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浅谈危险废物焚烧技术原理

    摘要:危险废物简称危废,具有腐蚀性、毒性、易燃易爆性、反应性、传染性等特性。其特殊的危险性会对人类、动植物和环境造成重大的伤害,不同于一般废物,危险废物必须对其特殊处理,即危险废物的无害化处理,尤其是以焚烧处置的技术已得到了广泛应用。近年来国内对危险废物危害性的重视,其焚烧技术也越来越受到广泛的关注与重视。本文从危险废物的焚烧技术指标、焚烧控制参数、焚烧过程以及焚烧过程污染物的形成进行描述,并对利用水泥窑协同处置危险废物进行建议说明。

    关键词:危险废物 焚烧 技术指标 参数控制 水泥窑协同处置

    1 概述

    危险废物处置分为预处置和处置两个环节,其中预处置是危险废物处置行为前的处理过程,包括物理法、化学法、固化稳定化等;处置包括焚烧处置、非焚烧处置、安全填埋处置等。焚烧技术是将危废置于焚烧炉中,在高温和氧气含量足够的条件下充分氧化反应,分解或降解危险废物的过程。经焚烧后,焚烧技术是一种同时具有减量化、无害化和资源化的处理技术,在近年来的实际工程中,得到了广泛的应用。

    2 危险废物焚烧技术指标

    危险废物进行焚烧处置过程,常用到许多有关能量、质量、效率以及其他热力参数,为了统一概念和定义,分别对减量比、热灼减率、燃烧效率、烟气有害物质排放浓度指标等基本参数进行先容。

    减量比,经过焚烧处理之后,危险废物的残渣及飞灰质量与初始投入焚烧炉的物质总量的百分比;热灼减率,根据国家标准,该参数定义为残渣在600℃±25℃ 下,经过3h 焚烧后减少的质量占原焚烧残渣的百分数;燃烧效率,燃烧效率是指可燃危险废物在进行焚烧过程中排放烟气中CO的浓度与CO2之间对比关系的参数;烟气有害物质排放浓度指标,危险废物在经过焚烧处理后,大量烟气排出焚烧室,其中主要成分为CO2、H2O 和NOx。虽然有害成分仅是其中的少部分成分,但是其危害性可能非常巨大,因此需要对其进行监测、分析和控制,并在净化系统中进行净化处理。

    根据《危险废物焚烧污染标准》规定,危废物在焚烧过程中必须具备以下技术条件:①焚烧炉内温度应不低于110℃;②烟气在炉内停留时间大于2s;③燃烧效率大于99.99%;④焚毁去除率大于99.99% ;⑤灰渣的热灼减率小于5%; ⑥配备净化系统; ⑦ 配备应急和警报系统、安全保护系统或装置。

    3 危险废物焚烧控制参数

    在危险废物焚烧过程中,影响的参数很多。在选用焚烧炉形式、设计焚烧炉及其操作管理过程中,需要进行综合分析和对比,选出主要的控制参数进行设计或使用。在众多参数中最重要的参数有4个,即焚烧过程的温度、焚烧反应的时间、氧化剂的配比和焚烧过程物料与氧化剂(空气)的接触方式。

    焚烧温度,是危险废物在焚烧室中进行焚烧时,焚烧室中各部位温度的平均值。在通常情况下,焚烧火焰的最高温度可达到1500℃ 以上。对于危险废物,焚烧区域炉温达到850~1150℃ ,焚烧时间达到2s以上时,如果给予充足的氧气,则绝大多数的臭气、有毒有机物以及其他有害物质均可以被分解或除去(99.9% ) 。

    接触性能,同其他可燃物质的燃烧过程一样,在危险废物焚烧过程中,在空气与焚烧处理的废物材料有足够时间的接触时,才有可能进行焚烧。接触性能的提高和改善可以通过炉内气流分布、机械翻滚或扰动、焚烧前预先破碎以及机械炉排送料翻料和推料等方式实现。对液体或气体危险废物,可以采用机械预混、介质雾化、乳化等方式与辅助燃料一起混合后进行焚烧。

