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        危險(xiǎn)廢物配伍及其對(duì)焚燒系統(tǒng)的影響

        2021-09-07 09:14:48修德勇王東博張言
        遼寧化工 2021年8期
        關(guān)鍵詞:熱值危險(xiǎn)廢物灰分

        修德勇,王東博,張言

        (中節(jié)能(盤錦)清潔技術(shù)發(fā)展有限公司,遼寧 盤錦 124200)

        隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與工業(yè)化水平的提高,工業(yè)固體廢物的產(chǎn)量也呈現(xiàn)出迅速增加的勢(shì)態(tài)。我國(guó)已堆積以及每年新產(chǎn)生的大量工業(yè)固廢給土壤和大氣帶來(lái)了不同程度的污染,由于我國(guó)危廢處理產(chǎn)業(yè)起步晚,目前行業(yè)還存在巨大的發(fā)展空間。在2020年政策收緊的情勢(shì)下,危廢行業(yè)將持續(xù)高速發(fā)展。截至2018年底,全國(guó)各?。▍^(qū)市)頒發(fā)的危險(xiǎn)廢物經(jīng)營(yíng)許可證(含醫(yī)療廢物)共3 220份,利用處置能力年增長(zhǎng)19.2%[1],主要包括釜?dú)?、污泥、廢酸、廢堿、礦物油、包裝物等,其中遼寧市場(chǎng)2020年酸性物料(釜?dú)?、污泥等)占比顯著增長(zhǎng),易制爆、反應(yīng)性等危險(xiǎn)廢物囤積較多,直接配伍投料等方式對(duì)料坑安全控制難度極大,且對(duì)焚燒系統(tǒng)設(shè)備也有一定程度的腐蝕。因此利用各階段廢物特征,擬定配伍方案才能使其達(dá)到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        1 危險(xiǎn)廢物特性及燃燒機(jī)理

        根據(jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》的相關(guān)規(guī)定,各類廢物均有其危險(xiǎn)特性,分別包括毒性、腐蝕性、易燃性、反應(yīng)性、感染性,處置企業(yè)無(wú)論從廢物的收集還是到處置都需進(jìn)行分析、鑒別及配伍方案的擬定,所以鑒別廢物特性是保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的前提。

        化工廢物組分和結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜,在燃燒過(guò)程中連續(xù)不斷地進(jìn)行多級(jí)的熱分解反應(yīng)才能徹底分解成低分子可燃?xì)怏w,最終轉(zhuǎn)化為燃燒反應(yīng),并釋放出燃燒熱量。其化學(xué)式可表示為:CaHbClcOdNe(其中Cl也可以是其他鹵素或硫、磷、金屬元素等)[2]。在鼓風(fēng)機(jī)的作用下燃燒產(chǎn)生典型的燃燒產(chǎn)物包括CO2和H2O及一些腐蝕性或污染性的產(chǎn)物。

        其他產(chǎn)物有NOx、SO3、CO等及因系統(tǒng)不穩(wěn)而生成的二噁英,部分無(wú)機(jī)物在焚燒過(guò)程中也會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)或者分解反應(yīng),如重金屬轉(zhuǎn)換成高溫下更穩(wěn)定的價(jià)態(tài)(金屬氧化物、硅酸鹽等),因此多級(jí)配伍可有效提高料坑物料配比的科學(xué)合理性。

        2 物料配伍

        通過(guò)控制二燃室出口溫度在1 100~1 200 ℃區(qū)間內(nèi)且煙氣停留時(shí)間大于等于2 s,才能使危險(xiǎn)廢物達(dá)到無(wú)害化處理的目的,因此焚燒前物料中有毒有害指標(biāo)的控制尤為重要[3]。由于市場(chǎng)廢物種類的制約,單一配伍的方式無(wú)法滿足生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的需求,所以配伍需從廢物收集開始擬定。

