等離子氣化熔融技術(shù)處理化工園區(qū)危險廢物工藝介紹及技術(shù)優(yōu)勢分析

等離子氣化熔融技術(shù)處理化工園區(qū)危險

廢物工藝介紹及技術(shù)優(yōu)勢分析摘要：我公司在如東縣洋口化學(xué)工業(yè)園，新建一個危險廢物集中無害化處置中心，主要采用等離子氣化熔融技術(shù)對危險廢物進(jìn)行玻璃化安全處置。目前已開工建設(shè)兩條生產(chǎn)工藝線，主要設(shè)施包括破碎系統(tǒng)、爐前進(jìn)料系統(tǒng)、等離子氣化熔融系統(tǒng)、二燃室系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等。等離子氣化熔融技術(shù)，有其他方式不能企及的環(huán)保效果，可以使處理未端得到“最終解決”和基本實現(xiàn)“零填埋”的，可以防止“二次污染”。關(guān)鍵詞：危險廢物處理；等離子氣化熔融技術(shù)；等離子炬；玻璃體；無害化近年來，國家持續(xù)出臺相關(guān)政策指導(dǎo)性文件，鼓勵推廣應(yīng)用等離子等新型危險廢物高溫處理技術(shù)，包括《危險廢物污染防治技術(shù)政策》、《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄》、《危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》等一系列文件。等離子技術(shù)適用于處置毒性較高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并能長期存在于環(huán)境中的危險廢物，特別適宜處置垃圾焚燒后的飛灰、粉碎后的電子垃圾、液態(tài)或氣態(tài)有毒危險廢棄物等。文中介紹了本公司根據(jù)園區(qū)危險廢物產(chǎn)生狀況，結(jié)合有關(guān)技術(shù)規(guī)范和導(dǎo)則，所確定的技術(shù)工藝路線和主要處置系統(tǒng)組成。為大家初步了解等離子氣化熔融危廢處理工藝提供幫助。1工藝方案及規(guī)模介紹1.1項目地基本情況及物料情況1.1.1項目地基本情況如東縣洋口化學(xué)工業(yè)園（江蘇省如東沿海經(jīng)濟開發(fā)區(qū)），是一個以醫(yī)藥、農(nóng)藥和精細(xì)化工企業(yè)為主的工業(yè)園區(qū)，并已逐步形成集新材料、新醫(yī)藥、新農(nóng)藥和環(huán)保產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的四大產(chǎn)業(yè)板塊群。現(xiàn)有入園企業(yè)達(dá)119家，在產(chǎn)企業(yè)89家，擁有世界五百強投資企業(yè)3家上市公司及其控股企業(yè)33家。2018年開發(fā)區(qū)GDP產(chǎn)值達(dá)112億元，2019年開發(fā)區(qū)GDP產(chǎn)值121億，預(yù)計2020年GDP產(chǎn)值達(dá)到200億元。2020年11月，蘇政發(fā)〔2020〕94號文件正式宣布如東縣洋口化學(xué)工業(yè)園，成為全省14家定位化工園區(qū)當(dāng)中的一家，整個南通市也就兩個全省定位化工園區(qū)。1.1.2物料情況園區(qū)企業(yè)產(chǎn)生較多的危險廢物數(shù)量較多的包括精（蒸）食留殘渣，有機殘液，有害污泥，廢堿渣，廢活性炭，焚燒灰渣等。2019年統(tǒng)計如下表。表1統(tǒng)計表產(chǎn)生量期末庫存危廢類別企業(yè)數(shù)合計68448.49740.HW02醫(yī)藥廢物2805.3591.1HW03廢藥物、藥品3.80.0

292 2532.HW04農(nóng)藥廢物48.6 6HW06廢有機溶劑與含有機溶劑244428.0廢物1.4HW08廢礦物油與含礦物油廢物789.9282.4HW11精（蒸）餾殘渣11677.41960.HW12染料、涂料廢物5553.0411.7HW13有機樹脂類廢物397462.1515HW18焚燒處置殘渣.025.23392016.HW34廢酸.70

