上海市機(jī)電設(shè)計研究院有限公司 吳云飛

經(jīng)濟(jì)增長離不開工業(yè)的發(fā)展，而伴隨著我國工業(yè)化的不斷推進(jìn)，隨之產(chǎn)生的工業(yè)廢物特別是危險廢物也逐年增加。同時，2020年初疫情防控以來，各地醫(yī)療廢棄物的產(chǎn)量劇增。這些工業(yè)危險廢物和醫(yī)療廢物都屬于危險廢物，2021版《國家危險廢物名錄》中將危險廢物系統(tǒng)地分為46個大類467個小類[1]。

危險廢物不同于普通的生活垃圾，往往具有腐蝕性、毒性或者感染性，隨意處置不僅危害人們的健康，同時還會破壞生態(tài)環(huán)境?！笆濉逼陂g，還出臺了危險廢物臺賬制度，非法轉(zhuǎn)移和利用處置危險廢物均為違法行為，將受到嚴(yán)懲。黨的十九大以來，保護(hù)生態(tài)環(huán)境被提到了非常重要的戰(zhàn)略位置，各地積極響應(yīng)，投入解決危險廢棄物問題處置工作中。然而，由于危廢生產(chǎn)量高速增長，前期處理技術(shù)及運(yùn)營水平的局限，實際的處置規(guī)模遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的危廢處理需求[2]，集中處置率低，仍需規(guī)劃建設(shè)綜合危廢處置項目，同時在現(xiàn)有的成熟的設(shè)備和技術(shù)基礎(chǔ)上，開發(fā)新工藝和新技術(shù)。

危險廢棄物的性質(zhì)多樣，有油類廢棄物、有機(jī)/無機(jī)廢棄物、其它有害廢棄物等，對于不同性質(zhì)的危險廢棄物，處置方法也不盡相同[3]。如固化 / 穩(wěn)定化方法可處理電鍍污泥、鉻渣等危險廢棄物，處置后進(jìn)行安全填埋，然而此方法不能徹底消除廢棄物毒性，有安全隱患，同時占用土地資源，不是長久之計。物化處理方法可處理烴水混合物或乳化液中油水混合物以及廢酸、廢堿等。熱處理方法主要有焚燒、熱解、等離子體法、濕空氣氧化及微波處理等。

一、危廢生產(chǎn)現(xiàn)狀

本文研究項目位于河南省，根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)，本項目服務(wù)范圍內(nèi)危險廢物種類達(dá)40種，為了集中處置當(dāng)?shù)卮蟛糠治ｋU廢物，故采用了常規(guī)的回轉(zhuǎn)窯焚燒、物化工藝，結(jié)合金屬固化率高的等離子熔融新技術(shù)，創(chuàng)新采用了工藝協(xié)同等新理念革新危險廢棄物處置觀念，處理的危廢種類及處置方式見表1。結(jié)合各地市、行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度預(yù)測，本項目收集范圍內(nèi)的危險廢物產(chǎn)生量約為 88693t，其中可集中處置類別對應(yīng)危廢產(chǎn)生量為 87945t/a。項目服務(wù)范圍內(nèi)綜合型的危險廢物處置單位有 1 家，其設(shè)計危廢處置量為28350t/a，考慮部分危廢被綜合利用，結(jié)合設(shè)備規(guī)模，本項目設(shè)計處置廠外原生工業(yè)危險廢物 47190t/a，其中可焚燒處置的工業(yè)危險廢物 20900t/a，醫(yī)療廢物約 9000t/a，等離子熔融處置危險廢物 2290t/a；物化線處置危險廢物 15000t/a。考慮同時處理廠內(nèi)自產(chǎn)危險廢物，項目設(shè)1套100t/d回轉(zhuǎn)窯焚燒處置線，1套30t/d等離子熔融處置線，1套 50t/d 廢乳化液處置線。

二、綜合處置工藝路線

根據(jù)危險廢物的不同特性，按照表1所采取的工藝處理方式，項目綜合處置工藝路線如下：

表1 危廢種類及處置方式

（1）熱值高的危險廢物處置技術(shù)

進(jìn)廠時熱值較高或者可以燃燒處置的危險廢物等進(jìn)行焚燒處置，對焚燒處置排放的煙氣進(jìn)行凈化，灰渣送入等離子熔融系統(tǒng)處置。

（2）熱值低的危廢、爐渣、飛灰

表面處理廢物、焚燒線處置產(chǎn)生的爐渣、飛灰等危廢有機(jī)物含量低、熱值較低，采用焚燒工藝能耗高、減量化效果不明顯，且其產(chǎn)物仍屬于危廢，達(dá)不到無害化目的，因此不適合采用焚燒處置工藝。

