危廢焚燒處置技術(shù)淺析

危廢焚燒處置技術(shù)淺析摘要：危急廢物種類繁多，產(chǎn)生量巨大，但目前無害化處理率較低。隨著國家政策趨嚴(yán)，危廢處理處置的剛性需求進(jìn)一步加大，無害化處置市場進(jìn)一步釋放，前景寬闊。本文從處置效果、投資運(yùn)行成本等方面對現(xiàn)有的焚燒處置技術(shù)進(jìn)行了對比分析，猜測了將來危急廢物焚燒處置技術(shù)可能的進(jìn)展趨勢。危急廢物具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性、感染性等，目前，列入《國家危急廢物名錄》的危廢有46大類別479種。2016年我國危廢產(chǎn)生量統(tǒng)計(jì)值為6937萬噸，其中資源化綜合利用、無害化處置以及貯存占比分別為58%、37%和5%，實(shí)際預(yù)估量超過1億噸/年。2018年，生態(tài)環(huán)境部的“清廢行動(dòng)2018”;工信部的長江經(jīng)濟(jì)帶工業(yè)綠色進(jìn)展、工業(yè)固體廢物綜合利用大排查;海關(guān)的打擊“洋垃圾”走私等行動(dòng)，刺激了危廢處置市場空間的釋放，提升了危廢處理處置的剛性需求。國內(nèi)危急廢物的處置方式包括資源化利用和無害化處置。資源化利用經(jīng)過多年進(jìn)展已相對穩(wěn)定，供需基本達(dá)到平衡。無害化處置由于產(chǎn)能釋放慢、資質(zhì)審批時(shí)間長、資質(zhì)與需求錯(cuò)配、跨省運(yùn)輸限制等因素，導(dǎo)致產(chǎn)能缺口巨大。回轉(zhuǎn)窯焚燒作為一種傳統(tǒng)的無害化處置技術(shù)在危廢處置市場占重要地位。其他傳統(tǒng)焚燒技術(shù)還包括流化床爐焚燒、固定床爐焚燒、熱解焚燒等，占比均較小。水泥窯協(xié)同處置作為一種新的無害化處置方式，由于成本優(yōu)勢明顯，在危廢處置市場的份額逐步提升;等離子高溫熔融處置技術(shù)由于環(huán)保和資源化優(yōu)勢顯著，隨著技術(shù)日趨成熟，其在危廢處置市場也扮演著越來越重要的角色。危廢種類繁多、成分簡單，如何尋求科學(xué)、合理的無害化處置方式是當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域急需解決的首要問題。本文從處置效果、投資運(yùn)行成本等方面對危廢焚燒處置的3種重要技術(shù)進(jìn)行闡述分析，對危急廢物焚燒處置技術(shù)將來可能的進(jìn)展趨勢進(jìn)行猜測。1回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒處置一般采納“回轉(zhuǎn)窯+二燃室”的結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)窯運(yùn)行溫度在800～1000℃，廢物在窯內(nèi)停留時(shí)間40～75min，到達(dá)出口時(shí)徹底轉(zhuǎn)化成高溫?zé)煔夂突以８邷責(zé)煔膺M(jìn)入二燃室，在過量空氣作用下，進(jìn)一步完全燃燒，停留時(shí)間＞2s，保證微量有機(jī)物及二噁英在高溫下充分分解?；以龌剞D(zhuǎn)窯經(jīng)水冷后進(jìn)入灰倉。回轉(zhuǎn)窯焚燒處置一般采納“余熱鍋爐+急冷+消石灰脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器+煙氣洗滌”的熱量回收和凈化工藝。煙氣出二燃室后進(jìn)入余熱鍋爐，溫度從1100～1200℃降至550℃左右，然后進(jìn)入急冷塔。在急冷塔中，霧化水滴蒸發(fā)使得煙氣溫度瞬間(一般為0.6s左右)降至200℃。由于煙氣在200～500℃之間停留時(shí)間小于1s，因此防止了二噁英的再合成。消石灰脫酸主要是對酸性氣體進(jìn)行脫除，活性炭噴射主要是對有毒有害成分進(jìn)行吸附。危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)已經(jīng)成熟、相對于其它技術(shù)，回轉(zhuǎn)窯操作簡潔，運(yùn)行穩(wěn)定，掌握便利，工作連續(xù)性好。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，仍會因物料適應(yīng)性差、結(jié)渣嚴(yán)峻導(dǎo)致啟停頻發(fā)、排放超標(biāo)等問題。