉原理示意图

顺流式回转窑焚烧主要包括干燥、热解、气化、燃烧等传热、传质过程。

废物进入回转窑内受热干燥， 利用窑内烟气辐射热和窑内耐火材料传导热使废物中水分汽化。 废物含水率越高，相应地干燥过程也就越长，窑内干燥段相应变长[2]。

热解是利用废物中有机物质的热不稳定性等热性能的差异而进行的吸热分解过程。

气化是在800～1 000 ℃条件下，空气和蒸汽转化固体馏分中的固体碳，产生CO、H2的过程。

经过干燥、热解、气化后，会产生许多不同种类的气态及固态可燃物，这些物质与空气混合燃烧。因此，危险废物焚烧是气相燃烧和非均相燃烧的混合过程，比气态废物及液态废物的燃烧过程更为复杂。

回转窑燃烧效率往往直接与废物中的碳氢化合物从固体形态解吸变成蒸汽形态并随之被破坏的过程有密切的关系[3]。

回转窑焚烧过程中，热解、气化、焚烧这几个独立过程往往重叠同时进行并相互影响， 只能在有限的范围内从空间和时间上来区分这些阶段， 可以在焚烧炉内采取一些技术措施，如焚烧炉（炉型、工艺）设计、气流分布、工艺控制等来调整这些过程[4]。

2 集中焚烧技术方案

2.1 技术路线

一套完整的危险废物焚烧装置包括预处理进料、焚烧炉、余热回收、烟气净化等主要设备。

根据危险废物焚烧污染控制标准和大气污染物排放要求，经综合分析，“预处理进料→回转窑→二燃室→余热锅炉（含SNCR）→急冷→干法脱酸→布袋除尘→湿法脱酸→湿电除雾→GGH烟气换热→SGH蒸汽加热→SCR→排放” 的技术路线可满足建设高标准危险废物焚烧示范性项目要求。

2.2 预处理进料

根据废物种类、形态、腐蚀性、粘度、成分、热值、氟氯硫、重金属等特性进行搭配，结合运输计划、核准及接收、预处理工艺、配伍计算和进料方式等因素，进行分类、分选分拣、破碎、混合、中和、调配等工作，以确保进炉废物的性质和各项指标都在焚烧设计范围内，保证废物中的污染因子及含量相对稳定，从而保障焚烧系统安全、高效运行，保证焚烧残渣和烟气排放达标。

（1）可燃废液罐区

合理规划和设计罐区方案，用于废液卸车、预处理、贮存、输送入炉，需考虑焚烧工厂后续运行，预留发展用地。

针对槽车盛装的废液，可以在罐区直接分类、混合，槽车卸料至指定储罐，均化废液的热值、pH值、氟氯硫、粘度，实施均量控制。 一些不能直接混合的小规格桶装废液、特殊废液，根据废液特性进行分类、分选、中和、分离、相容性实验、多级调质调配等预处理，再实施进罐区混合均化，或独立泵送进炉焚烧。

（2）固态/半固态废物预处理进料系统

固态/半固态进料作为主要进料方式和最重要的进料装置， 需配置完善的工艺设备， 主要通过抓斗+溜槽+推料的方式实现破碎、混合均化及进料。

有毒恶臭、低闪点、剧毒、粘稠的废物，采取分类、分拣、分装、二次包装等措施，通过提升机和侧门进料装置，实现独立进料。

（3）气态废物进料系统

气态废物大多数情况下由特定包装物盛装，回转窑采取组合式燃烧器， 废气通过组合式燃烧器喷入窑内焚烧，包装残余尾气用氮气置换并入炉焚烧。中央控制室可以根据废气的性质、 回转窑运行工况及参数来控制通入废气的压力和流量[5]。

2.3 焚烧炉

回转窑和二燃室是焚烧主要设备， 回转窑和二燃室严格采用“3T+1E”焚烧技术，通过焚烧温度、时间、烟气扰动及氧含量的有效控制，保证废物完全燃烧，二恶英彻底分解，降低NOx的产生。

