周清

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

危險(xiǎn)廢物是指被列入國家危險(xiǎn)廢物名錄或者具有腐蝕性、易燃性、反應(yīng)性、毒性以及感染性中一種或多種危險(xiǎn)性質(zhì)固、液類廢物。危險(xiǎn)廢物來源廣泛。國家發(fā)改委、公安部、交通運(yùn)輸部和國家衛(wèi)健委共同修訂發(fā)布了《國家危險(xiǎn)廢物名錄》(2021年版)，將危廢分類調(diào)整為46類，列入467種危險(xiǎn)廢物，涉及化工、醫(yī)療、金屬冶煉等多種行業(yè)[1]。隨著國民經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展與工業(yè)化程度提高，危廢產(chǎn)量逐年增長。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年我國危險(xiǎn)廢物總量已達(dá)69 368.9 kt。

相較一般性廢物，危險(xiǎn)廢物危害性更為嚴(yán)重，所以對(duì)其處理處置技術(shù)的要求也更高。焚燒工藝憑借著減容減量效果明顯、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為危險(xiǎn)廢物處理處置技術(shù)中重要且應(yīng)用廣泛的方式之一[2-3]。危險(xiǎn)廢物經(jīng)過焚燒后產(chǎn)生的煙氣含有多種組分，例如粉塵、CO，以及SO2、NOx等酸性氣體組分。其中，NOx與SO2是造成大氣污染和產(chǎn)生酸雨的主要原因。此類酸性氣體還會(huì)對(duì)廠區(qū)設(shè)備、管道、管廊產(chǎn)生腐蝕，不僅僅影響美觀，而且造成安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣脫酸處理在煙氣處理處置中占有重要地位?；诖?，本文擬對(duì)常用的危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣脫酸處理工藝技術(shù)進(jìn)行探討，以期為危廢焚燒煙氣脫酸處理項(xiàng)目提供技術(shù)參考。

1 危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣的特點(diǎn)

危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣組成成分及其體積分?jǐn)?shù)受廢物成分配比、燃燒系統(tǒng)配置、燃燒條件、煙氣處理工藝等多種因素綜合影響。焚燒煙氣性質(zhì)主要包括以下特點(diǎn)：1）煙塵顆粒細(xì)微、密度較小，吸濕性較強(qiáng)；2）煙氣中有害物組分比較多，治理難度相對(duì)較大；3）煙氣濕度高、吸濕性強(qiáng)、露點(diǎn)較高；4）煙溫范圍較大，煙溫控制要求嚴(yán)格；5）酸性氣體組分多且含量高，對(duì)于生態(tài)環(huán)境與人體健康都存在重大影響。

2 酸性氣體特征及排放限值要求

2.1 焚燒煙氣中酸性氣體成分特征

煙氣中酸性氣體可歸納為氮氧化物（NOx）、硫氧化 物（主 要 為SO2、SO3）、鹵化氫（主要為HCl、HF、HBr）以及磷酸等。煙氣脫酸處理工藝主要針對(duì)HCl、SOx和NOx類。

1）HCl氣體源于廢物中含Cl元素的成分燃燒生成，以有機(jī)氯化物（以聚氯乙烯為代表）及無機(jī)氯化物（以KCl為代表）為主，可源于橡膠、含氯農(nóng)藥殘留、塑料、餐廚垃圾、鈉鹽、鉀鹽等。通常而言，煙氣中HCl氣體的含量可高達(dá)SOx含量的10倍[5]，因此HCl是焚燒煙氣酸性成分中最為主要的成分。

2）煙氣中SOx中絕大部分為SO2形式，硫氧化物源于廢物中硫化物的燃燒，轉(zhuǎn)化率接近100%。SOx是酸雨形成的主要原因之一。酸雨能夠引起植被破壞、水質(zhì)影響、土壤退化、農(nóng)產(chǎn)減量以及物種死亡等。

3）氮氧化物類型非常繁多，例如NO、NO2、N2O、N2O4、N2O5等。當(dāng)危險(xiǎn)廢物中含有N元素的成分經(jīng)過高溫燃燒后發(fā)生氧化分解反應(yīng)產(chǎn)生NO和NO2。一般而言，NO體積比可以占到煙氣中NOx總量的95%。NOx是造成大氣污染的主要污染物，是形成酸雨、光化學(xué)煙霧的重要?dú)怏w。當(dāng)其進(jìn)入大氣平流層時(shí)，對(duì)臭氧層會(huì)產(chǎn)生破壞作用。在污染嚴(yán)重的許多地區(qū)，植物也受到不同程度的損害，另外，NO還能夠與血紅蛋白結(jié)合降低血液輸氧能力，接觸較高濃度氣體時(shí)會(huì)危及人體健康。另外，NOx的次級(jí)產(chǎn)物硝酸、硝酸鹽會(huì)引起材料腐蝕。

