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技術 | 淺談危險廢物焚燒技術原理

來源:《防護工程》 發布日期:2019/6/5 編輯:林曉慧
核心提示:淺談危險廢物焚燒技術原理

摘要:危險廢物簡稱危廢,具有腐蝕性、毒性、易燃易爆性、反應性、傳染性等特性。其特殊的危險性會對人類、動植物和環境造成重大的傷害,不同于一般廢物,危險廢物必須對其特殊處理,即危險廢物的無害化處理,尤其是以焚燒處置的技術已得到了廣泛應用。近年來國內對危險廢物危害性的重視,其焚燒技術也越來越受到廣泛的關注與重視。本文從危險廢物的焚燒技術指標、焚燒控制參數、焚燒過程以及焚燒過程污染物的形成進行描述,并對利用水泥窯協同處置危險廢物進行建議說明。


1 概述


危險廢物處置分為預處置和處置兩個環節,其中預處置是危險廢物處置行為前的處理過程,包括物理法、化學法、固化穩定化等;處置包括焚燒處置、非焚燒處置、安全填埋處置等。焚燒技術是將危廢置于焚燒爐中,在高溫和氧氣含量足夠的條件下充分氧化反應,分解或降解危險廢物的過程。經焚燒后,焚燒技術是一種同時具有減量化、無害化和資源化的處理技術,在近年來的實際工程中,得到了廣泛的應用。


2 危險廢物焚燒技術指標


危險廢物進行焚燒處置過程,常用到許多有關能量、質量、效率以及其他熱力參數,為了統一概念和定義,分別對減量比、熱灼減率、燃燒效率、煙氣有害物質排放濃度指標等基本參數進行介紹。


減量比,經過焚燒處理之后,危險廢物的殘渣及飛灰質量與初始投入焚燒爐的物質總量的百分比;熱灼減率,根據國家標準,該參數定義為殘渣在600℃±25℃ 下,經過3h 焚燒后減少的質量占原焚燒殘渣的百分數;燃燒效率,燃燒效率是指可燃危險廢物在進行焚燒過程中排放煙氣中CO的濃度與CO2之間對比關系的參數;煙氣有害物質排放濃度指標,危險廢物在經過焚燒處理后,大量煙氣排出焚燒室,其中主要成分為CO2、H2O 和NOx。雖然有害成分僅是其中的少部分成分,但是其危害性可能非常巨大,因此需要對其進行監測、分析和控制,并在凈化系統中進行凈化處理。



根據《危險廢物焚燒污染標準》規定,危廢物在焚燒過程中必須具備以下技術條件:


①焚燒爐內溫度應不低于110℃;


②煙氣在爐內停留時間大于2s;


③燃燒效率大于99.99%;


④焚毀去除率大于99.99% ;


⑤灰渣的熱灼減率小于5%;


⑥配備凈化系統;


⑦ 配備應急和警報系統、安全保護系統或裝置。


3 危險廢物焚燒控制參數


在危險廢物焚燒過程中,影響的參數很多。在選用焚燒爐形式、設計焚燒爐及其操作管理過程中,需要進行綜合分析和對比,選出主要的控制參數進行設計或使用。在眾多參數中最重要的參數有4個,即焚燒過程的溫度、焚燒反應的時間、氧化劑的配比和焚燒過程物料與氧化劑(空氣)的接觸方式。


焚燒溫度,是危險廢物在焚燒室中進行焚燒時,焚燒室中各部位溫度的平均值。在通常情況下,焚燒火焰的最高溫度可達到1500℃ 以上。對于危險廢物,焚燒區域爐溫達到850~1150℃ ,焚燒時間達到2s以上時,如果給予充足的氧氣,則絕大多數的臭氣、有毒有機物以及其他有害物質均可以被分解或除去(99.9% ) 。


接觸性能,同其他可燃物質的燃燒過程一樣,在危險廢物焚燒過程中,在空氣與焚燒處理的廢物材料有足夠時間的接觸時,才有可能進行焚燒。接觸性能的提高和改善可以通過爐內氣流分布、機械翻滾或擾動、焚燒前預先破碎以及機械爐排送料翻料和推料等方式實現。對液體或氣體危險廢物,可以采用機械預混、介質霧化、乳化等方式與輔助燃料一起混合后進行焚燒。