    反应时间,在危险废物进行焚烧过程中,由于其中尺寸大小不一的废物的燃尽时间不同,因此需要确定一个较为合理的确保全部废物燃烧分解的时间参数。

    燃烧反应燃尽的时间与温度、燃料颗粒程度、物理化学特性、炉排结构、送风方式及配比有关。对于具体的危险废物,应该针对其特性进行反应时间的控制和管理。

    空气过剩系数,危险废物焚烧过程中,一般先进行废物焚烧,然后对烟气进行高温焚烧处理,其目的是彻底分解危险废物中的有毒有害物质,使排放的烟气的污染指标尽可能降低。由大量的实践燃烧经验得知,对废气焚烧,一般空气过剩系数α为1.01~1.10;对废液焚烧,空气过剩系数为1.05~1.25,而对固体废物及其混合物,空气过剩系数为1.2~2.0。对某些难以焚烧的废物,则其空气过剩系数可以进一步增大。

    4 危险废物焚烧过程

    危险废物的焚烧过程通常需要借助于自身可燃物质或辅助燃料进行,调节适当的空气输入,可以在适当的高温范围内和时间内,实现较高的焚毁率、较低的热灼减率,最大限度地降解或分解其中有毒有害有机物和杀死病毒病菌,同时实现较低的污染排放指标。

    固体危险废物焚烧过程,其燃烧过程一般是指其中固体可燃成分的焚烧分解和高温气化处理全部组成的过程,由于通常含有水分、灰分和金属及无机物类成分,故焚烧过程中需视其组成特性进行烘干、着火及稳定燃烧等技术控制。

    液体危险废物焚烧过程,液体危险废物一般可以分为油性、水性或混合性物质。按其特性,一般需在焚烧前进行预热和蒸发,随后进行焚烧,对大部分液体危险废物而言,需要加入可燃油料或燃气进行助燃焚烧。在焚烧过程中,燃烧的进行与加热特性、蒸发接触面积、气氛以及催化剂有关。

    气体危险废物焚烧过程,与固体和液体危险废物相比,气体危险废物的焚烧处理要容易一些。但是气体危险废物在焚烧过程中极易发生泄漏污染、中毒和爆炸,或者因为燃烧过程中的其他因素造成二次危害。常见的危险气体废物的燃烧方式如下:① 掺混气体燃料的预混燃烧焚烧法;②不掺混气体燃料的焚烧法;③ 掺混合液体燃料的混合燃烧处理法。

    5 焚烧过程中污染物

    在危险废物焚烧过程,由于流动、传热、化学反应以及其他多方面的复杂因素的影响,焚烧结束后会有大量的污染物的烟气产生, 其中包括灰尘、一氧化碳、氮氧化物、重金属、酸性气体以及有毒有机物,这些物质的产生与焚烧过程有关。

    灰渣,危废经过焚烧处理以后产生的固体物质可以分为两类:即随烟气流动的灰尘和炉底排山的炉渣。

    飞灰污染物,危废经过焚烧产生大量的烟气,含有灰尘。焚烧过程结束后,危废中的某些重金属也会附着于灰尘颗粒上一起飞出,其尺度一般为0.5~1000μm,飞灰中还存在一些未燃尽的废物颗粒和燃烧过程析出的碳粒子混杂在正常飞灰中随烟气流动,其尺度0.1~100μm。

    炉渣,是指在焚烧炉中焚烧结束以后,从炉底排州的固体残余物质或液体参与物质。包括金属及其氧化物、无机盐、残余可燃物、玻璃等物质,其中重金属(以元素存在)是炉渣中最危险的成分。

    6 水泥窑协同处置危险废物

    通过对危险废物焚烧技术原理的先容,同时结合现有焚烧技术,采用新型干法水泥回转窑协同处理危废物,其具有的处理温度高、燃烧状态稳定、焚烧停留时间长、能够固化重金属元素、有效防止大气污染等特点,使得利用回转窑协同处置危险废物充分体现了废物处置的减量化和无害化原则,而废物中的可燃组分和其他矿物成分在水泥窑高温煅烧分解过程中,也可部分替代水泥回转窑的燃料和原料,实现真正意义的固废资源化。

    利用水泥窑协同处置固体废弃物相较于安全填埋、专业焚烧炉等方式具有不可比拟的优势,或许也是当前水泥行业和废物处置行业的最佳选择。


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