2.2 酸性氣體排放標(biāo)準(zhǔn)

國家環(huán)境保護(hù)總局在1999年12月3日首次發(fā)布《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GWKB 2—1999），并于2001年修訂為《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2001），實(shí)施適用至今。依據(jù)該國家標(biāo)準(zhǔn)，危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣須執(zhí)行大氣污染物排放限值，見表1。

表1 大氣酸性污染物排放限值1） mg/m3

3 煙氣脫酸工藝

煙氣脫酸工藝根據(jù)上述酸性氣體成分特點(diǎn)及形成機(jī)理，通過控制煙氣中酸性氣體的含量達(dá)到脫酸的目的。一般而言，在處理煙氣中酸性氣體時(shí)普遍采用堿性介質(zhì)吸收的方法。工業(yè)上堿性介質(zhì)多選擇為氫氧化鈉、石灰乳、碳酸氫鈉等，脫酸工藝可由此分為干法、半干法、濕法、SNCR等。

3.1 干法脫酸

干法脫酸工藝一般設(shè)置在煙道（多為文丘里管形式）中，往煙道內(nèi)噴入碳酸氫鈉或者熟石灰粉末，使其與煙氣充分混合均勻，發(fā)生中和反應(yīng)，去除酸性氣體。

干法脫酸工藝只需噴入干態(tài)吸收劑，裝置簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低，無廢液生成。國內(nèi)外學(xué)者通過改進(jìn)吸收劑性能、調(diào)整“活性炭＋消石灰”的有效配比、提高反應(yīng)效率、高效凈化煙氣等途徑不斷探索干法工藝的脫酸效率，使其既可去除酸性氣體，又可脫除部分二惡英。然而，在實(shí)際應(yīng)用過程中，干法工藝中脫酸劑依舊存在與煙氣混合還不夠均勻、反應(yīng)效率相對(duì)較低、脫酸效率僅能達(dá)到50%、有可能造成系統(tǒng)除塵負(fù)荷增加等問題。

3.2 半干法脫酸

半干法脫酸工藝是目前應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)之一。該工藝噴射的反應(yīng)物主要為石灰漿液。半干法脫酸裝置主要包括給料、制漿和反應(yīng)3個(gè)系統(tǒng)：在給料系統(tǒng)中，首先將脫酸劑Ca(OH)2制成粉末狀，再經(jīng)過制漿系統(tǒng)與水混合配制成漿液，最后通過噴槍霧化形成霧滴噴入急冷塔。堿性吸附劑一般由塔頂上部進(jìn)入，煙氣可選擇順流或者逆流的方式分別由塔頂上部或下部進(jìn)入。石灰漿液與煙氣中的酸性氣體充分接觸并完成反應(yīng)生成中性鹽，降低HCl、SO2等氣體濃度。吸收塔反應(yīng)溫度通過噴液體量來實(shí)現(xiàn)控制。

正常情況下，半干法工藝的吸附劑利用率以及其脫酸效果都要遠(yuǎn)高于干法。該工藝對(duì)HCl的去除效率可達(dá)90%左右。漿液中的水分蒸發(fā)后降低煙氣溫度，可以提高反應(yīng)效率，且反應(yīng)過程中不生成廢液[6]。

3.3 濕法脫酸

濕法脫酸工藝中常見的脫酸裝置主要為濕式洗滌塔，根據(jù)焚燒操作數(shù)據(jù)表明，NaOH所能吸收的SO2量遠(yuǎn)大于熟石灰，因此一般選用NaOH溶液作為脫酸吸收劑，煙氣中HCl、SO2等主要酸性氣體充分溶解在NaOH溶液并發(fā)生中和反應(yīng)生成鹽類。工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，濕法脫酸工藝對(duì)于HCl脫除效率高達(dá)95%，對(duì)于SO2脫除效率高達(dá)90%。濕法系統(tǒng)不僅可以去除酸性氣體，對(duì)于粉塵、重金屬等都有著高效的去除效果，因此濕法工藝發(fā)展迅速并被廣泛應(yīng)用。

