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)。