劉飛

（上海叢麟環(huán)保科技股份有限公司，上海 201100）

典型的綜合性危廢處置與資源化工廠以焚燒系統(tǒng)為核心，綜合廢物分揀、廢酸堿處置或再生、廢溶劑再生、廢礦物油再生、廢包裝容器再生、廢活性炭再生等多種工藝圍繞，倉(cāng)儲(chǔ)、公用工程站等公輔工程統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)。配套建設(shè)余熱發(fā)電的焚燒系統(tǒng)既可作為全廠的能源供應(yīng)中心，又可成為全廠的三廢處置中心。

目前常見的焚燒系統(tǒng)采用“回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱回收+急冷+煙氣凈化”[1]的流程，在廢氣處理方面，能接入焚燒系統(tǒng)的廢氣利用焚燒過程的熱分解及煙氣凈化功能實(shí)現(xiàn)凈化，對(duì)VOCs 類廢氣有很高的凈化效率。

1 不同類型廢氣的特征

以上海某工廠為例，其利用焚燒系統(tǒng)對(duì)廢氣進(jìn)行協(xié)同處置。分析其中來自危廢儲(chǔ)坑、廢礦物油再生、倉(cāng)儲(chǔ)等的幾股主要廢氣，情況如表1。針對(duì)不同特性的廢氣，需要采用不同的輸送方式，并評(píng)估各自對(duì)焚燒系統(tǒng)的影響。

表1 利用焚燒系統(tǒng)協(xié)同處置的幾種主要廢氣情況

2 廢氣的分類輸送

2.1 利用焚燒系統(tǒng)處置廢氣的路徑

進(jìn)入焚燒系統(tǒng)處置的廢氣有兩條途徑，一是先送入儲(chǔ)坑，再由配套的助燃、補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)抽送入回轉(zhuǎn)窯或二燃室；二是直接送入二燃室處置。如圖1所示。

圖1 利用焚燒系統(tǒng)處置廢氣的路徑

2.2 大風(fēng)量低濃度廢氣

此類廢氣多來自于倉(cāng)庫(kù)等開放空間，根據(jù)環(huán)保要求將無(wú)組織變有組織收集與處理，其VOCs 濃度通常在100×10-6以下，其輸送相對(duì)安全，可用離心風(fēng)機(jī)送往焚燒系統(tǒng)。

對(duì)于此類廢氣量的確定目前缺少明確的規(guī)定。參照HG/T 20698《化工采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》的附錄，列出了各類化學(xué)物質(zhì)及場(chǎng)所的換氣量算法，但在實(shí)際應(yīng)用中限于成分復(fù)雜、空間布局等較難應(yīng)用，往往造成風(fēng)量過大，在經(jīng)濟(jì)性上難以平衡。

源頭減量是此類廢氣關(guān)注的重點(diǎn)。倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的危廢來料包裝即較完好的，入庫(kù)前可再包覆塑料膜防止無(wú)組織揮發(fā)。對(duì)于包裝物破損的或散裝的，在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)規(guī)劃小空間的隔間存放。在源頭控制合理的情況下，整體開放空間可采用較小的換氣次數(shù)，僅對(duì)局部小隔間適當(dāng)提高換次次數(shù)。此類廢氣的收集管道可考慮薄壁鍍鋅風(fēng)管或薄壁不銹鋼管，并在低點(diǎn)及長(zhǎng)距離輸送的適當(dāng)距離設(shè)置凝液倒排管。

2.3 高濃度可燃工藝廢氣

以廢礦物油再生工藝為例，在正常生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，整體處于真空狀態(tài)，最高溫度可達(dá)到350 ℃以上，此時(shí)廢礦物油中的低沸點(diǎn)組分、裂解氣等進(jìn)入廢氣管路。其工藝廢氣是小氣量、高濃度、異味、低氧含量的可燃?xì)怏w。

此類廢氣本身處于遠(yuǎn)高于爆炸極限上限的狀態(tài)，應(yīng)避免混入其他低濃度廢氣或空氣避開其爆炸極限的危險(xiǎn)范圍。故其不適合送入儲(chǔ)坑混風(fēng)，應(yīng)在條件允許時(shí)直接送入二燃室焚燒處置。廢氣管道宜采用金屬材質(zhì)焊接管道，做好防靜電跨接與接地，并在管路的低點(diǎn)設(shè)置凝液倒排支管。

