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[工艺技术]探讨危险废物焚烧处置工艺进料配伍

时间:2022/04/12  点击:424


       

本文发表于《中国化工贸易·中旬刊》 2020年7期

摘 要:本文研究基于焚烧处置中常见有害物质形成原理分析,在简要探讨进料配伍目的和多级进料配伍原理的基础上,重点对进料配伍的方法注意的问题进行了研究。

关键词:危险废物;焚烧处置;进料配伍

1 引言

根据国家有关标准鉴定为危险废物,或者已经被国家危险废物名录收入的,具有一定腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或感染性的物质,统称为危险废物。危险废物通常包括涂料废物,工业处理污泥,重金属废物,废矿物油,废有机溶剂等。随着我国经济快速发展,国内危险废物总体规模逐年上升,来源广泛,种类繁多,对危险废物的处置提出了巨大挑战。焚烧工艺以其明显的减量效果和较强的适应性,逐渐成为危险废物处置的主要方式之一。

2 焚烧处置中常见有害物质形成原理分析

2.1 氯化物形成原理

废物焚烧过程中产生的毒性有机氯化物主要是二恶英类,包括多氯代二苯并呋喃(PCDFs)和多氯代二苯一对一二恶英(PCDDs),主要来自两条途径:废物本身、炉内形成。①废物本身。焚烧危险废物本身就可能含有PCDDs/PCDFs类物质。危险工业废物成分相当复杂,加上分类管理混乱,废物中不可避免含有PCDDs/PCDFs类物质;②炉内形成。废物在焚烧过程中,可能会先形成部分燃烧不完全的碳氢化合物,当系统温度不稳定,这些碳氢化合物未能及时分解为水和二氧化碳时,就可能与废物或废气中的氯化物结合形成PCDDs/PCDFs等物质。

2.2 酸性气体形成原理

废物焚烧产生的酸性气体主要包括二氧化硫、氯化氢和氟化氢,上述气体多是由参与反应的危险废物中含有的硫元素,氯元素和氟元素在高温下发生氧化反应产生的。

2.3 氮氧化物形成原理

危險废物焚烧过程中产生的氮氧化物主要有两个来源,一个是在高温焚烧条件下,空气中的氮气与氧气发生反应,形成氮氧化物;另一个来源是,危险废物中含有的氮元素在反应过程中转化为氮氧化物。统计数据显示,空气中氮气参与反应形成的氮氧化物较少,氮氧化物主要是废物中含有的氮元素产生的。

2.4 一氧化碳产生原理

通常情况下,一氧化碳是废物在回转窑内燃烧不充分的产物,在氧气供给不足时,焚烧过程可能产成一氧化碳。

3 进料配伍的目的

焚烧过程中的进料配伍指的是,在焚烧之前对参与焚烧的物质,开展水分、灰分、挥发分、热值等相应性质的分析,并完成形态成分的均质化处理。进料配伍的目的是实现均衡平衡燃烧,并使燃烧组份稳定可控。研究表明,科学的配伍能够有效延长焚烧设备使用周期,降低焚烧处理的成本,提升焚烧过程的稳定性,并降低有毒有害物质产生的概率。除此之外,部分学者也提出,通过进料配伍,可以有效控制氯化物、重金属和含氯有机废物在焚烧过程中对设备的腐蚀,提升耐火材料的使用寿命。

4 危险废物焚烧处置工艺进料多级配伍

由于我国危险废物来源广泛,种类繁多,参与焚烧处理的物质较为复杂,导致多级配伍难度较大。通常情况下,国内处理厂商使用三级配伍方式,提升配伍的科学性。

一级配伍:废物焚烧处置中的一级配伍指的是在充分调研危险废物产量、行业特点、系统运行状况和仓储能力的基础上,对入场废物的数量、频率和类别进行控制,满足处置单位处理能力和废物处置市场的需求。一级配伍是后续配伍的基础。

二级配伍指的是在危险废物入场之后,通过对不同批次物料的重金属含量、氯元素含量、硫元素含量、水分含量和热值等各类信息进行统计,并依据测试结果,最终确定搭配物料的方案。此次配伍是基于库存物料的不同性质,目的在于稀释污染因子,规避特殊反应,同时均衡热值。通常情况下,二级配伍是配伍过程的核心,有关单位应进行深入的研究。但是也应注意到二级配伍容易受到市场因素的影响,难处理的废物长期积压也会增加安全隐患。