褚衍旭等通過對進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯危廢物料實(shí)行“三級配伍”能夠避開或者減緩上述運(yùn)行問題的產(chǎn)生。而回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢物料的合理配伍，也使得多種危廢如固廢、廢液以及少量廢氣(直接進(jìn)入二燃室)能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同焚燒，提高了回轉(zhuǎn)窯的物料適用性。另外，對于回轉(zhuǎn)窯的結(jié)焦以及廢物燃燒不盡等問題，朱先濤通過在回轉(zhuǎn)窯尾部增設(shè)爐排裝置，再加上合理的燃燒配風(fēng)，能夠解決燃不盡和回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)結(jié)焦的問題，但同時(shí)也增加了系統(tǒng)的簡單性和操作難度;趙小燕通過對回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將回轉(zhuǎn)窯尾部插入二燃室，并提高窯尾溫度等手段，解決了爐內(nèi)結(jié)焦的問題。限制回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)使用的主要是飛灰的二次處理問題。回轉(zhuǎn)窯焚燒產(chǎn)生的飛灰占處置危廢量的3%～5%，依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其仍舊屬于危廢，一般采納平安填埋進(jìn)行處理。但由于可用土地資源越來越少，以及危廢填埋場對于選址的諸多限制，平安填埋方式處理焚燒飛灰越來越困難。目前也有多種焚燒飛灰的減量化、無害化以及資源化處置技術(shù)，如固化技術(shù)、重金屬螯合穩(wěn)定化處理技術(shù)、熔融固化處理技術(shù)以及制建材或者陶粒的資源化處理技術(shù)等，其中固化技術(shù)以及重金屬螯合穩(wěn)定化處理技術(shù)的應(yīng)用最廣，但這兩種技術(shù)對焚燒飛灰處理后照舊需要進(jìn)行填埋處理，且在環(huán)境因素轉(zhuǎn)變的時(shí)候有重金屬浸出的風(fēng)險(xiǎn)。所以危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)實(shí)質(zhì)上是減量化處置，無害化不夠徹底?；剞D(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)規(guī)模一般較小，通常為15～40t/d。投資成本較高、建設(shè)周期(2～3年)以及產(chǎn)能爬坡期(1～2年)長等特點(diǎn)，也限制了其應(yīng)用。2水泥窯協(xié)同處置通過對現(xiàn)有新型干法水泥窯生產(chǎn)線進(jìn)行改造，增加危廢儲存、預(yù)處理系統(tǒng)以及危廢投加點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)危廢的水泥窯協(xié)同處置。危廢經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)后，通過投加點(diǎn)進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，窯內(nèi)溫度為1450℃左右，氣體在窯內(nèi)停留時(shí)間4s以上，物料停留時(shí)間超過30min，氣固兩相混合勻稱，保證危廢物質(zhì)徹底焚燒。水泥窯內(nèi)呈堿性氣氛，可以汲取廢棄物焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的優(yōu)勢如下:(1)無害化徹底。危廢的水泥窯協(xié)同處置，灰渣直接進(jìn)入水泥熟料中，重金屬元素固化在水泥熟料礦物晶格中，能夠?qū)崿F(xiàn)危急廢物的徹底無害化，避開二次處理。水泥熟料出窯后進(jìn)入篦冷機(jī)，數(shù)分鐘內(nèi)將熟料由1300～1400℃驟冷到100℃以下，廢氣溫度為200℃左右，跨過了二噁英的生成區(qū)間(200～500℃)，避開了廢氣中二噁英的再次合成。(2)可處置大宗危廢。協(xié)同處置危急廢物的水泥窯應(yīng)為設(shè)計(jì)熟料生產(chǎn)規(guī)模不小于2000噸/天的新型干法水泥窯。協(xié)同處置時(shí)，不同熱值與成分的危廢摻燒比例，最大不能高于水泥窯熟料生產(chǎn)力量的22%。