廢氣直接送入二燃室時(shí)應(yīng)考慮避免回火的措施。對(duì)于小氣量的廢氣可采用蒸汽引射器的方式入爐，用低壓蒸汽作為動(dòng)力源，同時(shí)在廢氣吸入端增加阻火器，輸送流程如圖2所示。通過蒸汽引射方式噴入的可燃廢氣應(yīng)綜合評(píng)估熱量平衡。

圖2 可燃廢氣輸送系統(tǒng)

2.4 儲(chǔ)罐區(qū)廢氣

儲(chǔ)罐根據(jù)存儲(chǔ)的物料性質(zhì)分為甲、乙、丙類等，根據(jù)環(huán)評(píng)類文件要求，甲乙類采用浮頂式儲(chǔ)罐并配置呼吸閥，呼吸尾氣一般不再處置，丙類物料采用固定頂儲(chǔ)罐的呼吸閥尾氣則要求進(jìn)一步收集、處置。危廢處置企業(yè)的丙類混雜物料的成分存在不確定性，故在丙類固定頂儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)時(shí)建議增加氮封保護(hù)，以提高儲(chǔ)罐本身及廢氣收集、轉(zhuǎn)輸過程的安全性。

可燃?xì)怏w爆炸的三要素：（1）可燃?xì)怏w含量處于爆炸極限的上下限之間；（2）一定的氧氣含量；（3）靜電、明火等足夠能量的點(diǎn)燃源?；祀s廢液成分的不確定性導(dǎo)致了爆炸極限的不確定，故想通過控制濃度防止危險(xiǎn)難以實(shí)現(xiàn)。氧含量控制的有效途徑可通過補(bǔ)充氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)。排除靜電可通過接地、倒排實(shí)現(xiàn)，在選材時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用金屬材質(zhì)。防明火主要考慮廢氣送入焚燒爐時(shí)，需設(shè)置阻火器防止回火引起火災(zāi)隨管路系統(tǒng)向上游蔓延?；旌衔锪蟽?chǔ)罐廢氣收集、輸送及處置可參考《管道系統(tǒng)內(nèi)氣體混合物爆炸防護(hù)指南》[2]和《爆炸預(yù)防系統(tǒng)》[3]。

3 焚燒系統(tǒng)協(xié)同處置廢氣

3.1 焚燒系統(tǒng)所需風(fēng)量

各單元產(chǎn)生的廢氣可用于焚燒系統(tǒng)的助燃補(bǔ)風(fēng)，高濃度可燃廢氣同時(shí)可起到補(bǔ)充熱量的作用。在確保安全輸送、風(fēng)量平衡等前提下，利用焚燒爐協(xié)同處置各類廢氣能實(shí)現(xiàn)高效的凈化作用。

分析一些焚燒線的理論設(shè)計(jì)文件，助燃補(bǔ)風(fēng)所需的小時(shí)標(biāo)態(tài)空氣量與焚燒線年處置噸數(shù)近似為1∶1 的關(guān)系，例如某處置能力5 萬(wàn)t/a 的焚燒線，在表2所述物料組成時(shí)，其所需助燃補(bǔ)風(fēng)總量約49 000 Nm3/h，考慮實(shí)際物料成分的變動(dòng)及操作習(xí)慣等，所需風(fēng)量可按0.6～0.8 的系數(shù)折算。

表2 擬焚燒物料元素組成%

如圖1所示，助燃風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)風(fēng)機(jī)從儲(chǔ)坑抽取所需空氣，送往回轉(zhuǎn)窯及二燃室，其主要作用是防止儲(chǔ)坑本身的無(wú)組織廢氣逸散。當(dāng)防逸散的風(fēng)量有富余時(shí)，可引入其他廢氣，故研究如何減少儲(chǔ)坑無(wú)組織廢氣防逸散所需風(fēng)量有很大意義。

