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危險廢物熱處理現狀及其設備選型

    隨著“清廢行動”的持續深入,國家對“清廢”政策在逐漸加碼,行動力度之大,前所未有,“危廢”這個專有名詞也頻繁出現在公眾視野,并伴隨著重大事故的發生,成為社會高度關注的熱點。同時,危廢產量在逐年遞增,過去十年年均復合增長率約12%,每年產生量近億噸。如若不采取及時有效的處置,危廢將對人們的生命健康和生態環境構成極大的威脅。

    熱處理技術提供了一種最大程度消除危險廢物的方法,并在有害物質處理的徹底性、對多種復雜種類成分的適應性、減容降重等許多方面優于其他處理技術,是解決危廢污染隱患最有效途徑之一。

    危廢熱處理發展現狀

    歐美等發達國家,對危廢管理重視比較早,危廢管理體制比較健全。一般為企業獨建或者幾個企業聯合建設處理廠,產生量小的企業需與這些企業合作,明確要處理危廢的各種參數,并嚴格按照約定送至處理廠。因此危廢處置廠處理對象的各種成分、處理難度、熱值及含水率等相對比較可控。

    而我國危廢管理完整體系尚未健全,危廢處置中心的建設大多為區域性的,需處理的危廢種類較多、成分復雜。此類危廢處置中心往往需要處理多達上千家工礦企業產生的不同種類的廢物,且各工礦企業工藝差別較大,產生危廢種類繁多,廢物含有物質成分具有較大差異。甚至部分產廢工廠產量少、難以提供準確的廢物成分、熱值高低及含水率多少等對熱處理影響較大的關鍵數據。因此,對危廢焚燒處理及處理后達標排放造成較大的困難。

    目前,危廢熱處理主流設備為回轉窯爐。歐美等發達國家從1970年后期開始采用回轉窯對各種危廢進行熱處理。至今仍廣泛采用回轉窯處理危廢,并公認回轉窯是處理危廢適應性廣,可靠性強的設施。

    例如:美國有上百座回轉窯焚燒裝置在運行。我國從“非典”后開始批量建設危廢處置廠。《危險廢物和醫療廢物處置設施建設項目復核大綱》要求危廢焚燒爐型應優先采用回轉窯。國內有少部分企業嘗試回轉窯 爐排的方式,對該技術進行一定的探索,但是應用效果不是特別理想。

    此外,等離子體爐技術近年來的得以推廣應用。危廢等離子體處理也是目前國際上最為先進的處置新技術,尤其是對有毒化學品及難處理危廢方面有著其他處理工藝不可比擬的優勢。國內外幾種等離子體技術在快速發展,各個研究公司均在推動自身技術的商業應用。比如美國西屋公司和以色列EER公司的等離子體爐直接作用于廢物,耗電很高,系統經濟性低。而加拿大普拉斯科公司采用的常規氣化與等離子體重整技術具有一定的優勢,因為氣化采用兩步熱解形式,降低了電耗,增強了系統經濟性,將來較可能成為等離子體氣化技術的核心技術。2014年上海固體廢棄物處置中心等離子體危廢氣化項目投入運行,2017年通過了上海市科委的系統驗收。2018年清遠危廢等離子體處理項目在廣東清遠正式進入工程應用階段。

    危廢熱處理技術比較與分析

    1、熱處理技術分析

    熱處理是物質在設備中以較高的溫度分解并發生氧化反應為主要手段,通過改變物質的化學、物理或生物特性和組成,發生一系列反應使有機物變成穩定的無機物的過程。焚燒法是熱處理中最常見的一種類型,即以一定的過剩空氣量與廢物在設備內進行充分的氧化反應,廢物中的有機物在一定的溫度下快速氧化、分子鍵斷裂、熱解而被破壞掉,能夠改變廢物的組成和結構,同時達到減容、無害化或綜合利用的目的。熱處理能最大程度的減少待處理廢物的容重,因而廣泛的用于危廢的處理。

    2、危廢熱處理設備的比較與分析

    隨著熱處理技術的發展,熱處理設備的種類也越來越多。這些設備的使用范圍和適用條件各不相同,各自有應用的邊界和限制條件,常用的熱處理設備主要有回轉窯爐、爐排型爐、流化床爐、等離子體爐等,以下對這些設備進行比較和分析。