反應時間,在危險廢物進行焚燒過程中,由于其中尺寸大小不一的廢物的燃盡時間不同,因此需要確定一個較為合理的確保全部廢物燃燒分解的時間參數。


燃燒反應燃盡的時間與溫度、燃料顆粒程度、物理化學特性、爐排結構、送風方式及配比有關。對于具體的危險廢物,應該針對其特性進行反應時間的控制和管理。


空氣過剩系數,危險廢物焚燒過程中,一般先進行廢物焚燒,然后對煙氣進行高溫焚燒處理,其目的是徹底分解危險廢物中的有毒有害物質,使排放的煙氣的污染指標盡可能降低。由大量的實踐燃燒經驗得知,對廢氣焚燒,一般空氣過剩系數α為1.01~1.10;對廢液焚燒,空氣過剩系數為1.05~1.25,而對固體廢物及其混合物,空氣過剩系數為1.2~2.0。對某些難以焚燒的廢物,則其空氣過剩系數可以進一步增大。

4 危險廢物焚燒過程


危險廢物的焚燒過程通常需要借助于自身可燃物質或輔助燃料進行,調節適當的空氣輸入,可以在適當的高溫范圍內和時間內,實現較高的焚毀率、較低的熱灼減率,最大限度地降解或分解其中有毒有害有機物和殺死病毒病菌,同時實現較低的污染排放指標。


固體危險廢物焚燒過程,其燃燒過程一般是指其中固體可燃成分的焚燒分解和高溫氣化處理全部組成的過程,由于通常含有水分、灰分和金屬及無機物類成分,故焚燒過程中需視其組成特性進行烘干、著火及穩定燃燒等技術控制。


液體危險廢物焚燒過程,液體危險廢物一般可以分為油性、水性或混合性物質。按其特性,一般需在焚燒前進行預熱和蒸發,隨后進行焚燒,對大部分液體危險廢物而言,需要加入可燃油料或燃氣進行助燃焚燒。在焚燒過程中,燃燒的進行與加熱特性、蒸發接觸面積、氣氛以及催化劑有關。


氣體危險廢物焚燒過程,與固體和液體危險廢物相比,氣體危險廢物的焚燒處理要容易一些。但是氣體危險廢物在焚燒過程中極易發生泄漏污染、中毒和爆炸,或者因為燃燒過程中的其他因素造成二次危害。常見的危險氣體廢物的燃燒方式如下:


① 摻混氣體燃料的預混燃燒焚燒法;


②不摻混氣體燃料的焚燒法;


③ 摻混合液體燃料的混合燃燒處理法。


5 焚燒過程中污染物


在危險廢物焚燒過程,由于流動、傳熱、化學反應以及其他多方面的復雜因素的影響,焚燒結束后會有大量的污染物的煙氣產生, 其中包括灰塵、一氧化碳、氮氧化物、重金屬、酸性氣體以及有毒有機物,這些物質的產生與焚燒過程有關。


灰渣,危廢經過焚燒處理以后產生的固體物質可以分為兩類:即隨煙氣流動的灰塵和爐底排山的爐渣。


飛灰污染物,危廢經過焚燒產生大量的煙氣,含有灰塵。焚燒過程結束后,危廢中的某些重金屬也會附著于灰塵顆粒上一起飛出,其尺度一般為0.5~1000μm,飛灰中還存在一些未燃盡的廢物顆粒和燃燒過程析出的碳粒子混雜在正常飛灰中隨煙氣流動,其尺度0.1~100μm。

爐渣,是指在焚燒爐中焚燒結束以后,從爐底排出的固體殘余物質或液體參與物質。包括金屬及其氧化物、無機鹽、殘余可燃物、玻璃等物質,其中重金屬(以元素存在)是爐渣中最危險的成分。


6 水泥窯協同處置危險廢物


通過對危險廢物焚燒技術原理的介紹,同時結合現有焚燒技術,采用新型干法水泥回轉窯協同處理危廢物,其具有的處理溫度高、燃燒狀態穩定、焚燒停留時間長、能夠固化重金屬元素、有效防止大氣污染等特點,使得利用回轉窯協同處置危險廢物充分體現了廢物處置的減量化和無害化原則,而廢物中的可燃組分和其他礦物成分在水泥窯高溫煅燒分解過程中,也可部分替代水泥回轉窯的燃料和原料,實現真正意義的固廢資源化。


利用水泥窯協同處置固體廢棄物相較于安全填埋、專業焚燒爐等方式具有不可比擬的優勢,或許也是當前水泥行業和廢物處置行業的最佳選擇。


來源:《防護工程》


作者:王江濤


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