3.2 儲(chǔ)坑無(wú)組織廢氣防逸散

危廢經(jīng)分選、破碎后暫存于儲(chǔ)坑內(nèi)，根據(jù)處置計(jì)劃由行車抓斗轉(zhuǎn)至進(jìn)料系統(tǒng)，再送入焚燒爐內(nèi)焚燒處置。儲(chǔ)坑的特點(diǎn)是空間大、散堆廢料多、物料混雜、內(nèi)部異味大，且與操作室、焚燒車間、外環(huán)境都有連接，故防止異味逸散十分重要。

目前對(duì)于儲(chǔ)坑廢氣防逸散問題，雖然要求保持微負(fù)壓，但就需要控制的負(fù)壓值及如何控制微負(fù)壓缺少明確的設(shè)計(jì)規(guī)范或技術(shù)要求。徐銘明在用CFD 軟件模擬一個(gè)空間96 492 m3，設(shè)有8 處3.8 m×5 m 的卸料門的垃圾庫(kù)時(shí)，在換氣次數(shù)1.37 次/h，開啟一扇卸料門，庫(kù)內(nèi)平均負(fù)壓為-1.85 Pa[4]。姚瓏璐在模擬一個(gè)空間59 967 m3，設(shè)有4 處3.8 m×5 m 的卸料門的垃圾倉(cāng)時(shí)，認(rèn)為保持-30 Pa 的負(fù)壓，在開啟1、2、4 扇門的情況下對(duì)應(yīng)的換氣次數(shù)是1.54、1.98 和2.34（次/h）[5]。

本案例的儲(chǔ)坑總空間約17 900 m3，設(shè)有3 處4 m×5 m 的卸料卷簾門，正常生產(chǎn)時(shí)只開啟一扇門到3 m 高左右。用類比法將儲(chǔ)坑比作一個(gè)大型通風(fēng)柜，參照《廢氣處理工程技術(shù)手冊(cè)》，控制開啟處的面平均風(fēng)速在0.5 m/s 左右，安全系數(shù)1.1，需要的風(fēng)量為23 760 m3/h，相當(dāng)于換氣次數(shù)為1.33 次/h。

當(dāng)儲(chǔ)坑整體的密閉效果更好時(shí)，防逸散所需的風(fēng)量也更小。除了考慮需要開啟的卸料門外，需要盡量減少其他可能存在的漏風(fēng)點(diǎn)。與儲(chǔ)坑相連的主要漏風(fēng)點(diǎn)可能有以下幾處：各卸料門、行車平臺(tái)檢修門、上部卸爆窗、抓斗操作室觀察窗、屋頂板等處。卸料門、檢修門除在作業(yè)時(shí)必須開啟外，正常情況應(yīng)保持關(guān)閉狀態(tài)。上部卸爆窗在有條件的情況下可考慮采用塑料膜，借助塑料膜的外凸或內(nèi)凹情況便于直觀判斷儲(chǔ)坑內(nèi)的正壓或負(fù)壓狀態(tài)，但需注意定期維護(hù)及時(shí)修復(fù)破損的膜片。屋頂板的設(shè)計(jì)選項(xiàng)需要注意，儲(chǔ)坑通常跨度大，有些設(shè)計(jì)采用鋼網(wǎng)架上覆彩鋼板的做法，雖然成本相對(duì)低，但是彩鋼板的密封性差，有條件時(shí)可采用壓型鋼板及鋼筋混凝土復(fù)合屋面。

大空間儲(chǔ)坑內(nèi)的氣流狀態(tài)復(fù)雜，在卸料門附近易形成渦流，外界風(fēng)量的引入會(huì)使復(fù)雜性加劇。廢氣通過離心風(fēng)機(jī)送入儲(chǔ)坑，風(fēng)機(jī)選型上需注意風(fēng)壓，出口余壓及風(fēng)速盡可能控制低，可采用分布式靜壓箱形式多點(diǎn)出風(fēng)。往外吸風(fēng)的風(fēng)口也宜上下分布式設(shè)置，兼顧不同密度的廢氣。儲(chǔ)坑本身應(yīng)另設(shè)置一套備用廢氣處理系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)焚燒系統(tǒng)停機(jī)檢修的情況。