3.4 脫硝工藝

煙氣中氮氧化物的凈化技術(shù)發(fā)展迅速，按工藝原理可以將其分為兩種方式：1）對(duì)焚燒過程進(jìn)行控制減少NOx生成；2）通過物理化學(xué)方法對(duì)煙氣中生成的NOx進(jìn)行合理有效去除。其主要工藝方法有選擇性非催化還原法（SNCR）、選擇性催化還原（SCR）、氧化吸收法、吸附法、低氮燃燒技術(shù)等。目前，國內(nèi)外NOx凈化工藝主要以選擇性非催化還原法和選擇性催化還原法為主。運(yùn)用SNCR還原NOx時(shí)，不需要使用催化劑，最為常見的還原劑為尿素以及氨水等，反應(yīng)溫度一般控制在850～1 100℃范圍內(nèi)。當(dāng)煙氣中NOx與噴入的含有氨基的還原劑充分混合后，在氧氣和還原劑的共同作用下生成無毒無害的N2，從而去除掉煙氣中氮氧化物。典型的SNCR系統(tǒng)主要由多層還原劑噴入裝置及其控制系統(tǒng)組成，運(yùn)行費(fèi)用較低，改造簡(jiǎn)單，施工周期短。對(duì)于大型火電廠燃煤機(jī)組而言，SNCR脫硝效率能夠達(dá)到40%左右。

4 復(fù)合脫酸技術(shù)分析

隨著危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣大氣污染物排放限值的越來越嚴(yán)格，單純的工藝方法已基本不能滿足環(huán)保要求。近年來，國內(nèi)外對(duì)多種復(fù)合型煙氣脫酸處理技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和探究，不斷有煙氣脫酸復(fù)合工藝出現(xiàn)并應(yīng)用于實(shí)踐項(xiàng)目處理中。目前，“SNCR+半干急冷塔+干式反應(yīng)器+布袋除塵器+濕式洗滌塔+煙氣再熱器”的煙氣凈化復(fù)合處理工藝已逐漸成熟。下面以某危險(xiǎn)廢物處理處置項(xiàng)目為例，分析該項(xiàng)目采用復(fù)合脫酸技術(shù)的效果。該項(xiàng)目進(jìn)料的特性參數(shù)設(shè)計(jì)值見表2。

表2 危險(xiǎn)廢物組成成分%

將危險(xiǎn)廢物經(jīng)回轉(zhuǎn)窯、二燃室焚燒后產(chǎn)生的酸性煙氣通入到余熱鍋爐中。余熱鍋爐內(nèi)設(shè)置有SNCR脫硝反應(yīng)器，在余熱鍋爐800～1 100℃的溫度區(qū)間噴入還原劑尿素，使其迅速分解成NH3并與煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)，生成N2和H2O。該反應(yīng)可有效去除廢氣中的NOx。隨后，煙氣進(jìn)入急冷塔后，在塔內(nèi)經(jīng)石灰漿液[Ca(OH)2]噴淋吸收。給水在塔內(nèi)的多個(gè)霧化噴頭作用下，被霧化成約為30 μm，可將煙氣溫度在1 s內(nèi)驟降至200℃。煙氣從急冷塔進(jìn)入干式脫酸反應(yīng)器，與反應(yīng)器內(nèi)噴入消石灰與活性炭粉末進(jìn)行充分反應(yīng)，去除煙氣中的SO2、HCl、HF等酸性氣體，并可吸附二惡英和重金屬等有害物質(zhì)。由布袋除塵器排出的煙氣經(jīng)預(yù)冷塔降溫脫酸后，進(jìn)入洗滌塔，在洗滌塔中利用NaOH溶液進(jìn)一步對(duì)酸性污染物進(jìn)行深度脫除。凈化后的煙氣除霧后通過煙氣加熱器，將煙氣溫度升至130℃后由煙囪排放。

某危險(xiǎn)廢物處置項(xiàng)目連續(xù)10 d排放煙氣中NOx與SO2排放濃度變化，如圖2所示，HCl排放濃度變化，如圖3所示。由此可見，經(jīng)復(fù)合脫酸技術(shù)處理后的煙氣酸性成分完全滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中大氣污染物排放限值。

圖2 混合脫酸煙氣NOx與SO2排放濃度

圖3 混合脫酸煙氣HCl排放濃度

5 結(jié)語

綜上所述，危險(xiǎn)廢物焚燒產(chǎn)生的煙氣中酸性氣體組分多且含量高，主要以HCl、SOx和NOx類為主，對(duì)于環(huán)境與人類健康有著嚴(yán)重影響。常見的脫酸工藝各自有著不同的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)，脫酸效率受到溫度、煙氣流速、壓力和脫酸劑用量等因素的綜合影響。隨著煙氣排放要求日趨嚴(yán)格，脫酸效率更高、系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定的“SNCR+干法+半干法+濕法”的組合脫酸工藝技術(shù)成為目前危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣脫酸處理的重要工藝方法。