三级配伍指的是通过对危险废物的破碎和搅匀,并在焚烧系统内进行最终混合,称之为三级配伍。通常情况下,三级配伍为最终配伍方式,是整个配伍过程中与废物中的危险物质接触最多的环节,对于现场操作人员的危险性也最高,相关单位应制定科学的安全防护措施。与此同时,为确保最终的配伍方案,满足焚烧处置工艺的要求,应安排相应的检测人员依据最终检测结果进行适时调整。

5 配伍方法

在配伍中常用的原则包括相容性原则,热值匹配原则,形态分析原则和污染因子分析,在实际的工作环境中,可依据现实条件进行相应的搭配。

5.1 相容性配伍

危险废物焚烧处置中的配伍,首先应考虑危险废物的相容性。这就要求在危险废物入炉之前了解处置废物的性能和特性,尤其是在入场的危险废物种类较多时。按照相容性配伍原则,可以避免危险废物之间发生聚合反应,产生有毒有害物质,科学控制各种废物之间的相互反应,避免温度升高甚至火灾爆炸等危险后果,做到防患于未然。

5.2 热值配伍

热值配伍原则要求入炉的危险废物可能产生的热量,在设计范围内保证焚烧装置的安全。危险废物热值越高,则其中含有的可燃烧组分越多,焚烧过程产生的热量越多,越容易进行焚烧处理;但是也应注意到当热值超过设计范围时,一方面会产生更多的烟气,导致废物燃烧不充分而生成过多的一氧化碳,另一方面,温度过高会促使废料形成熔渣腐蚀耐火材料,以至于影响焚烧装置内耐火材料的使用寿命。

5.3 形态性质配伍

通常情况下,危险废物多以固态形式出现,大块固体,粉状和膏状是常见的形式。在入炉进行焚烧处理之前,应根据物料的形态和包装方式进行预处理。对于桶装或者散装的固态废物,通常要求进入焚烧装置长宽高控制在30cm以内,最佳的尺寸范围是10~15cm。尺寸较大的危险废物需要行破碎处理,散装危险废物可使用吨包袋包装,通过叉车进行装运,医疗类废物需单独使用医疗提升机。液态废物可直接焚烧也可转包后焚烧。在混合不同液体时,应逐一进行相容性测试,避免混合过程中沉淀、发热或者产气,通常情况下可依据热值高低、粘度高低、硫氯含量等因素进行分类,在作业时避免将性质差异较大的液体混合。粉末状的危险废物在混合过程中应格外注意扬尘,过高的粉末浓度可能导致不完全燃烧甚至发生爆炸。建议在实际操作过程中使用小袋或者小桶包装,将粉末类危险废物少量多次的入炉焚烧。

5.4 污染因子配伍

为控制焚烧过程中产生的有毒有害物质,可依据危险废物焚烧,污染控制标准,从烟气达标和焚烧稳定两个指标入手,科学配伍危险废物中的重金属、硫、氯、氟等污染因子。通过污染因子配伍,主要可实现以下目的:①对卤素化合物进行配伍,可减少氟化氢和氯化氢等腐蚀性气体,避免对耐火材料的腐蚀,焚烧装置的使用时间;②对氯元素进行配伍,实现源头上对二恶英的控制;③对金属类盐进行配伍,错开卤族元素和碱性金属元素进入焚烧系统的时间,降低低熔点物质(主要包括钠盐和钾盐等物质)的产生,避免对燃烧装置的腐蚀;④均衡配伍多链有机物,一方面满足燃烧速度,一方面有效控制一氧化碳。总体而言,一般的污染因子配伍要求,硫元素控制在2.5%以内,碱金属控制在0.3%以内,氟元素控制在1%以内,氯元素控制在3%以内。

6 结语

通过上文的分析,可以看到我国危险废物成分复杂,来源多样,在实际配伍中,需充分考虑挥发分、热值、包装等方面因素,同时考虑废料的相容性、形态性质、污染因子等特性进行综合配伍分析。在日益严苛的焚烧处置排放标准要求下,进一步提升焚烧处置工艺对废料的适用性,并通过合理的配伍以提升焚烧处置能力,降低环境污染,是现阶段危险废物焚烧处置中的重要问题。

参考文献:

[1]褚衍旭,高勇,李东,叶志成.危险废物焚烧处置工艺进料配伍研究[J].环境与可持续发展,2018,43(06):165-167.

[2]刘国勇.危险工业废物焚烧处置工艺概述及焚烧配伍[J].科技创新导报,2017,14(21):115-116.

作者简介:

马金辉(1980- ),性别:男,民族:汉,籍贯:山东省青岛市,学历:研究生;现有职称:中级工程师,研究方向:固体废物处置。


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2022/04/12

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