4 經(jīng)濟(jì)效益分析

以設(shè)計(jì)規(guī)模2×5 萬(wàn)t/a 的焚燒系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)所需的助燃補(bǔ)風(fēng)總量約10 萬(wàn)Nm3/h，結(jié)合運(yùn)營(yíng)折算系數(shù)，折算總需風(fēng)量約7 萬(wàn)Nm3/h。兩條焚燒線共用一處空間17 900 m3的儲(chǔ)坑，儲(chǔ)坑本身按換氣次數(shù)1.5 次/h 設(shè)計(jì)，換氣所需風(fēng)量為26 850 Nm3/h。則富余可接入的風(fēng)量為43 150 Nm3/h。

以一套大風(fēng)量低VOCs 濃度的廢氣處理裝置舉例，按40 000 Nm3/h 設(shè)計(jì)規(guī)模，采用“堿噴淋+水氣分離+活性炭吸附”工藝，要求將VOCs 濃度從100 mg/Nm3處理至50 mg/Nm3。能耗分析如下。

4.1 電耗：引風(fēng)機(jī)功率75 kW，堿噴淋循環(huán)泵11 kW，工業(yè)電單價(jià)0.75 元/kWh，年電費(fèi)56.50 萬(wàn)元。

4.2 水耗：水箱容積10 m3，每周更換一次，工業(yè)水單價(jià)5 元/t，年水費(fèi)0.26 萬(wàn)元。

4.3 濾材消耗：F6 中效濾袋、F9 干式濾袋，更換周期15 d，單次費(fèi)用1 萬(wàn)元，年更換費(fèi)用25 萬(wàn)元。

4.4 活性炭消耗：裝填量5 t，吸附容量15%，更換周期15 d，活性炭單價(jià)6 500 元/t，年更換費(fèi)用81.26 萬(wàn)元。

4.5 廢水處置：廠內(nèi)自有廢水站處置單價(jià)5 元/t，年處置費(fèi)0.26 萬(wàn)元。

4.6 固廢處置：占用焚燒處置量約130 t/a，外接業(yè)務(wù)均價(jià)4 000 元/t，影響年外接業(yè)務(wù)52 萬(wàn)元。

綜上分析，獨(dú)立的廢氣裝置年直接費(fèi)用163.28 萬(wàn)元，影響外接焚燒業(yè)務(wù)52 萬(wàn)元。如并入焚燒協(xié)同處置，僅需保留引風(fēng)機(jī)，且功率可調(diào)整至55 kW，綜合每年可節(jié)約直接費(fèi)用127.14 萬(wàn)元，同時(shí)可釋放出130 t/a 的焚燒產(chǎn)能。

5 結(jié)論

5.1 危廢焚燒系統(tǒng)協(xié)同處置各類生產(chǎn)廢氣，在處置原理及實(shí)際應(yīng)用上均有可行性，在實(shí)現(xiàn)廢氣處置目的的同時(shí)，應(yīng)多關(guān)注安全性。

5.2 不同特性的廢氣應(yīng)注意分類收集、輸送，大風(fēng)量低VOCs 濃度的廢氣可并入儲(chǔ)坑后作為焚燒爐的助燃補(bǔ)風(fēng)；VOCs 濃度難以確定或濃度極高的廢氣宜直接送入焚燒爐，并評(píng)估其對(duì)焚燒本身的影響?；祀s類可燃廢液儲(chǔ)罐的呼吸廢氣宜采用氮?dú)獗Ｗo(hù)。

5.3 利用協(xié)同處置方式前應(yīng)做好焚燒系統(tǒng)風(fēng)量、熱量平衡評(píng)估，需注意控制儲(chǔ)坑各關(guān)聯(lián)處的漏風(fēng)情況，以使能送入焚燒系統(tǒng)的廢氣量更多。

5.4 合理考慮焚燒系統(tǒng)與其他裝置的生產(chǎn)調(diào)度，應(yīng)設(shè)有必要的備用廢氣處理裝置。

5.5 協(xié)同處置在經(jīng)濟(jì)上有可觀的效益，且不占用焚燒產(chǎn)能。