梅勝橋 (東江環(huán)保股份有限公司華東事業(yè)部，江蘇 南京 210001)

0 引言

隨著全球工業(yè)不斷發(fā)展，危險廢物的產(chǎn)生也越來越多，據(jù)統(tǒng)計，全球每年產(chǎn)生的危險廢物達到了3.3億t，嚴重地影響著人們的健康和環(huán)境的安全。危險廢物不同于生活垃圾，是一種特殊的固體廢物，具有一定的腐蝕性、毒性、反應(yīng)性、易燃性、放射性等。危險廢物的處置方法一般有填埋法、焚燒法、固化法和化學(xué)法等，其中焚燒法由于其減量化較明顯而得到廣泛應(yīng)用[1]。危廢焚燒流程中一般使用到的配備是：回轉(zhuǎn)窯式焚燒系統(tǒng)、熱量回收系統(tǒng) (余熱鍋爐)、煙氣處理系統(tǒng)等。

進入回轉(zhuǎn)窯的原料一般為化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機廢物、有機廢水和生化淤泥等廢物，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒后，產(chǎn)生的高溫煙氣進入二燃室，在二燃室停留時間超過2 s，出口處的煙氣溫度為1 100 ℃以上，之后煙氣進入余熱鍋爐。余熱鍋爐對煙氣的熱能進行回收，使煙氣溫度降低至500～600 ℃，之后進入煙氣處理系統(tǒng)。

煙氣處理系統(tǒng)常規(guī)使用的是以“急冷塔+干法反應(yīng)塔+熟石灰/碳酸氫鈉干粉脫硫+活性炭吸附+布袋除塵器+引風機+預(yù)冷塔+吸收塔+堿洗減濕塔+煙囪”為凈化流程的煙氣凈化工藝，

在煙氣處理系統(tǒng)中，煙氣溫度由500～600 ℃逐級下降，至60 ℃左右后經(jīng)再熱至100 ℃左右排空。其中，高溫段的煙氣是指進入急冷塔之前的煙氣。對非高溫段煙氣進行的各種分析及監(jiān)測比較常規(guī)[2]，而針對高溫煙氣段的氣體及粉塵等的分析數(shù)據(jù)則幾乎未見研究。

文章以某危險廢物焚燒裝置的煙氣處理單元為例，針對高溫段煙氣進行分析與檢測。該裝置的危廢年處理1.3 萬t左右，計劃對煙氣處理工藝進行升級改造。

1 分析方法

1.1 取樣方法

煙氣取樣口位于危廢焚燒流程中的余熱鍋爐的煙氣出口和急冷塔的煙氣入口之間的管道上。通過管道上的法蘭，將取樣頭伸入煙道，取樣頭內(nèi)置過濾器，將粉塵截留在取樣頭內(nèi)。取樣頭與氣體測量系統(tǒng)連接，取樣管線外置保溫系統(tǒng)。

余熱鍋爐底部粉塵通過余熱鍋爐底部法蘭口卸出，經(jīng)冷卻后收集。

余熱鍋爐出口煙氣中粉塵的取樣口與氣體取樣口相同，粉塵取樣頭經(jīng)過管線與耐溫的抽真空系統(tǒng)連接，粉塵取樣頭不設(shè)過濾器，粉塵在抽真空系統(tǒng)前經(jīng)過濾、冷卻后收集。

1.2 煙氣分析

余熱鍋爐出口煙氣采用MGS900多組分連續(xù)氣體測量系統(tǒng) (北京杰席特科技有限公司提供) 進行在線分析。該系統(tǒng)集成了煙氣保溫采樣單元、預(yù)處理單元、傅里葉變換紅外(FT-IR)準原位氣體分析儀、氧分析儀和后處理單元，測量過程中每15 s更新一次記錄，送入DCS并實時顯示數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)的核心FT-IR分析儀由美國萬機儀器有限公司生產(chǎn)，型號Multigas2030，樣品池的工作溫度是191 ℃，具有分析包括SO3、SO2、NOx、H2O、COx、NH3、H2S 在內(nèi) 380多種氣體物質(zhì)的潛力。此外，氧分析儀由澳大利亞NOVATECH生產(chǎn)，型號ZrO-1632/1231，O2體積分數(shù)的測量范圍在0～25%。