等離子熔融處理是利用電能，通過等離子炬，將壓縮空氣電離成 3000℃-5000℃的等離子體，在熔融爐內(nèi)將危廢加熱至1500℃以上，呈熔融態(tài)，再通過水淬形成玻璃體。

玻璃體具有熱灼減率低的特點(diǎn)，而且玻璃體網(wǎng)格的包裹作用極大降低了危廢的重金屬滲出，經(jīng)檢測可遠(yuǎn)低于危險廢棄物鑒別標(biāo)準(zhǔn)，作為一般固體廢物處理，并可用于鋪路材料等建材使用，達(dá)到危廢的資源化、無害化、減量化的目的。

形成玻璃體的主要組分是SiO 2，鑒于入爐危廢SiO 2 含量極低，難以形成玻璃體，因此需添加河砂（主要成分是SiO 2）作為配伍料。為防止配伍后粉料不經(jīng)過高溫熔融直接被排放的煙氣攜帶出熔融爐，因此對配伍后的危廢進(jìn)行造粒，粒料進(jìn)入等離子爐進(jìn)行高溫熔融。

（3）物化處置線

對于容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且呈液態(tài)的危險廢物，如油水、烴水混合物或乳化液中的油水混合物、廢酸、廢堿進(jìn)行物化處理，處置廢水進(jìn)入廠區(qū)污水處理站后可回用，物化處理產(chǎn)生的壓濾渣則進(jìn)入焚燒系統(tǒng)進(jìn)行焚燒處理。

（一）焚燒處理系統(tǒng)

焚燒處理的危險廢物為工業(yè)危險廢物和醫(yī)療危險廢物。本項目采用“回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐（SNCR 脫硝）+煙氣急冷＋干式脫酸（消石灰與活性炭噴射）+布袋除塵＋兩級濕法脫酸+煙氣再熱+SCR”的危險廢物焚燒及煙氣凈化處理工藝。

工業(yè)危險廢物運(yùn)送至車間后，固體、半固體類危險廢物經(jīng)過破碎等預(yù)處理，直接送入固體廢物儲坑?？煞贌囊后w類危險廢物，根據(jù)其熱值，分別儲存在高、中低熱值廢液儲罐內(nèi)，經(jīng)過濾后泵送至回轉(zhuǎn)窯和二燃室的燃燒模塊。

醫(yī)療廢物以桶裝方式進(jìn)場，卸進(jìn)密封、隔離的醫(yī)療廢物暫存區(qū)。帶桶的醫(yī)療廢物經(jīng)斗式提升機(jī)提升至上下兩級疊放的醫(yī)療廢物專用撕碎機(jī)進(jìn)料斗內(nèi)，經(jīng)撕碎處理后的小粒徑物料直接進(jìn)入帶稱重及密封系統(tǒng)的醫(yī)療廢物儲倉，經(jīng)稱重后的醫(yī)療廢物由設(shè)置于儲倉底部的皮帶輸送至回轉(zhuǎn)窯窯頭鏈板給料倉內(nèi)。

經(jīng)預(yù)處理后的廢物在預(yù)混上料區(qū)根據(jù)實驗室配伍單進(jìn)行配伍混合均勻。散裝廢物的上料采用皮帶輸送機(jī)及鏈板給料機(jī)組合式進(jìn)料，桶裝廢物采用提升機(jī)進(jìn)料。由于工業(yè)危廢與醫(yī)療廢物的性質(zhì)不同，且不能同時處理，設(shè)置兩套不同的給料系統(tǒng)，通過各自的進(jìn)料斗進(jìn)入窯頭。

危險廢物進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯后首先完成加熱、干燥、燃燒過程，此段燃燒過程溫度較低，然后進(jìn)入升溫?fù)]發(fā)及燃盡過程，此過程的時間需要保證大于1小時，且控制溫度在850℃左右。高溫?fù)]發(fā)的可燃?xì)怏w在回轉(zhuǎn)窯中來不及完全燃燒則進(jìn)入二燃室，二燃室的燃燒過程需要保證燃燒溫度在1100℃，且煙氣停留時間超過3秒，以此使有害物質(zhì)充分分解。溫度不達(dá)標(biāo)時，就需要噴入柴油作為輔助燃料，來確保溫度。