回转窑和二燃室设置有低氮燃烧器， 可燃废液和辅助燃料进料采用标准化阀组控制， 实现焚烧温度的有效控制。

回转窑转速采用变频电机控制， 可有效控制固态废物在回转窑内焚烧的停留时间。

回转窑、 二燃室分别采取窑头罩布风、 环形布风，可实现气流有效扰动。

采用变频风机控制供风量， 保证焚烧过剩空气系数在1.4～1.9之间，二燃室出口干烟气氧含量在6%～10%。

2.4 余热回收

二燃室出口的高温烟气进入余热锅炉进行热能回收， 高温烟气经膜式水冷壁辐射换热后将水转化为饱和蒸汽，供焚烧及其他用户使用。

SNCR选择性非催化还原脱硝系统包括尿素溶液配制、 储存及喷射装置。 尿素喷射采用双流体喷枪，炉膛内900～1 050 ℃烟气与10%尿素溶液充分反应，降低NOx含量。

2.5 烟气净化

（1）急冷工艺

为了避免烟气在200～500 ℃时二恶英“再合成”，故采用烟气“急冷”降温技术。 在急冷塔内，烟气与雾化喷淋水顺流接触， 双流体雾化确保水雾化粒径保持在30～40 μm，水瞬间汽化，烟气温度在1 s内降至200 ℃。

（2）干法脱酸工艺

消石灰、 活性炭以干粉形式通过气力喷射进入文氏反应器内，烟气中的酸性气体（HCl、HF、SO2）与消石灰发生中和反应。 喷入活性炭吸附烟气中的二恶英和重金属。

（3）布袋除尘工艺

采用布袋过滤技术，实现烟气除尘功能。在布袋除尘器内， 烟气继续与布袋表面截留的消石灰和活性炭反应。

（4）湿法脱酸工艺

烟气进入湿法洗涤塔，与塔内喷淋的NaOH溶液逆流接触反应，实现SO2、HCl的进一步去除。 湿法脱酸效率高，HCl、SO2去除效率可达95%。

（5）SCR脱硝工艺

SCR系统包括湿式静电除雾、GGH、SGH和SCR等主要设备。湿式静电除雾器可去除烟气中的酸雾，避免SCR催化剂中毒失活；也具有一定的除尘能力，协同布袋除尘器可以实现超低排放。 湿电除雾器出口烟气经GGH换热器， 与SCR出口净烟气进行换热升温至130 ℃，净烟气降至140 ℃，经引风机、烟囱后排放。 GGH出口130 ℃烟气经SGH换热器，经300 ℃过热蒸汽加热升温至200 ℃以上，满足SCR催化反应温度要求。 在SCR反应器内，NOx与氨气进行催化还原反应， 实现NOx进一步去除，SCR出口烟气返回GGH换热器。NOx的净化是最困难且费用最昂贵的技术， 这是由于NO的惰性和难溶于水的性质决定的，因此应尽量通过控制NOx的生成来达到排放标准[6]。

3 集中焚烧存在的主要问题及处理对策

3.1 主要问题

据统计，2018年我国危险废物焚烧处置核准资质量382万t/a， 实际焚烧处置181万t， 产能利用率47.4%，焚烧产能整体利用率有待提升。

（1）预处理水平不高

目前焚烧预处理存在不完善、不合理的情况，有些仍停留在简单破碎、混合的生产层面，未与市场收集、技术形成整体合力。

（2）进料系统可靠性不足

进料系统涵盖的设备种类和数量较多，需根据废物种类、形态、性质、固液比例进行定制、选型和设计。受项目建设时废物市场调研、 建设期废物市场变化、技术方案、工艺设计、运行技术等因素影响，进料工艺和设备的适应性差，存在局限性，影响进料效率。