    (1)回轉窯爐:也稱為回轉爐、回轉窯等。主要設備為臥式的鋼制圓筒,為保證物料向下傳輸,進料端略高于出料端,傾斜度設計值為2°,筒體以0.1~1.0r/min之間可繞軸線轉動。根據物料與配風進入的方式不同,有順流式和逆流式兩種類型。該爐型適用于氣、液、半固和固體物料,適應性強,用途廣泛。物料通過提升機或噴嘴從窯頭進入回轉爐,殘渣從窯尾經出渣機排出。該設備的優點是技術先進、可連續運轉、可靠性高、進料可在60%~120%調節,運行和維護方便。從實際應用情況來分析,采用回轉窯爐處理危廢的比例是較高的。

    (2)爐排型爐:爐排型爐是一種應用于固體廢物處理最普遍的熱處理設備,通常用于處理產量較大,熱值較低的城市生活垃圾處理中。爐排爐一般可采用往復式、滾筒式、振動式等型式,特點是處理量大,能夠利用其干燥段爐排對低熱值物料預熱,能夠適應較低熱值的物料。由于爐排型爐的助燃氣體是通過動靜爐排的縫隙穿越與物料混合,所以,粒徑較小物料會阻塞爐排縫隙,影響燃燒效果。

    (3)流化床爐(一般為循環流化床):流化床爐沒有轉動爐窯體或者爐排結構,由一個立式容器和其內部的熱載體組成,主要助燃空氣從底部進入爐內,氣流吹動爐內物料,使其上升并處于流化狀態。流化床的優點是:焚燒效率高,設備簡單、設備啟停相對靈活、投資費用少。但存在飛灰量大,處理廢物的類型單一,且由于燃燒速度快,易于生成CO,爐內溫度控制比較困難等不足之處。

    (4)等離子體爐:等離子體氣化熔融技術由于其環保性和其他熱處理設備不可比擬的優勢,普遍認為這是最具潛力的處理方式。等離子體是由氣體同電弧接觸而產生的一種高溫、離子化和傳導性的氣體。氣體溫度以高達5500℃進入爐內通過撕裂分子鍵,將物質分解小分子,幾乎能分解所有的物質,將其轉換成清潔的氣體和玻璃體渣。目前,主流等離子體技術已經由實驗室發展到了工廠應用上,等離子體技術工業化處理危廢的時機已經逐漸成熟。

    除了上述常用的熱處理設備外,用于處理廢物的設備尚有:多室燃燒爐、螺旋燃燒爐、液體噴射爐、煙霧爐、旋風爐等小型焚燒爐。各種廢物熱處理設備的適用性見表1,主要熱設備優缺點對比分析見表2。

 

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    以上熱處理設備能夠適用于不同種類廢物的處理。回轉窯爐具有適應性強、爐體的旋轉速度可以調節,處理量調節幅度大,在120%負荷處仍可以連續穩定長期運行、技術可靠、使用壽命廠,但需要較高的過量空氣系數,煙氣量偏大,煙氣處理設備壓力較大,且焚燒后的灰渣(約占20-25%)仍屬于危廢,需固化/穩定化后送至安全填埋場處置。爐排型爐處理量大、技術成熟,但投資較大且由于爐內活動部件多,焚燒溫度過高容易導致爐排的卡澀,不利于危廢的燃盡,在危廢處理領域應用較少。流化床爐具有投資小,爐體簡單、爐內活動部件不多、環保性高等優點,但由于熱載體對部件容易造成磨損,飛灰產生量大,燃燒速度快,爐內溫度不易控制,易產生CO等缺點,且入爐前還要將固體廢物粉碎,一般只適用于特定物料的處理。等離子體爐特別適合其他熱處理設備難以處理或無法處理的廢物,比如回轉窯爐后的灰渣、性質穩定,毒性較高危廢等,但處理規模較小、投資及運營成本較高、對形態復雜不易破碎成小顆粒的廢物適應性不好。

    綜上所述,回轉窯爐是危廢熱處理中最主流的技術,也是應用最多的爐型,是一種適應性強,能處理多種形態廢物的多用途設備。等離子體爐是普遍認為最先進的危廢熱處理技術,能夠對各種難以處置危廢進行安全處置,但存在一定的投資和政策風險。現階段,有關部門正在積極制定等離子爐相關規范,待政策落地后,等離子體爐不失為一種較佳的選擇。


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