許 欣

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

2008年，初版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》公布，“十一五”期間，我國(guó)的危險(xiǎn)廢物處置行業(yè)開始快速發(fā)展；2010年，全國(guó)持危險(xiǎn)廢物經(jīng)營(yíng)許可證單位利用處置的危險(xiǎn)廢物共840萬(wàn)t，較2006年提高了180%；2012年，多部門聯(lián)合發(fā)布《“十二五”危險(xiǎn)廢物污染防治規(guī)劃》，“十二五”期間，全國(guó)危險(xiǎn)廢物污染防治法規(guī)體系日漸完善，利用處置能力逐漸提升。

2016年，新版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》發(fā)布，危險(xiǎn)廢物被劃分為46大類約479種，隨后多個(gè)省市出臺(tái)危廢處置“十三五”規(guī)劃。2017年，環(huán)境保護(hù)部印發(fā)《“十三五”全國(guó)危險(xiǎn)廢物規(guī)范化管理督察考核工作方案》，大力加強(qiáng)危險(xiǎn)廢物污染防治工作。最新版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄(2021年版)》于2020年11月發(fā)布，共列入467種危險(xiǎn)廢物。相較2016年版《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，2021年版并不是簡(jiǎn)單地減少了危險(xiǎn)廢物種類，而是將有關(guān)內(nèi)容作進(jìn)一步完善和細(xì)化后納入附表中，表明國(guó)家以更加科學(xué)及謹(jǐn)慎的態(tài)度，對(duì)危廢處置行業(yè)提出了更高的要求。

隨著國(guó)家相關(guān)政策的相繼出臺(tái)，危廢處置技術(shù)向安全、環(huán)保、高效的方向不斷發(fā)展。本文對(duì)行業(yè)現(xiàn)行處置技術(shù)進(jìn)行了梳理，對(duì)其優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)對(duì)近年新興的用側(cè)吹浸沒燃燒技術(shù)處理工業(yè)危廢的工藝及裝備進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 工業(yè)危廢領(lǐng)域現(xiàn)行技術(shù)

工業(yè)危廢行業(yè)的現(xiàn)行技術(shù)主要有資源化利用和無(wú)害化處置兩種。我國(guó)危廢主要包括工業(yè)廢物、醫(yī)療廢物及其他廢物。實(shí)現(xiàn)危廢資源化的途徑主要有三種：回收利用、轉(zhuǎn)換利用和焚燒回收利用能量[1]。在工業(yè)危廢無(wú)害化處置技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外主流處理方式為：焚燒處置法、固化填埋法、生化物化法。

焚燒處置技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)工業(yè)危廢的無(wú)害化處置，又能回收部分能源，是目前應(yīng)用最為廣泛的處置方法。該方法采用的核心設(shè)備通常是回轉(zhuǎn)窯[2]，具體過(guò)程是采用適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方式(破碎、混合等)處理工業(yè)廢物后，將其和輔助燃料從傾斜的回轉(zhuǎn)窯高端加入，物料在通過(guò)回轉(zhuǎn)窯窯體的過(guò)程中被氧化、分解[3]?；以诟G體低端排放并收集，排放的廢氣進(jìn)行脫酸和除塵處理，飛灰在填埋前進(jìn)行固化處理。焚燒處理技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是物料適用性廣，但該技術(shù)先在較大空間中獨(dú)立完成燃燒，再利用余熱鍋爐回收煙氣熱量，熱量利用方式單一，且回收效率低，同時(shí)存在占地面積大、造價(jià)高等缺點(diǎn)[4]。

固化填埋法主要采用水泥、石灰、特定藥劑等固化劑將有害廢物固化或轉(zhuǎn)變，再將其填埋。該方法工藝簡(jiǎn)單，成本較低，但填埋場(chǎng)占地大，對(duì)土壤及地下水源仍存在一定的污染風(fēng)險(xiǎn)。