（3）焚烧炉存在设计缺陷

焚烧炉受建设时废物市场调研、 建设期废物市场变化、工程和运营经验、运行技术等因素影响，通常存在回转窑和二燃室的热负荷偏小、 回转窑尺寸不合理、 回转窑转速偏小、 二燃室尺寸不合理等问题，从而造成焚烧能力达不到设计值，残渣热酌减率超标、设备结焦等问题。

（4）系统配套性差

焚烧是气固非均相燃烧化学反应， 清灰输灰设备和烟道的选型、 计算设计对焚烧效率有十分重要的影响。 烟道积灰堵塞、锅炉炉膛积灰、急冷塔内壁和底部积灰、布袋除尘器灰斗积灰板结等，都会造成焚烧非计划被迫停车。

（5）污染物控制不达标

由于废物来源广、种类多、成分复杂且变化大，焚烧常常出现一些排放异常的现象， 存在残渣热酌减率、烟气CO、颗粒物、HCl、SO2、二恶英等指标超出污染控制限值的现象。

3.2 对策

3.2.1 健全系统性预处理工作

焚烧类废物的来源广、种类多、包装方式多、成分复杂、特性复杂，预处理是一个兼具经营性、管理性、技术性、实操性为一体的系统性工程。

通过做好预处理在调研策划、建设实施、处理运营等不同阶段的重点工作， 做好焚烧运营的废物调查、收集、转移、前处理、输送等环节的重点工作，理顺市场收集、预处理、焚烧三者相互依赖、相互制约的运行关系，优化预处理流程，提高市场技术水平，细化各环节核准，完善工艺和设备，加强技术培训和研发，方可高效开展预处理工作提高焚烧效率。

3.2.2 改进进料工艺及设备

（1）优化可燃废液罐区工艺

考虑罐区的储存缓冲、输送能力、过滤、调制和混合均化等影响因素，采取下列措施，以提高系统的适应性、可靠性。

①进料能力，按总处理能力50%进行计算设计，考虑废液粘度变化和混合需要， 设计合理的储罐数量、有效容积、罐体结构、搅拌方式、搅拌转速和伴热结构；②泵的选型，考虑废液具有粘度高、杂质多、杂质特性变化大的特点，考虑废液的包装方式、工艺流程、进炉流量和管道压损，合理设计泵类型、扬程和流量；③过滤器选型，考虑废液杂质特性和含量的波动性，合理选择过滤器的类型、尺寸、目数及滤网清理周期，合理设计泵及过滤器的安装位置；④小包装废液调制，考虑采取组合工艺、多级调和混配技术，实现从小包装到大包装的物理化学、 稳定化均化处理；⑤工艺流程，采取泵出口小回流和工艺大回流，考虑废液流量和管道流速，合理放大管径，避免管道堵塞。

（2）完善固态及半固态废物的进料工艺和设备

根据固废的形态和特性，完善进料方式和工艺。①散装废物可增加螺旋进料提高进料的连续性和稳定性，图2为某焚烧装置的散装废物预处理进料设备的布置图，废物经破碎、双无轴螺旋和单无轴螺旋输送进回转窑焚烧；②易燃、有毒有害、气味大的固废、流动性差污泥状固废、浆状精馏残渣等，可以增加破碎－混合-泵送一体化设备（SMP）；③优化“抓斗行车+板式给料机+溜槽+推料机”的固态进料技术。

图2 焚烧装置散装废物预处理进料系统布置示意图

3.2.3 优化回转窑焚烧炉工艺设计

针对回转窑和二燃室的影响因素和设计要点，重点做好废物热值、热负荷、烟气量等计算设计，采取下列措施，增强焚烧炉的普适性及稳定可靠性。

①固废数量，按总能力的80%考虑，设计合理的长径比，满足固体废物占比大的运行工况下的焚烧停留时间要求；②废物热值和焚烧热负荷，考虑废物平均热值、固液比例、高热值废液数量，结合工程和运行经验，科学优化热工计算设计；③烟气量，考虑废物元素组成、空气过剩系数、废物粒径，合理设计烟气量、烟气流速；④回转窑转速，考虑挥发份含量高、固定碳含量高的两种不同废物处理工况， 优化设计转速，满足焚烧停留时间要求；⑤二燃室有效容积，考虑烟气2 s的停留时间要求、烟气流速，合理设计二燃室直筒段尺寸；⑥回转窑燃烧器功率，合理计算设计，满足开停车期间的焚烧温度要求；⑦供风设计，二燃室直筒底部采用喉管结构， 喉管上面布置环形风，燃烧器采取对称切向布置，增强紊流燃烧效果。