從二燃室出來的煙氣進(jìn)入冷卻過程，包括余熱鍋爐和急冷塔。煙氣進(jìn)入余熱鍋爐冷卻爐膛后，依次通過四個通道換熱，煙氣溫度降至約550℃左右。同時在余熱鍋爐預(yù)留SNCR 裝置接口位置，通過尿素泵噴射尿素溶液，以SNCR 工藝去除爐內(nèi)部分NO x。煙氣在急冷塔內(nèi)實現(xiàn)溫度驟降至200℃以下，且時間控制在1秒內(nèi)。

經(jīng)急冷塔降溫后的煙氣進(jìn)入煙氣后處理流程，首先在干式脫酸塔內(nèi)噴入消石灰粉和活性炭粉，將煙氣溫度降到170℃，以此降低煙氣的濕度，起到進(jìn)一步脫酸作用，同時活性炭可吸附煙氣中的重金屬、PCDD/PCDF 等有毒有害成分。然后進(jìn)入布袋除塵器，除去各種粉塵。其后進(jìn)入兩級濕式洗滌塔，經(jīng)水和堿液吸收完成脫酸過程。然后煙氣需要經(jīng)過再加熱過程，使煙氣升溫至300℃后進(jìn)入SCR，將 NOx 還原為N3和H3O。而此時排放煙氣溫度偏高，本項目中又增加了一個換熱器預(yù)熱鍋爐給水，將煙氣降溫至適合溫度，至此煙氣達(dá)到可排放標(biāo)準(zhǔn)，通過煙囪排入大氣。

（二）等離子熔融系統(tǒng)

本項目等離子熔融處置廢物包括本項目自產(chǎn)爐渣、飛灰以及外來酸洗污泥。設(shè)計采用的工藝路線為：廢物預(yù)處理及上料系統(tǒng)+等離子熔融爐+二燃室+（SNCR脫硝）+煙氣急冷＋干式脫酸（消石灰與活性炭噴射）+布袋除塵器+兩級濕法脫酸+煙氣再加熱器+SCR脫硝+煙囪排放。

爐渣、飛灰、外來酸洗污泥以及種輔料（碎玻璃及石灰石）等物料進(jìn)入各自物料緩沖倉，通過控制各自的振動給料機(jī)卸料量，將物料排至皮帶輸送機(jī)上送入混料機(jī)，物料混料完成后通過混料輸送機(jī)提升至進(jìn)料緩沖倉，經(jīng)倉下皮帶稱重給料機(jī)稱量后，通過水冷螺旋入料段輸送入等離子熔融爐。

處置物料運(yùn)送至等離子上料區(qū)，通過螺旋推入等離子熔融爐。有機(jī)成分會在等離子體及高溫作用下裂解氣化，熔融區(qū)溫度達(dá)到1450-1600℃以上，等離子爐出口煙氣達(dá)到950℃以上。在1450-1600℃的反應(yīng)溫度下，無機(jī)物熔融成為液態(tài)，同時向爐內(nèi)添加助熔劑及其它氧化物組分調(diào)節(jié)出渣的形態(tài)，排出無毒無害的玻璃化渣，可二次利用作為建筑材料使用。

等離子爐反應(yīng)生成CO、H2、CH4、HCl等合成氣。合成氣體經(jīng)過二燃室再燃后將合成氣中的有機(jī)成分、CO和H2混合氣氧化成CO2和H2O，并釋放大量的熱。

二燃室溫度及停留時間以及后續(xù)高溫?zé)煔馓幹昧鞒膛c焚燒處置系統(tǒng)處置流程相同，主要為余熱利用及煙氣后處理，不同的是煙氣加熱器將煙氣加熱至200℃，不需要進(jìn)行換熱，二次脫硝后煙氣直接通過煙囪排入大氣。

（三）物化處理系統(tǒng)

物化系統(tǒng)處理的危險廢物主要以廢液為主，本項目物化處理廢物包括烴水混合物或乳化液中油水混合物以及廢酸、廢堿等。

（1）預(yù)處理

廢乳化液、油水混合物

針對廢乳化液、油水混合物的處理工藝為：靜置隔油+破乳+油水分離+絮凝沉淀+板框壓濾，廢酸廢堿經(jīng)酸堿中和后，與油水分離后廢乳化液、油水混合物混合，經(jīng)絮凝沉淀+板框壓濾處理。