生化物化法是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或溶劑萃取的方法，將危險(xiǎn)廢物轉(zhuǎn)化為非危險(xiǎn)廢物，具有針對(duì)性強(qiáng)、回收利用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，但存在專用設(shè)備多、設(shè)備通用性差、處理成本較高等缺點(diǎn)。

隨著處置量的不斷增長(zhǎng)和國(guó)家對(duì)綠色生產(chǎn)要求的不斷提高，上述危廢處置行業(yè)的現(xiàn)行技術(shù)已經(jīng)難以滿足需求。

2 側(cè)吹浸沒燃燒技術(shù)

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)(Side-Submerged Combustion smelting process,SSC)是由中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)恩菲”)開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種強(qiáng)化熔池熔煉技術(shù)。該技術(shù)已在錫精礦還原、液態(tài)鉛渣直接還原、鉛膏等二次鉛雜料的連續(xù)熔化還原、鋅浸渣等二次鋅雜料的處理等有色冶金領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用[5]，近年來(lái)其應(yīng)用拓展到了工業(yè)危廢處置行業(yè)。

2.1 技術(shù)原理

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)將燃燒發(fā)生過(guò)程引入熔池中，通過(guò)側(cè)吹噴槍將富氧空氣和燃料以接近聲速的速度噴入熔池內(nèi)部，燃料在熔池內(nèi)充分燃燒，直接為熔池中的反應(yīng)提供熱量。同時(shí)，由噴槍噴入的氣體及燃燒產(chǎn)生的氣體對(duì)熔池形成攪拌，為熔池提供了良好的動(dòng)力學(xué)條件，從而加快了熔池內(nèi)部的傳熱、傳質(zhì)，使?fàn)t料的加熱、熔化、反應(yīng)等過(guò)程得以加速完成。該技術(shù)特別適用于不發(fā)熱物料的處理[6]。

2.2 核心設(shè)備

該技術(shù)核心設(shè)備為綜合回收處理爐，其主要由磚體內(nèi)襯、水套爐壁、鋼板外殼、骨架、側(cè)吹噴槍、下料口、金屬放出口、渣放出口、出煙口、電極等部件組成，爐體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

“沒錯(cuò)，天葬師需要做的，便是將草木削成碎片，將頑石砸成碎渣！”他口中默念著，然后一狠心，猛地將手掌往女孩胸口按下。

圖1 綜合回收處理爐爐體示意圖

配料后的物料經(jīng)爐頂下料口加入爐內(nèi)，作為補(bǔ)充熱源的天然氣及助燃空氣經(jīng)爐身側(cè)墻上的噴槍直接鼓入熔池，噴槍為中國(guó)恩菲專利產(chǎn)品。為適應(yīng)工業(yè)廢物來(lái)料不穩(wěn)定、成分波動(dòng)大的特點(diǎn)，在綜合回收處理爐上裝備了兩種結(jié)構(gòu)形式的噴槍：一種為補(bǔ)充熱量的天然氣噴槍；另一種為保證熔池反應(yīng)的富氧風(fēng)噴槍。兩種噴槍的數(shù)量及放置位置可根據(jù)爐況靈活調(diào)整。

入爐物料中的炭精末和廢活性炭作為還原劑，控制爐缸熔池處于弱還原性氣氛中。物料中的銅等金屬氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成金屬，同時(shí)赤鐵礦與造渣劑造渣，在重力作用下，密度相差較大的金屬和渣得以分層，金屬相富集于爐底，由爐底金屬放出口放出。根據(jù)不同的使用場(chǎng)景，在爐身不同高度上設(shè)置上渣口、下渣口、緊急泄渣口各一個(gè)。正常生產(chǎn)過(guò)程中，渣相浮于熔池表面，定期從上渣口排出；側(cè)吹噴槍口維護(hù)時(shí)，需要將渣面降至側(cè)吹噴槍以下，此時(shí)需啟用下渣口；為防止噴爐，設(shè)置了緊急泄渣口，一旦產(chǎn)生泡沫渣，即啟用緊急泄渣口。