3.2.4 环保超标的解决办法

（1）残渣热酌减率不合格，主要是由于预处理效果差、物料特性变化大，引起回转窑运行工艺参数不稳定，导致运行工况恶化。

首先，优化废物预处理，提高物料流和废物焚烧特性的稳定性。 其次加强工艺调控，采取紧密观察、实时调整的措施，提高工艺参数的稳定可靠性。

（2）CO超标，主要是由于固废特性变化、固废进料速率不稳定、设备工艺缺陷造成的。做好预处理、运行工艺调控等技防措施， 可以有效改善CO排放数值和超标频次；排查回转窑驱动系统、进料计量装置、二燃室燃烧器的技术隐患，通过技改消除设备隐患。

（3）颗粒物超标，主要是由于除尘器过滤面积偏小、焚烧工况不佳引起的。首先，校核除尘过滤面积是否合理，核算除尘器入口烟气量，再核算过滤风速是否小于0.5 m/min；其次，检查除尘器运行工况参数，温差及压降的变化，判断伴热及清灰正常与否；第三，按前述焚烧炉高效技术方案，优化调整焚烧参数。

（4）酸性气体超标，主要是由于废物氯硫含量高、 废物预处理均化不稳定、 脱酸工艺不合理引起的。 首先，做好废物调查、签约、转移等过程核准，控制氯硫总含量；其次，重点做好固体预处理均化工作，实现实时进料氯硫含量稳定；第三，复核脱酸技术方案，重点校核脱酸能力、干法和湿法的工艺、设备及控制方案，并进行消缺改造。

（5）二恶英超标，焚烧二恶英控制技术主要包括源头控制[7]、焚烧控制、低温再合成控制及活性炭吸附控制技术。

源头控制需要做好市场签约、废物收集、转移等环节核准工作，将高氯有机废物数量控制在合理范围内，通过预处理提高进炉有机氯均匀性，降低二恶英生成的几率。

焚烧、低温再合成、活性炭吸附控制，主要依靠焚烧炉、急冷塔、活性炭喷射等技术装备，焚烧炉技术方案已做研究，此处不再重复。

急冷技术关键在于喷枪布置位置、喷淋角度、喷枪雾化粒径。喷枪均匀布置在急冷塔直筒顶部，雾化水覆盖急冷塔整个圆截面，30 μm雾化粒径，才能实现烟气温度在1 s内降到200 ℃， 避开二恶英再合成温度区间[8]；活性炭喷射宜采用带失重式计量功能的正压输送系统， 活性炭宜采用适合焚烧烟气净化使用的种类和型号。

3.2.5 系统堵塞的预防措施

针对烟道、 清灰和输灰设备， 适合采取以下措施，提高系统的可靠性。

①烟道，根据烟气量和流速，合理放大烟道管径，采用大直径弯头设计，延长烟道积灰堵塞周期；②余热锅炉采用激波清灰， 避免机械振打造成膜式壁水管受到机械损伤；③余热锅炉、急冷塔、布袋除尘器除灰设备宜采用刮板输灰机，提高输灰的可靠性；④优化设备布置和设备烟气接口设计，缩短设备连接烟道的长度，优化设备和烟道的清灰口布置，提高清灰效率，延长堵塞周期。

4 结论

我国危险废物集中焚烧是一门跨学科、跨行业的集成技术，通过策划、设计、运行的合理统筹，通过市场、技术、生产三位一体的精细化管理，才能有效提升焚烧整体技术水平，实现危险废物高效、规范处理。