        2.1 多級(jí)配伍的擬定

        以遼寧市場(chǎng)為例,危險(xiǎn)廢物復(fù)雜多樣,處置企業(yè)依據(jù)其資質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性收儲(chǔ),在收集過(guò)程中需依據(jù)各產(chǎn)廢企業(yè)危險(xiǎn)廢物的理化指標(biāo)判斷其可處置性,在擬定配伍計(jì)劃下針對(duì)性收集可接收物料。目前廢物轉(zhuǎn)移需通過(guò)產(chǎn)廢單位進(jìn)行申請(qǐng)辦理,所以廢物的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間具有不確定性,為緩解因轉(zhuǎn)運(yùn)不及時(shí)而導(dǎo)致配伍物料緊缺的問(wèn)題,轉(zhuǎn)移計(jì)劃的實(shí)施必不可少,通過(guò)計(jì)劃內(nèi)待轉(zhuǎn)物料特性擬定配比方案,確定可轉(zhuǎn)移廢物,以達(dá)到焚燒料坑配伍的科學(xué)合理性。

        2.2 配伍方案的制定

        入爐廢物配伍的目的是依據(jù)多種物料的理化指標(biāo),通過(guò)合理配比以達(dá)到焚燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。以盤錦公司50 t·d-1焚燒能力為參考,探究配伍控制指標(biāo)及配伍方案。焚燒廢物特性如表1升水。

        表1 焚燒廢物特性表

        參照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建立待配伍物料特性的數(shù)據(jù)庫(kù),估算處理量,并按照加權(quán)的法則計(jì)算不同物料的配伍比例及相關(guān)控制參數(shù),以熱值為例:

        式中:Q—配伍熱值,MJ·kg-1;

        Qi—待調(diào)配物料的熱值,MJ·kg-1;

        Xi—待調(diào)配物料的配比量,t。

        對(duì)于性質(zhì)單一且滿足設(shè)計(jì)參數(shù)的危險(xiǎn)廢物可利用其他上料方式進(jìn)行直接焚燒處置。依據(jù)危險(xiǎn)廢物的特性指標(biāo)、加權(quán)方法及焚燒過(guò)程中不同的上料途徑,制定科學(xué)合理的配伍方案以滿足焚燒系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定。

        3 配伍指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響

        3.1 鹵素、硫的影響

        危險(xiǎn)廢物在焚燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酸性氣體(主要為SO2、HCl、HF等),無(wú)論是對(duì)焚燒系統(tǒng)還是對(duì)環(huán)境均有影響,設(shè)備的腐蝕起初是微觀的,隨著腐蝕的加深不僅會(huì)影響設(shè)備的壽命還有可能被迫停車。其腐蝕機(jī)理為:

        Fe+SO2+H2O→FeSO3+H2↑

        Fe+2HCl→FeCl2+H2↑

        Fe+2HF→FeF2+H2↑

        為減少焚燒產(chǎn)生的煙氣對(duì)大氣環(huán)境造成二次污染,處置企業(yè)均采用脫硫脫硝設(shè)備以滿足煙氣排放標(biāo)準(zhǔn),因脫硫率的限制,過(guò)高的酸性氣體仍無(wú)法完全去除,所以有效控制入爐指標(biāo),才能減少因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失。

        3.2 熱值的影響

        在燃料化學(xué)中,熱值是表示燃料質(zhì)量的一種重要指標(biāo),而危險(xiǎn)廢物組分復(fù)雜無(wú)法通過(guò)計(jì)算求得熱值,所有常采用氧彈量熱儀測(cè)量廢物的熱值。廢物熱值的高低直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的產(chǎn)量,低熱值物料焚燒不足以維持二燃室出口溫度從而需補(bǔ)充大量天然氣。高熱值物料焚燒不僅會(huì)使出口溫度難以控制,還會(huì)對(duì)耐火材料、布袋、設(shè)備等有不良影響,所以有效控制入爐物料的熱值才能使溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定。我公司廢物熱值與處理量曲線如圖1所示。