廢酸、堿對廢酸廢堿的預(yù)處理，首先需要進(jìn)行酸堿中和，使pH 值在9—10，然后進(jìn)入上述廢乳化液、油水混合物的絮凝沉淀+板框壓濾工藝進(jìn)行處理。

（2）蒸發(fā)處理工藝

經(jīng)預(yù)處理的廢水進(jìn)入雙效蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)處理，采用并流流程。廢水由循環(huán)泵加壓打入一效蒸發(fā)器，同時接入加熱蒸汽，在蒸發(fā)換熱室內(nèi)廢水被加熱至過熱，然后閃蒸出蒸汽作為二效蒸發(fā)器的熱源。廢水在不斷濃縮后，鹽濃度越來越高直至析出，吸鹽泵將一效蒸發(fā)器濃縮后的廢水吸出后進(jìn)行分離，分離后廢水進(jìn)入二效蒸發(fā)器繼續(xù)加熱濃縮，不斷循環(huán)，最終實現(xiàn)水鹽分離。

三、余熱蒸汽系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)窯焚燒和等離子熔融處理后，高溫?zé)煔饣厥諢崃康闹饕侄尉褪抢糜酂徨仩t產(chǎn)生蒸汽。危廢處置項目蒸汽利用的主要途徑有：系統(tǒng)自用、對外供熱、蒸汽發(fā)電以及乏汽換熱供采暖及生活熱水等[4，5]。由于危廢項目的特殊性，地理位置經(jīng)常較為偏僻，故供熱較難實現(xiàn)。而蒸汽發(fā)電初期投資高，主要有螺桿發(fā)電機(jī)組和汽輪發(fā)電機(jī)組兩種。螺桿發(fā)電機(jī)組適應(yīng)性強(qiáng)，但是效率較低，汽輪發(fā)電機(jī)組雖然效率較螺桿發(fā)電機(jī)組高，但是適應(yīng)性沒有螺桿機(jī)組強(qiáng)，且占地面積較大，同時系統(tǒng)比較復(fù)雜，這些原因都制約了危廢項目余熱蒸汽發(fā)電應(yīng)用。

本項目中，余熱鍋爐蒸汽主要為系統(tǒng)自用及冬季供采暖。其中100t/d回轉(zhuǎn)窯焚燒處置線產(chǎn)生蒸汽15.3t/h，30t/d等離子熔融處置線蒸汽0.867t/h，蒸汽參數(shù)均為3.5MPa，244℃（飽和蒸汽），項目的蒸汽系統(tǒng)工藝流程圖如圖1。

圖1 蒸汽系統(tǒng)工藝流程圖

由工藝流程圖可見，設(shè)計工況下，整個焚燒處置項目共產(chǎn)生3.5MPa飽和蒸汽16.17t/h，優(yōu)先保證焚燒系統(tǒng)及等離子系統(tǒng)煙氣加熱及造粒干化等工藝用汽7.31t/h。剩余8.86t/h中壓蒸汽調(diào)壓至0.6MPa，加上煙氣加熱器換熱后的擴(kuò)容產(chǎn)生的低壓閃蒸蒸汽，共9.96t/h，優(yōu)先供除氧器、物化處理工藝及冬季采暖伴熱，剩余蒸汽供一二次風(fēng)空預(yù)器使用，蒸汽量不足時，調(diào)節(jié)一二次風(fēng)空預(yù)器蒸汽入口控制閥，減少蒸汽用量。由于物化處理系統(tǒng)和焚燒處理系統(tǒng)相對獨(dú)立，當(dāng)物化處理系統(tǒng)檢修或者停用時，產(chǎn)生的蒸汽無法利用，仍需設(shè)置備用蒸汽冷凝器，將剩余蒸汽冷凝后回用，此時一二次風(fēng)空預(yù)器可開到最大，故蒸汽冷凝器最大處理量為5.5t/h。

四、結(jié)論

本危險廢棄物集中處置項目，利用了回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝、物化工藝，結(jié)合了金屬固化率高的等離子熔融新技術(shù)，可接收的危廢種類全，體量大，能處置區(qū)域內(nèi)大部分工業(yè)危廢及醫(yī)廢，同時項目將危廢處置產(chǎn)生的爐渣及飛灰等協(xié)同處置，不產(chǎn)生需要二次處置的危險廢棄物，極大地緩解了城市危險廢棄物處置壓力，有利于改善環(huán)境，給城市工業(yè)健康積極發(fā)展提供良好保障。同時在正常運(yùn)行情況下，項目產(chǎn)生的蒸汽能全部自用，減少了能源損失，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。