石秋俊,季 煒,何友雄,牛小頓,趙 聰

(重慶創(chuàng)綠環(huán)境保護(hù)有限公司,重慶 400042)

近年來,快速工業(yè)化導(dǎo)致中國危險廢物產(chǎn)量急劇增加,其中50%以上的危險廢物來自化工、有色金屬冶金和采礦業(yè)三個行業(yè)[1-3]。焚燒技術(shù)具有減容減量明顯、無害化效果好等優(yōu)點(diǎn),通常用于危險廢物處理處置中[4]。鑒于危險廢物焚燒過程中會產(chǎn)生酸性氣體(SOx、HCL和HF等)、重金屬、顆粒物、二噁英以及具有高遷移能力的呋喃等物質(zhì),會對環(huán)境和人體造成長期的危害,國家對危廢焚燒設(shè)施出口煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求越發(fā)嚴(yán)格,焚燒煙氣凈化系統(tǒng)是危險廢物焚燒處理系統(tǒng)的重要組成部分[5-10]。

危廢焚燒煙氣的凈化技術(shù)有干法煙氣凈化技術(shù)、半干法煙氣凈化技術(shù)和濕法煙氣凈化技術(shù)等[11]。其中干法煙氣凈化技術(shù)存在脫酸效率低、藥耗高等缺點(diǎn);半干法煙氣凈化技術(shù)由于噴槍霧化效果差,容易導(dǎo)致塔體結(jié)垢、堵塞和產(chǎn)生脫酸廢水;藥耗高、工藝流程長和產(chǎn)生大量高含鹽脫酸廢水是濕法煙氣凈化技術(shù)的主要痛點(diǎn)問題[12]。因此,發(fā)展脫酸效率高、不產(chǎn)生脫酸廢水、低碳低耗的處理技術(shù)顯得尤其重要。

為解決危廢焚燒煙氣凈化過程中面臨的挑戰(zhàn)與困境,開發(fā)了新型急冷脫酸煙氣凈化工藝,并成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中,可以為行業(yè)內(nèi)提供參考借鑒。下面就結(jié)合工程實(shí)例對新型急冷脫酸工藝進(jìn)行介紹。

1 工藝簡介

新型急冷脫酸工藝由高效急冷脫酸塔、活性炭吸附裝置、布袋除塵器、單級濕法塔、煙囪等幾部分組成。

危險廢物經(jīng)焚燒處理后會在二燃室產(chǎn)生含有SO2、HCl、HF等酸性氣體的高溫?zé)煔?溫度>1 100℃),高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐熱交換和脫硝后溫度在500～550℃之間,煙氣自余熱鍋爐出口進(jìn)入高效急冷脫酸塔,同步實(shí)現(xiàn)高溫?zé)煔饧崩浜兔撍峁δ堋?/p>

經(jīng)高效急冷脫酸塔處理后的煙氣溫度在180～200℃之間,煙氣與活性炭混合后進(jìn)入布袋除塵器進(jìn)一步去除煙氣中的粉塵和顆粒物,處理達(dá)標(biāo)后的煙氣通過煙囪排出。該工藝配有一級濕法塔,是工藝系統(tǒng)的后端保障,作為工藝系統(tǒng)兜底應(yīng)急使用,產(chǎn)生的廢水進(jìn)入制漿系統(tǒng)中用于配置急冷脫酸堿液,整個急冷脫酸工藝系統(tǒng)不排出廢水。

高效急冷脫酸塔結(jié)構(gòu)由圖2所示。布風(fēng)器葉片呈45°,高速旋轉(zhuǎn)霧化器(轉(zhuǎn)速可達(dá)13 500 r/min)和布風(fēng)器使進(jìn)入塔內(nèi)的高溫?zé)煔馀c高速旋轉(zhuǎn)霧化后的微米級Na2CO3堿液霧滴(30～80 μm)在極短距離內(nèi)完全有效混合,達(dá)到瞬間急冷和脫酸的目的。塔內(nèi)增設(shè)的干粉脫酸系統(tǒng)彌補(bǔ)了塔內(nèi)霧化堿液空穴區(qū)域,增強(qiáng)了脫酸效率,保證高效急冷脫酸塔脫酸效率≥95%。該工藝可根據(jù)焚燒物料情況實(shí)時精確控制堿液噴入量,同時因?yàn)槲⒚准夓F滴蒸發(fā)面積大、蒸發(fā)時間短,在塔內(nèi)實(shí)現(xiàn)了液相至氣相或固相的快速轉(zhuǎn)變,既充分滿足了環(huán)保要求,又避免了高鹽脫酸廢水的產(chǎn)生,達(dá)到脫酸效率和急冷降溫的平衡。