        圖1 熱值與處理量曲線

        當(dāng)實(shí)際熱值大于設(shè)計(jì)值時(shí),焚燒產(chǎn)量隨之降低,熱值增幅1.2%~2.3%,產(chǎn)量降低20%~30%;當(dāng)實(shí)際熱值小于等于設(shè)計(jì)值時(shí),均能滿足焚燒產(chǎn)量但天然氣的消耗也會(huì)隨之增多。綜合分析,配伍物料熱值維持在11.5~13.5 MJ·kg-1區(qū)間時(shí)系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。

        3.3 堿金屬及重金屬的影響

        廢物中金屬元素在鼓風(fēng)條件下焚燒會(huì)生成穩(wěn)定的金屬氧化物、硅酸鹽或復(fù)雜的共熔物,也因元素的占比不同而在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)所呈現(xiàn)的熔融狀態(tài)也不同,其取決于氧化物自身的熔點(diǎn),常見氧化物熔點(diǎn)如表2所示。

        表2 常見氧化物熔點(diǎn)

        廢物中堿金屬含量較高時(shí),共熔物整體熔點(diǎn)會(huì)被拉低,廢物Si、Al、Ca等高熔點(diǎn)元素較多時(shí),共熔物熔點(diǎn)會(huì)隨之升高[4]。以盤錦公司系統(tǒng)為例,運(yùn)行窯尾溫度一般在1 000~1 100 ℃,若共熔物熔點(diǎn)的軟化溫度接近窯尾溫度,則危險(xiǎn)廢物在焚燒過(guò)程中極易導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯結(jié)焦;共熔物的流動(dòng)溫度低于窯尾溫度時(shí),焚燒則是以熔渣的方式運(yùn)行,高于窯尾溫度時(shí)則為灰渣;較高的堿金屬對(duì)窯磚也有腐蝕,含量越高腐蝕速率也相對(duì)越快;而重金屬含量過(guò)高也會(huì)直接影響填埋,所有控制入爐前物料的金屬含量才能有效緩解回轉(zhuǎn)窯的負(fù)擔(dān)。

        3.4 水分、灰分的影響

        料坑內(nèi)配伍后物料一般采用工業(yè)分析儀進(jìn)行測(cè)量水分、灰分,但由于工業(yè)危險(xiǎn)廢物有機(jī)物的成分較多,所以料坑物料水分的指標(biāo)包含部分有機(jī)相,過(guò)高的水分(含有機(jī)相)不僅對(duì)焚燒系統(tǒng)有一定影響,還會(huì)導(dǎo)致行車因物料過(guò)稀而難以抓取從而無(wú)法上料,若水分較低會(huì)使配伍物料難以攪拌均勻且灰分隨之增加,從而導(dǎo)致系統(tǒng)燃燒不穩(wěn)定。圖2為我公司料坑物料灰分、水分及系統(tǒng)運(yùn)行曲線。

        圖2 料坑物料灰分、水分及系統(tǒng)運(yùn)行曲線

        由于遼寧市場(chǎng)物料行情的影響,配伍后指標(biāo)水分、灰分不足以滿足焚燒設(shè)計(jì)要求。當(dāng)水分為28%~32%、灰分為30%~35%時(shí),較高的灰分易導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞使得運(yùn)行時(shí)間較短,但此時(shí)料坑干濕程度相對(duì)較好;當(dāng)水分為35%~38%、灰分為20%~28%時(shí),較低的灰分可加大系統(tǒng)運(yùn)行天數(shù),但料坑較稀從而增加了進(jìn)料的難度,所以必須添加吸水性輔料。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        在危險(xiǎn)廢物的無(wú)害化處置過(guò)程中,科學(xué)的配伍才能確保焚燒系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。通過(guò)鑒別各類廢物的理化性質(zhì)、利用焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)以及控制各項(xiàng)配伍指標(biāo),才能制定合理的配伍方案,以減少系統(tǒng)結(jié)焦和腐蝕,延長(zhǎng)焚燒運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)。

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