拌入物料中的可燃有機(jī)物在熔池中劇烈燃燒，熔池中反應(yīng)生成的CO及天然氣未完全燃燒產(chǎn)生的CO從熔池溢出，需在煙氣出爐前完全燃燒轉(zhuǎn)化為CO2。為保證燃燒充分，在綜合回收處理爐上部爐膛側(cè)壁設(shè)置了大量二次風(fēng)兌入口，二次風(fēng)富氧濃度可根據(jù)爐況進(jìn)行調(diào)整。

處理固體工業(yè)廢物的同時(shí)，該爐型也可處理廢有機(jī)溶劑等可燃性液態(tài)工業(yè)廢物。在爐身擴(kuò)大段側(cè)墻上設(shè)置溶劑噴嘴，液態(tài)工業(yè)廢物在高壓下噴入高溫爐膛中，充足的富氧風(fēng)及較大的爐膛空間為其充分燃燒提供了良好的條件，燃燒釋放的熱量可在一定程度上補(bǔ)給熔池。為確保燃燒充分，在上升煙道設(shè)置三次風(fēng)兌入口，同時(shí)在煙道出口設(shè)置煙氣成分在線檢測(cè)儀，對(duì)煙氣溫度、殘氧、CO濃度、SO2濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.3 技術(shù)特點(diǎn)

近年來(lái)，側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)在實(shí)踐過(guò)程中不斷升級(jí)，形成了一系列的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1) 安全可靠。爐體采用全包圍式爐殼，不易發(fā)生燃?xì)庑孤?/p>

2) 熱利用率高。燃料及助燃?xì)怏w由噴槍直接鼓入熔池，在熔池內(nèi)充分燃燒，單位容積熱強(qiáng)度大，同時(shí)充分的攪拌使得熔池內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)迅速發(fā)生。

4) 作業(yè)率高。通過(guò)采用強(qiáng)制冷卻的方式，帶走磚體熱面的大量熱量，延長(zhǎng)磚體使用壽命；在爐缸區(qū)的渣線附近，采用特殊結(jié)構(gòu)形式的銅水套，通過(guò)掛渣的方式保護(hù)磚體，減少因更換爐襯而帶來(lái)的停爐次數(shù)，使?fàn)t體年作業(yè)率達(dá)300～330 d。

2.4 引入危險(xiǎn)源識(shí)別分析

2019年初，國(guó)務(wù)院辦公廳部署開展“無(wú)廢城市”建設(shè)試點(diǎn)工作，其中的一項(xiàng)主要任務(wù)就是提升風(fēng)險(xiǎn)防控能力，強(qiáng)化危險(xiǎn)廢物全面安全管控。為從根本上實(shí)現(xiàn)安全管控，側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中，采用了危險(xiǎn)源識(shí)別分析(Hazard Identification，HAZID)技術(shù)，對(duì)整個(gè)工藝流程及核心裝備可能存在的危險(xiǎn)源進(jìn)行梳理，分析危害因素及危險(xiǎn)場(chǎng)景發(fā)生原因，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，提出相應(yīng)的保護(hù)或控制措施。

進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別分析時(shí)，若發(fā)現(xiàn)高危險(xiǎn)場(chǎng)景，即提出緩解措施或合理可行的替代方案，將風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受水平。例如，在針對(duì)綜合回收處理爐進(jìn)行危險(xiǎn)源識(shí)別分析中，識(shí)別到冷卻水系統(tǒng)存在斷流風(fēng)險(xiǎn)，該風(fēng)險(xiǎn)一旦發(fā)生可能會(huì)導(dǎo)致爐體燒穿，高溫熔體泄漏引發(fā)火災(zāi)，同時(shí)煙氣逸散也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度評(píng)價(jià)為6，為中等風(fēng)險(xiǎn)。因此在每個(gè)回收管路設(shè)置回水溫度及流量監(jiān)測(cè)，同時(shí)采取斷流報(bào)警、不間斷供水等一系列措施。上述方案的實(shí)施使該種風(fēng)險(xiǎn)的可能性評(píng)價(jià)變?yōu)?，為罕見風(fēng)險(xiǎn)。在HAZID風(fēng)險(xiǎn)矩陣中，這種風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)為12，屬于低風(fēng)險(xiǎn)。危險(xiǎn)源識(shí)別分析的采用，可以使安全隱患在源頭上得以判別并控制，大大提高了側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)在工業(yè)危廢處置領(lǐng)域推廣過(guò)程中的安全性。