1-焚燒裝置;2-余熱鍋爐;3-高效急冷脫酸塔;4-活性炭吸附裝置;5-布袋除塵器;6-旋風(fēng)除塵裝置;7-濕法脫酸塔;8-煙囪;9-堿液制備儲存裝置圖1 新型急冷脫酸工藝流程圖

1-布風(fēng)器;2-螺旋進(jìn)風(fēng)裝置;3-高速旋轉(zhuǎn)霧化器;4-塔主體上蓋裝置;5-塔主體直筒裝置;6-塔主體錐筒裝置圖2 高效急冷脫酸塔結(jié)構(gòu)圖

1.1 急冷脫酸塔的主要化學(xué)反應(yīng)

在高效急冷脫酸塔中完成的主要化學(xué)反應(yīng)為:

SO2與堿液反應(yīng)

SO2+H2O→H2SO3

H2SO3+ Na2CO3→Na2SO3+ H2O+CO2

Na2SO3+SO2+ H2O→2NaHSO3

與其他酸性物質(zhì)(如SO3、HF、HCl)的反應(yīng)

SO3+ Na2CO3→Na2SO4+ CO2

2HF+ Na2CO3→2NaF+ H2O + CO2

2HCl+ Na2CO3→2NaCl+ H2O + CO2

1.2 急冷脫酸塔控制邏輯

參與反應(yīng)的Na2CO3物料,由人工計量定量加入攪拌罐中,與水配制成20%濃度的濃液;攪拌罐中的濃液和清水罐中的清水分別用變頻泵根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要,按一定的比例泵入混合罐中配置成確定濃度的漿液;混合罐中的漿液用螺桿變頻泵輸送至霧化器使用。攪拌罐、混合罐均具備水溫測量并自動連鎖蒸汽加熱功能。兩個攪拌罐可自動切換,始終保證至少一個罐配置好的堿液備用,以保證系統(tǒng)需求。

高效急冷脫酸塔控制邏輯圖詳見圖3。

圖3 高效急冷脫酸塔控制邏輯圖

2 煙氣凈化工藝對比

下面從工藝流程、煙氣凈化效果、煙氣凈化成本和飛灰產(chǎn)生率四方面對兩級濕法脫酸組合工藝與新型急冷脫酸工藝進(jìn)行比較。

2.1 工藝流程對比

兩級濕法脫酸組合工藝和新型急冷脫酸工藝對比如圖4。

圖4 兩工藝流程對比圖

兩級濕法脫酸組合工藝是目前危廢焚燒煙氣凈化的主流工藝,包含急冷塔、干法反應(yīng)塔、活性炭吸附裝置、布袋除塵器、兩級濕法塔以及煙氣排放裝置[4],其脫酸效率可以達(dá)到99%以上[13-14]。兩級濕法組合工藝煙氣凈化流程為焚燒煙氣通過余熱鍋爐作用后進(jìn)入急冷塔急冷,使煙氣溫度控制在180～200℃,隨后煙氣進(jìn)入干法塔去除一部分煙氣中的酸性物質(zhì),經(jīng)活性炭吸附后,進(jìn)入布袋除塵器去除顆粒物和粉塵,再進(jìn)入兩級濕法塔與NaOH溶液充分反應(yīng),完成煙氣凈化,達(dá)標(biāo)排放。該工藝能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放,廣泛適用于危廢焚燒煙氣凈化系統(tǒng)提標(biāo)改造及新建項(xiàng)目中,但存在工藝流程長、脫酸廢水產(chǎn)生量大、凈化成本高等缺點(diǎn)[11]。

新型急冷脫酸工藝作為煙氣主體凈化工藝應(yīng)用于危廢焚燒煙氣凈化過程中,尚屬行業(yè)首次。該工藝中高效急冷脫酸塔代替了兩級濕法組合工藝中的急冷塔、干法塔和兩級濕法塔功能,同步實(shí)現(xiàn)了急冷和脫酸功能,脫酸效率達(dá)到95%以上。該工藝工藝流程短,脫酸效率高,對煙氣工況適應(yīng)性強(qiáng),不產(chǎn)生脫酸廢水等優(yōu)勢。

綜上,新型急冷脫酸工藝在工藝流程長短及脫酸廢水產(chǎn)生等方面占有優(yōu)勢。

2.2 煙氣凈化效果對比

對采用兩級濕法脫酸組合工藝和新型急冷脫酸工藝的兩條危廢焚燒生產(chǎn)線煙氣排放口處煙氣指標(biāo)日均值進(jìn)行收集統(tǒng)計,其與《危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》比較結(jié)果如表1,兩煙氣凈化工藝入口污染物指標(biāo)控制值對比如表2。