若根據(jù)10%計(jì)，則一條2000噸/天的水泥窯生產(chǎn)線可處置危廢的量為200噸/天。所以，水泥窯協(xié)同處置適用于處置性能穩(wěn)定的大宗危廢。(3)建設(shè)周期短，產(chǎn)能釋放快。危廢的水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)環(huán)評周期也許需要6個(gè)月，改造建設(shè)周期也許需要8～10個(gè)月，產(chǎn)能爬坡期較短，產(chǎn)能釋放速度較快。水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的劣勢體現(xiàn)如下：(1)對于危廢物料具有嚴(yán)格的要求。禁止協(xié)同處置放射性廢物，爆炸物及反應(yīng)性廢物，未經(jīng)拆解的電子廢物，含汞的溫度計(jì)、血壓儀、熒光燈管和開關(guān)，鉻渣，未知特性的不明廢物。而實(shí)際運(yùn)行中，水泥窯協(xié)同處置對于含硫、氯成分高的危廢以及酸性較強(qiáng)的危廢都需進(jìn)行嚴(yán)格的入窯檢測及試燒，并在運(yùn)行過程中嚴(yán)格掌握投加比例。(2)潛在平安隱患:危廢中所含各種微量或超量元素及再合成物對水泥產(chǎn)品的長期平安性能存在影響，或?qū)λ嗌a(chǎn)系統(tǒng)裝備造成腐蝕和危害，進(jìn)而帶來平安問題。3等離子高溫熔融處置危廢的等離子高溫熔融氣化處置技術(shù)采納等離子發(fā)生裝置作為熔融爐的熱源，等離子發(fā)生裝置包括電弧等離子炬(直流非轉(zhuǎn)移電弧等離子炬、直流轉(zhuǎn)移電弧等離子炬、溝通電弧等離子炬)、射頻等離子炬、微波離子炬等。目前國內(nèi)只有直流電弧等離子炬技術(shù)較成熟、能夠連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。直流電弧等離子炬功率范圍在5～300kW，溫度可達(dá)5000～6000℃，射流速度超過200m/s，工作氣體為氮?dú)狻⒖諝?、氫氣等。危廢物料經(jīng)預(yù)處理，通過螺旋進(jìn)料進(jìn)入等離子高溫熔融爐，爐內(nèi)為缺氧環(huán)境，中心溫度1450～1600℃。危廢中的有機(jī)物在高溫熔融爐內(nèi)分解為小分子可燃?xì)怏w(CO、H2、CH4等)，從爐子上方進(jìn)入二燃室，無機(jī)物被高溫熔融轉(zhuǎn)化為一種完全惰性和無毒性、滲透性極低的玻璃類物質(zhì)。二燃室內(nèi)的燃燒溫度掌握在1100℃以上，煙氣停留時(shí)間大于2s，有害成分在二燃室得到充分的分解和消退。燃燒完全的煙氣出二燃室后進(jìn)入余熱鍋爐及凈化系統(tǒng)。等離子高溫熔融處置技術(shù)的優(yōu)勢如下:(1)減容率高，無害化徹底。危廢的等離子高溫熔融處置，爐渣為玻璃化殘?jiān)?，為惰性物質(zhì)，滲透性極低，不再屬于危急廢物，可作為建筑材料產(chǎn)品，減容比高達(dá)97%。等離子高溫熔融爐內(nèi)溫度高，有機(jī)物分解徹底，二噁英幾乎被完全消退。(2)可處理傳統(tǒng)焚燒方式產(chǎn)生的飛灰。飛灰中的有機(jī)物如二噁英和呋喃，經(jīng)過高溫幾乎被完全降解;處置后的飛灰體積削減了68.64～82.19%，質(zhì)量削減了23.84～56.65%;飛灰中Cu和Ni等重金屬熔融沉淀，可回收合金;Hg、Pb和Cd揮發(fā)性較強(qiáng)，大部分隨煙氣排出，循環(huán)富集后可回收;玻璃體熔渣中重金屬的浸出毒性遠(yuǎn)低于國家危急廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)，可考慮進(jìn)一步利用。(3)物料適應(yīng)性廣，可處理幾乎全部危廢種類。等離子高溫熔融可以處理核電站的放射性核廢料，具有設(shè)備體積小、處理速度快和減容比高等優(yōu)勢。而且它還可以處理未經(jīng)拆解的電子廢物，含汞的溫度計(jì)、血壓儀、熒光燈管和開關(guān)，鉻渣等水泥窯不能進(jìn)行處理的危廢，物料的適用性更廣。等離子高溫熔融處置技術(shù)的劣勢如下:(1)運(yùn)行成本較高。等離子高溫熔融危廢處置技術(shù)以電力作為能源，熱效率為70%左右，耗能高;運(yùn)行過程中由于等離子炬陰極、陽極需定期更換，配件使用費(fèi)較高，從而導(dǎo)致運(yùn)行成本高。(2)等離子高溫熔融技術(shù)對于國內(nèi)危廢處置行業(yè)來說是一種新型的技術(shù)類型，可借鑒閱歷少。