作者：马换梅、陈运启、张磊
中国市政工程华北设计研究总院有限公司
摘要：本文从危废处置的关键技术及装备应用情况出发，重点介绍了危险废物热处理技术发展现状，并以危废焚烧处置技术工程实例为依托，从焚烧技术要求、工艺流程、关键设备技术参数等方面，阐述了回转窑处置技术在危废领域应用的成熟性、可靠性。最后，文章对危险废物处理处置技术的发展趋势进行了分析。国家生态环境部等有关部门对危险废物处理处置非常重视，并于2003年制定了《全国危险废物和医疗废物处置设计建设规划》。拟投资138.7亿元，在全国建31个综合性危险废物处理中心。中国市政华北院参与设计了其中的18个省级综合危废处理中心，这些项目基本都已经投产，并开始二期扩建工程。作为首批国家规划的31个试点危险废物处理处置工程，采用的处理技术主要包括：综合利用（资源化）技术，物理化学处理技术、生物处理技术、固化稳定化处理技术、焚烧处理技术、安全填埋技术以及新型的水泥窑协同处置技术、等离子体熔融等。当前，我国大规模的危险废物集中处置中心主要采用综合利用、焚烧、水泥窑协同处置以及填埋处理技术。热处理技术，提供了一种最大程度消除危废的方法，并在有害物质处理的彻底性、对多种复杂种类成分的适应性、减容降重等许多方面优于其他处理技术，是解决危废污染隐患最有效途径之一。危废热处理主流设备为回转窑炉。欧美等发达国家从1970 年后期开始采用回转窑对各种危废进行热处理。至今仍广泛采用回转窑处理危废，并公认回转窑是处理危废适应性广，可靠性强的设施。例如：美国已经有上百座回转窑焚烧装置在运行。我国从“非典”后批量建设的危废处理厂大多数采用了回转窑焚烧装置。实践也证明了，回转窑焚烧技术在危险废物热处理领域的应用是成功的。但是，焚烧法有造成二次污染的可能性，其投资成本和操作费用也比其他处理技术高。目前，焚烧法在一些发达国家应用的比较普遍。而我国在使用焚烧法的工艺和流程上还需要不断地完善，通过对焚烧炉的改进来提升焚烧能量的回收率，将二次污染程度降到最低。
图1 中国市政工程华北设计究所承接某危废EPC总承包工程项目的回转窑焚烧生产线
同时，水泥窑协同处置固体废物近些年在我国逐步发展起来。水泥窑协同处置危险废物是指将满足或经预处理后满足入窑要求的危险废物投入水泥窑或水泥磨，在进行熟料或水泥生产的同时，实现对危险废物的无害化处置的过程。自2015年起政府开始大力支持水泥窑协同处置固体废物，2017年5月发布的《水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查指南》规范了水泥窑协同处置许可证的审批，推动了协同处置的发展。欧美、日本等发达国家利用水泥窑协同处置固体废物的历史已超过30年，技术相对成熟。我国水泥窑协同处置固体废物起步相对较晚，处于摸索发展阶段。此外，等离子体炉技术近年来的得以应用。危废等离子体处置是目前国际上最为先进的处置新技术，尤其是对有毒化学品及难处理危废方面有着其他处理工艺不可比拟的优势。国内外几种等离子体技术在快速发展，各大研究机构和企业均在推动等离子体炉技术水平的提升。下面以某危险废物焚烧项目的一条50t/d焚烧生产线为例，详细介绍热处理设备的选型及参数配置。
图2 华北院设计的湖北省某危废处置工程的回转窑焚烧生产线
焚烧炉由料斗、进料机构、回转窑本体、二燃室、紧急烟囱、多燃料燃烧器等组成。1）窑头：材质20#钢，壳体外表面温度254℃，保温外表面温度55℃，耐火层厚度300mm；
2）本体：直径3200mm（钢板厚度25mm），材质20#钢，窑壳外表面温度250℃，耐火保温层厚度300mm（250mm 耐火层、50mm 保温层）；
3）运行参数：动力消耗约22kW；旋转速度为0.2-1.2r/min；倾斜角度1.5°；
4）驱动方式：通过2个支撑滚筒驱动回转窑进行旋转，驱动设备主要包括变频调速电机和开式齿轮传动机构；
5）控制方式采用自动进料控制、机械调速装置，附紧急按钮及现场操作按钮。1） 外部高度11400mm；
2） 外部尺寸覫4800mm×11400mm；
3） 烟气有效停留时间（1100℃以上有效区域）2.7s；
4） 保温外表面温度49℃。
焚烧系统中的灰渣主要是指焚烧炉渣，焚烧炉的焚烧残渣从窑尾进入水封刮板出渣机水淬后被刮板出渣机运出，经埋刮板输送机送到设置的专用渣仓，定期由载重汽车送到稳定化/固化车间处理。系统性能参数如下。1）灰渣密度1.5t/m3；
2）灰渣排入温度800℃；
3）灰渣排出温度80-100℃；
4）水冷后灰渣粒径3-10mm；
5）水箱水温80-100℃；
6）输送能力120kg/h；