3 側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)應(yīng)用

廣東某金屬有限公司專門從事危險(xiǎn)廢物收集、處理、貯存及工業(yè)廢物綜合利用，委托中國(guó)恩菲對(duì)20.5×104t/a危險(xiǎn)廢物(包括HW17、HW22、HW46、HW48、HW49等五大類)及3×104t/a其他固廢(包括含銅污泥、廢活性炭、含銅固廢等)進(jìn)行無(wú)害化處置及資源化利用，計(jì)劃年產(chǎn)黑銅17 330 t(含銅量約85%)，年產(chǎn)冰銅2 430 t(含銅量約60%)。目前該項(xiàng)目處于建設(shè)階段。

該項(xiàng)目采用的主要工藝流程為：干燥機(jī)干燥→綜合回收處理爐(SSC技術(shù))→煙氣余熱回收→驟冷→收塵→半干法脫硫→脫二噁英→濕法脫硫→煙氣升溫脫白→達(dá)標(biāo)外排。

綜合回收處理爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)余熱鍋爐冷卻，同時(shí)煙氣熱量經(jīng)余熱鍋爐回收，在余熱鍋爐高溫段設(shè)置SNCR脫硝流程，消除NOx。為了減少煙氣治理過(guò)程中的二噁英再生成，采用噴水驟冷方式將煙氣溫度從500 ℃驟降至200 ℃，然后將煙氣送入靜電收塵器。電收塵器及驟冷塔收集的煙塵通過(guò)機(jī)械輸灰方式返綜合回收處理爐配料，滿足環(huán)保要求的同時(shí)最大限度回收有價(jià)元素。

收塵后的煙氣，采用兩級(jí)密相半干塔脫硫工藝，以降低煙氣含硫率及酸露點(diǎn)。半干法脫硫后向煙氣中添加活性炭，用于分解少量殘留二噁英，使二噁英濃度降低至小于0.5 TEQng/m3，并通過(guò)二噁英捕集器收集活性炭，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。處理后煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送濕法深度脫硫處理，外排脫硫尾氣、環(huán)保煙氣、含塵廢氣、含酸霧廢氣中的各污染物排放濃度均低于《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18484—2020)的要求。

綜合回收處理爐產(chǎn)出的熔融金屬通過(guò)金屬放出口定期放出，澆鑄成金屬錠。熔煉渣經(jīng)過(guò)水碎系統(tǒng)變成玻璃態(tài)無(wú)害渣，玻璃態(tài)無(wú)害渣屬于一般固體廢物，由汽車運(yùn)出外售。

近兩年來(lái)，中國(guó)恩菲在數(shù)十個(gè)工業(yè)危廢處置及二次資源綜合回收項(xiàng)目中應(yīng)用側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)，針對(duì)所需處理的不同種類工業(yè)危廢，設(shè)計(jì)了數(shù)十臺(tái)不同規(guī)格、不同結(jié)構(gòu)的綜合回收處理爐，目前部分項(xiàng)目已完成制造安裝，將于2021年相繼建成投產(chǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)工業(yè)危廢處置行業(yè)正處在一個(gè)飛速發(fā)展時(shí)期，隨著《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》和《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》的不斷修訂，大量新納入統(tǒng)計(jì)范圍的工業(yè)危廢必然會(huì)加大已有危廢產(chǎn)生量與處置量之間的缺口。側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉技術(shù)因其具有原料適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)率高、安全性好、煙塵率低、有價(jià)金屬回收率高等優(yōu)勢(shì)，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)危廢的無(wú)害化處置，同時(shí)也有利于最大程度地實(shí)現(xiàn)資源綜合回收，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，具有廣闊的市場(chǎng)前景。