4經(jīng)濟(jì)性分析(1)投資成本對已建投運(yùn)的寧波北侖環(huán)保以及珠海永盛環(huán)保危廢回轉(zhuǎn)窯焚燒項(xiàng)目進(jìn)行分析，1萬噸/年回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢處置系統(tǒng)的總投資成本為5700萬元左右。貴港臺泥東園環(huán)?？萍加邢薰舅喔G協(xié)同處置30萬噸/年固體廢物項(xiàng)目，項(xiàng)目總投資2.3億元，按比例折算，則1萬噸/年處置規(guī)模的水泥窯協(xié)同處置投資成本約為690萬元。上海固體廢物處置中心的全國首套等離子體氣化熔融工業(yè)危廢處置系統(tǒng)處置規(guī)模為1萬噸/年，項(xiàng)目總投資約233200萬元。由上述案例可以看出，對于3種危廢處置技術(shù)的投資成本，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)＞等離子高溫熔融技術(shù)＞水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。(2)運(yùn)營成本國內(nèi)的回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒處置系統(tǒng)的直接運(yùn)營成本約1000元/噸，水泥窯協(xié)同危廢處置系統(tǒng)的直接運(yùn)營成本約500元/噸，而等離子高溫熔融危廢處置系統(tǒng)的直接運(yùn)營成本約1800元/噸。運(yùn)營成本比較:等離子高溫熔融技術(shù)＞回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)＞水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。(3)建設(shè)周期危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的建設(shè)周期為2年左右，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的建設(shè)周期為8～10個(gè)月，等離子高溫熔融處置技術(shù)的建設(shè)周期為9～12個(gè)月。建設(shè)周期比較:回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)＞等離子高溫熔融技術(shù)＞水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。另外，水泥窯協(xié)同處置的環(huán)評及審批周期約6個(gè)月左右，在三種技術(shù)中最短。(4)投資回收期國內(nèi)的危廢焚燒處置價(jià)格一般在3500元/t之上。水泥窯協(xié)同處置對于大宗危廢的處置價(jià)格為2000元/t左右?；剞D(zhuǎn)窯焚燒處置飛灰的二次處理價(jià)格為3000元/t左右。計(jì)算三種技術(shù)的投資回收期如表1。<imgalt=“QQ截圖20200224154915.png”data-echo=“/UploadFiles/2019003/20203/Env/202003051356067835.png”src=“/UploadFiles/2019003/20203/Env/202003051356067835.png”title=“QQ截圖20200224154915.png”/由上述可以看出，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的投資回收期最長，約2.37年;水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的投資回收期最短，約0.46年。等離子高溫熔融危廢焚燒技術(shù)的投資回收期居中，為1.88年。5結(jié)語(1)回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)成熟，操作簡潔、運(yùn)行穩(wěn)定。但焚燒飛灰仍屬于危廢，需進(jìn)行二次處理。所以回轉(zhuǎn)窯焚燒進(jìn)行危廢處置實(shí)質(zhì)是減量化處置。該技術(shù)投資成本較高，建設(shè)周期較長。(2)水泥窯協(xié)同處置灰渣直接進(jìn)入水泥熟料，無害化徹底，適用于處理大宗危廢，建設(shè)周期短，投資成本低。但對物料要求嚴(yán)格，且對水泥產(chǎn)