表1 危險廢物焚燒設(shè)施煙氣污染物排放濃度限值與實(shí)際工程煙氣出口實(shí)測日均值對比表

表2 兩煙氣凈化工藝入口污染物指標(biāo)控制值對比表

由表1可知,兩種煙氣凈化工藝的煙氣污染物排放指標(biāo)均滿足最新《危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB 18484-2020》[10]標(biāo)準(zhǔn)污染物濃度限值要求。同時由表2可知,濕式為主體的組合工藝,其煙氣污染物去除能力整體大于新型急冷脫酸工藝,同時整體凈化效率高,凈化效果好,但該工藝會產(chǎn)生大量難處理脫酸廢水,同時工藝流程加長使設(shè)備故障率提升。

2.3 煙氣凈化成本對比

從藥耗、水耗、電耗三個方面對兩煙氣凈化工藝煙氣凈化成本進(jìn)行對比,如表3所示。新型急冷脫酸工藝,單噸危廢煙氣凈化成本為152.65元/t;兩級濕法脫酸組合工藝,單噸危廢煙氣凈化成本為270.7元/t。據(jù)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行統(tǒng)計,每焚燒1 t危廢會產(chǎn)生0.3～0.5 t脫酸廢水,脫酸廢水的含鹽量約5%～7%,委外剛性填埋處置廢鹽的成本約4 000元/t,僅計算處理脫酸廢水中析出的廢鹽成本,危廢焚燒噸成本會增加約96元。綜上,新型急冷脫酸工藝煙氣凈化成本占優(yōu)。

表3 兩煙氣凈化工藝煙氣凈化成本對比表

相同處置規(guī)模,新型急冷脫酸工藝的建設(shè)投資成本在1 500～1 700萬之間,兩級濕法工藝由于工藝流程長,工藝設(shè)備增加,建設(shè)投資成本約2 000萬,從投資角度考慮新型急冷脫酸工藝占優(yōu)。

2.4 飛灰產(chǎn)生率對比

將采用兩級濕法脫酸組合工藝與采用新型急冷脫酸工藝的兩條危廢焚燒生產(chǎn)線飛灰月平均產(chǎn)生率進(jìn)行對比,如圖5所示。

圖5 兩煙氣凈化工藝飛灰產(chǎn)率對比

從圖所知,兩級濕法脫酸組合工藝的產(chǎn)灰率整體高于新型急冷脫酸工藝。因?yàn)閮杉墲穹撍峤M合工藝中干法脫酸塔會噴入過量的Ca(OH)2粉末進(jìn)行脫酸反應(yīng),導(dǎo)致飛灰產(chǎn)生量增加;新型急冷脫酸工藝能根據(jù)焚燒物料的實(shí)時情況調(diào)整漿液噴入量和漿液濃度,滿足煙氣達(dá)標(biāo)排放的同時減少飛灰產(chǎn)生量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中,因?yàn)轱w灰的鹽含量在50%～75%之間,不滿足《危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB 18598-2019》[15]中柔性填埋處置標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致飛灰實(shí)際處置成本較高[8]。飛灰產(chǎn)生量的減少,可以減少危廢焚燒處置的運(yùn)行成本。

通過以上分析,將兩種煙氣凈化工藝的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行匯總,如表4所示。

表4 兩煙氣凈化工藝優(yōu)缺點(diǎn)對比表

在煙氣處理達(dá)標(biāo)排放方面,兩工藝都能很好滿足污染物排放要求,但新型急冷脫酸煙氣凈化工藝在工藝流程長短、生產(chǎn)運(yùn)行成本、建設(shè)投資、占地面積及副產(chǎn)物產(chǎn)生等方面均比兩級濕法脫酸組合工藝更具有優(yōu)勢,為危廢焚燒煙氣凈化工藝提供了新的選擇。

4 結(jié)論

(1)新型急冷脫酸工藝,改變了危廢焚燒煙氣以濕法工藝為主體的處理模式,可以縮短工藝流程,改善生產(chǎn)環(huán)境,無脫酸廢水產(chǎn)生,減少生產(chǎn)運(yùn)行成本,煙氣污染物的排放濃度符合GB 18484-2020排放要求。

(2)核心裝備高效急冷脫酸塔能同步實(shí)現(xiàn)高效率的急冷、脫酸效果,酸性氣體去除率高達(dá)95%以上。

(3)通過探討新型急冷脫酸工藝在危廢焚燒煙氣凈化中的應(yīng)用,對其他危險廢物焚燒煙氣凈化項(xiàng)目具有一定的指導(dǎo)意義。