煙氣在線分析系統(tǒng)的工作流程如圖1所示，煙氣樣氣用量在1 L/min，取樣過程為：取樣管線從煙氣管道中抽氣取樣，分析儀自帶抽氣泵。取樣管線配備過濾器和加熱保溫套，過濾器可隔絕煙氣攜帶的粉塵，加熱保溫套 (設(shè)置為180 ℃)可保證所取煙氣中的H2O以氣態(tài)形式存在。所取煙氣經(jīng)過氣體緩沖罐后進入分析儀，同時，還需配備氮氣反吹管線用于反吹分析儀和取樣管。最后，分析后的煙氣經(jīng)過堿液罐吸收后排空。

1.3 煙氣中粉塵組成的元素分析

煙道中夾帶的粉塵的元素組成采用X射線熒光法(XRF)測定，所用儀器為日本理學(xué)ZSX PrimusII型X射線熒光光譜儀。

圖1 煙氣在線分析系統(tǒng)工作流程圖

1.4 二噁英分析

取樣頭中粉塵采用同位素稀釋高分辨氣相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用法(HRGC-HRMS)對煙氣中粉塵的二噁英進行定性和定量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 煙氣組成

某一時間段內(nèi)，余熱鍋爐出口煙氣組成如表1所示。由于進入焚燒系統(tǒng)的危廢垃圾沒有固定組成，導(dǎo)致焚燒后煙氣中各組分的含量具有波動性。煙氣中含硫化合物是SO2，其含量最高值可達4 584.24 mg/m3，即使平均值也達到了2 455.45 mg/m3。而含氮化合物主要以NO的形式存在，極少量以HCN的形式存在，NO2并沒有檢出。煙氣中CO平均含量為204.99 mg/m3，也需要在下一步流程中脫除。此外，煙氣中含有少量HCl和HF。

經(jīng)過后續(xù)煙氣凈化工藝，煙氣中各種污染物被脫除，含量達到排放標準，煙氣在100 ℃左右排空。

表1 余熱鍋爐出口煙氣組成測量數(shù)據(jù)

2.2 粉塵化學(xué)組成

煙氣中粉塵的元素組成分析結(jié)果如表2所示，余熱鍋爐底部和出口處的粉塵組成相近，主要的組分都是Na2O、P2O5、SO3、CaO、ZnO。其中含量最多的是SO3，質(zhì)量分數(shù)在30%左右。值得注意的是粉塵中含有一定量的Cl元素，這意味著粉塵中可能含有二噁英。如果要在高溫段進行煙氣處理，一方面要考慮新添設(shè)備的耐溫耐腐性質(zhì)等問題，另一方面還必須關(guān)注煙氣中夾帶粉塵帶來的影響，必要時采用預(yù)處理措施將煙氣中的粉塵濃度控制在可接受的范圍內(nèi)。

表2 余熱鍋爐不同位置粉塵的主要組分及含量

2.3 粉塵中二噁英

粉塵中二噁英的含量分析結(jié)果如表3所示。粉塵按危廢算，二噁英含量為 280 ng TEQ /kg，主要以多氯帶二苯并呋喃的形式存在。

二噁英作為劇毒物質(zhì)，其排放濃度受到嚴格控制。因此對煙氣處理技術(shù)進行技術(shù)改造時，即便不具備脫除二噁英的功能，也絕對不可以引入二噁英或增加二噁英的排放，這是對技術(shù)選擇的一個基本準則。通常產(chǎn)生二噁英的前驅(qū)體有氯、多環(huán)芳烴、氧等，技術(shù)改造時就需考量這幾種前驅(qū)體是獨立存在還是同時存在，以及有無溫度等誘發(fā)二噁英的因素。

表3 余熱鍋爐中粉塵中二噁英含量

3 結(jié)語

利用已有手段對危廢焚燒的高溫段煙氣的氣相、粉塵的化學(xué)組成及粉塵中的二惡英進行了分析，獲得了高溫段煙氣的組成數(shù)據(jù)，掌握了煙氣中粉塵的化學(xué)組成及二噁英含量，這些分析結(jié)果對于焚燒裝置運行狀態(tài)監(jiān)測，以及下一步煙氣處理工藝改造具有重要的參考意義。