7）外形尺寸8000mm×900mm，最大高度2.5m。尾端水平放置，下设置滚轮机身由优质碳钢制造，刮板由高锰钢制造，链条由高合金钢锻造。高温烟气离开二燃室后，进入余热锅炉。一方面可回收热能用于工业生产，另一方面降低烟气温度，保证后续设备的使用。余热锅炉有锅筒、蒸发受热面、锅炉范围内管道、吹灰及检修、钢构架、炉墙几部分组成。技术参数如下。为避免二噁英在低温时的再次合成，要求在1s内将烟气从500℃降至200℃。考虑到燃烧负荷对余热锅炉出口烟气温度造成的波动，急冷塔进口温度设计为550℃，急冷塔由急冷塔筒体和双流体喷雾系统组成。技术参数如下。3）烟气出口温度195℃；
5）急冷塔尺寸覫3.25m×10m （有效高度）；6）急冷塔材料10mm的钢板+ 80mm硅酸铝纤维毡+ 80mm耐磨浇注料；脱酸系统是对焚烧过程中产生的尾气中的SO2、NOx和HCl及重金属进行中和、吸附处理，使污染物的指标达到国家标准规定的排放指标的要求。脱酸采用干法＋湿法的两级脱酸工艺。干法脱酸技术参数如下。烟气经过干法脱酸并经过袋式除尘器除尘后经引风机进入湿法脱酸塔，湿法脱酸塔为多级洗涤塔，碱洗去除酸性气体，达到深度脱酸目的。湿法脱酸塔中喷入NaOH溶液，去除前端未完全去除的酸性气体和有害物质。碱洗后再进一步除雾，以去除酸碱反应中可能产生的微小颗粒，其技术参数如下。1）烟气量23447m3/h；
2）脱酸剂耗量约242.6kg/h （30%NaOH 浓度）；
3）耗水量0.98t/h （补水量）；
4）SO2脱除率＞95%；
5）HCl脱除率＞99%。
选用低压离线长袋脉冲袋式除尘器。袋式除尘器由灰斗、进排风道、过滤室（中、下箱体）、清洁室、滤袋及框架（笼骨）、手动进风阀，气动蝶阀、脉冲清灰机构、压缩空气管道及栏杆、平台扶梯、电控等组成。技术参数如下。1）烟气量22945m3/h；
2）操作温度160℃；
3）过滤面积1100m3；
4）过滤速度0.50m/min；
5）除尘器阻力＜1200Pa；
6）滤袋材料为PTFE＋PTFE 覆膜滤料（进口）；
7）最高使用温度：长期小于260℃，瞬时（小于5min/h）：小于280℃；9）清灰周期：有定压、定时2种，定压方式是以除尘器的压差作为清灰条件，压力高于1200Pa 时自动清灰；定时是以时间间隔作为清灰条件，每隔1个周期自动清灰1 次，本除尘器设置3档：20、30、45min/周期；经袋式除尘器捕集的飞灰与脱酸系统各处产生的飞灰一起用埋刮板输送机送到飞灰储仓贮存，集中用收运系统的飞灰罐车送到稳定化/固化处理车间。经过湿法脱酸后的烟气中含有大量的水汽，在经过烟囱后会形成白烟，对周围的环境造成严重污染。为了解决形成白烟的问题，在湿法脱酸后设置了烟气加热器，将脱酸后约75℃的烟气升温到约155℃，解决了烟气中的水汽对引风机及烟囱的腐蚀，同时也解决了烟囱冒白烟的问题。含盐有机废液的资源化利用是目前危险废物市场面临的一个重要瓶颈问题。含盐废液往往毒性较高，如果直接排放将造成严重的环境污染，而常规的处理方法又无法解决污染问题。回转窑在处理高含盐废液时，形成的低熔点盐类物质容易在高温情况下熔融结焦，出现回转窑结圈和熔渣挂壁的现象，造成耐火材料腐蚀、焚烧效率下降；废液除了含有碳、氢、氧外，还含有氮、硫、卤素等元素，经过焚烧处理后，会产生大量酸性气体，如SO2、HCl、NOx 和二恶英。有关专家针对废盐有机废液的处理，提出废盐资源化和源头分类是危险废物未来发展方向之一。此外，我国每年产生约占到垃圾总量的3-5%的垃圾焚烧飞灰。飞灰中含有的重金属、二噁英等污染物质仍然是危废处理关注的重点问题。预计2020年，我国每年城市生活垃圾焚烧产生的飞灰量将超过1000万吨。目前，填埋仍是垃圾焚烧飞灰的主要处置方式之一。随着填埋场占用越来越多的土地以及其对周围土壤和地下水的污染问题，填埋受到了越来越严格的限制。未来垃圾焚烧飞灰的主要途径是资源化利用。目前国家出台了相关的征求意见稿，随着标准的逐步补充完善，飞灰中的重金属及二噁英污染问题会得到解决，飞灰将作为各种建材资源被利用。我国经济发展速度快，工业生产速度也很迅猛，导致资源消耗不断增加，废弃物排放量持续增多。据估计，2020年危废无害化处置工程建设新增市场规模达到800亿元。但是由于经济发展的不平衡、技术研发能力较弱、资质审批时间长等因素限制，危废处理市场上供需矛盾突出、产能缺口仍然巨大。因此，面临严峻的考验，危险废物处理处置技术水平需要不断提升，管理体系逐步补齐短板。
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