HW35廢堿94.0.0HW37有機磷化合物廢物22.36.3HW45含有機鹵化物廢物910550.0.4HW46含鎳廢物54.1.6HW49其他廢物107398.7HW35廢堿94.0.0HW37有機磷化合物廢物22.36.3HW45含有機鹵化物廢物910550.0.4HW46含鎳廢物54.1.6HW49其他廢物107398.747.0HW50廢催化劑28445.08.51.2項目建設(shè)規(guī)模項目設(shè)計危險廢物處理總規(guī)模為40000噸/年。項目分兩期建設(shè)，一期建設(shè)的處理規(guī)模為20000噸/年（通過環(huán)評，已開工），二期建設(shè)的處理規(guī)模為20000噸/年（遠(yuǎn)期規(guī)劃）。一期已開工建設(shè)內(nèi)容主要包括新建2套處置量為10000噸/年等離子氣化熔融爐系統(tǒng)，尾氣凈化系統(tǒng)，以及固體危廢暫存庫、有害廢液儲罐、污水處理站、公用工程和輔助設(shè)施（總平面及道路，給排水，循環(huán)水，消防，供配電，通風(fēng)空調(diào)，機修間及備品備件庫、化驗室、空壓站及自控系統(tǒng)等），綜合樓。二期計劃建設(shè)內(nèi)容主要包括新建1套等離子氣化熔融爐系統(tǒng)（年處理危廢20000噸）和尾氣凈化系統(tǒng)以及其他配套部份。2等離子氣化熔融危廢處理工程工藝系統(tǒng)設(shè)計2.1等離子氣化熔融危廢處理總體工藝危險廢物由專用運輸車輛送到廠區(qū)，進(jìn)行快速檢測、驗收、計量后，再根據(jù)廢物性質(zhì)分別送到危廢暫存庫或者廢液罐區(qū)接收、暫存。達(dá)到一定負(fù)荷后，經(jīng)預(yù)處理、配伍后通過進(jìn)料系統(tǒng)送入等離子氣化熔融爐進(jìn)行處置，危險廢物有機組分在等離子爐內(nèi)氣化轉(zhuǎn)化成烯烴、烷烴等可燃?xì)怏w，無機組分在等離子爐內(nèi)熔融形成熔渣。可燃?xì)怏w經(jīng)二燃室燃燒充分燃燒后，煙氣通過余熱鍋爐降溫至600°C后，再通過煙氣凈化系統(tǒng)作凈化處理后，最終經(jīng)由60m高的集束式煙囪排放到大氣中。熔渣經(jīng)水淬后冷卻得到玻璃體渣。2.2.1廢物儲存系統(tǒng)本項目設(shè)置固體廢物儲存區(qū)和液體廢物儲存區(qū)。固體廢物儲存區(qū)即危廢倉庫，本項目設(shè)甲類庫兩個(750mD，丙類庫一個(3500md。在生產(chǎn)車間設(shè)廢物料坑用以儲存散裝廢物以及破碎機破碎后的固體廢物，料坑與設(shè)備區(qū)域隔開，該區(qū)域配備足夠的消防設(shè)備并布設(shè)若干臺工業(yè)攝像頭。液體廢物儲存區(qū)即廢液罐區(qū)，設(shè)置5臺廢液罐，其中2臺為制備罐，用于制備需要焚燒的廢液，3臺儲存罐，用于儲存制備的廢液，并送到二燃室焚燒。2.2.2廢物預(yù)處理系統(tǒng)廢物預(yù)處理主要功能是將大塊、散狀物料的預(yù)處理和配伍，設(shè)置有破碎機、行車、鏈板輸送機。本項目破碎系統(tǒng)為10t/h危廢SMS系統(tǒng)。目的是通過一套先進(jìn)的破碎機、混合器及螺旋輸送系統(tǒng)將危險廢棄物進(jìn)行破碎后充分混合再送入料坑，再由抓斗送入各生產(chǎn)線設(shè)在爐前的進(jìn)料系統(tǒng)。物料顆粒均勻，才更能更好滿足等離子爐物料處理的要求，所以本項目采用二級破碎，一級破碎機采用液壓驅(qū)動，二級破碎機采用電動。破碎系統(tǒng)可以破碎200升桶裝工業(yè)廢物、噸袋、噸箱、散裝工業(yè)固廢及少量IBC噸桶盛裝物等，破碎后尺寸要V50mm。2.2.3廢物的配伍均衡廢物的熱值和水分，保證等離子氣化熔融爐的穩(wěn)定，節(jié)省輔助燃料。堿性金屬鹽類和鹵素成分同時通過配伍，控制一次入爐的量，避免結(jié)渣和對耐火材料的快速侵蝕。本項目處理的工業(yè)廢物以固態(tài)、液態(tài)廢物為主。從廢物的狀態(tài)劃分有固體廢物、液體廢物、半固體膏裝廢物。根據(jù)國內(nèi)外一些危險廢物焚燒處理單位的運行檢測分析結(jié)果，以及項目前期采集園區(qū)物料分析化驗結(jié)果，本項目進(jìn)等離子氣化熔融爐的廢物成分見下表。表2本項目廢物配伍成分表2.2.7.2.2.7.3干法脫酸及活性炭吸附2.2.5.2.2.5.2二燃室低配伍后的焚燒廢物特性(%)位熱值可元CHONS燃ClH 惰合kCaFO性計 l/kg2素組成331102 11327234.8.52.5.3 7.4 5.50052.2.4爐前進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)置料封式進(jìn)料系統(tǒng)，分為壓料單元、推料單元。料道內(nèi)采用物料進(jìn)行密封，即有可靠的密封性，不漏氣，又有相當(dāng)?shù)母魺嵝阅?，對離子爐的進(jìn)料進(jìn)行保護(hù)。2.2.5焚燒系統(tǒng)2.2.5.1等離子氣化熔融爐等離子氣化熔融爐內(nèi)的高溫是由等離子炬產(chǎn)生，等離子炬將電能直接轉(zhuǎn)化為電離的高溫氣體(火炬溫度高達(dá)3000~5000°C)。物料進(jìn)入等離子氣化熔融爐后，其中的有機物質(zhì)在高溫的作用下迅速氣化。無機物則在熔池區(qū)域高溫作用下熔融，熔池內(nèi)熔渣蓄積超過爐底設(shè)置除渣口后，排出等離子氣化熔融爐。等離子爐的主要部件包括：等離子爐爐體采用耐熱鋼板卷制，內(nèi)襯耐火及保溫材料，爐內(nèi)設(shè)進(jìn)料口，溫度測點、壓力測點、等離子炬安裝口、進(jìn)風(fēng)口、觀察口等。在反應(yīng)過程中，需要添加適量輔料，如焦炭，石灰石，玻璃渣等。等離子爐產(chǎn)生的熱煙氣送到二燃室，在這里煙氣中的可燃物質(zhì)被進(jìn)一步焚燒和分解。滿足相關(guān)規(guī)范要求二燃室的溫度大于1100°C，處理后煙氣在二燃室內(nèi)停留時間〉2s。二燃室煙氣出口設(shè)有溫度監(jiān)測，聯(lián)鎖控制燃燒器火力大小調(diào)節(jié)，使二燃室溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。二燃室采用落地式結(jié)構(gòu)，煙氣上進(jìn)下出，多功能廢液組合燃燒器安裝在二燃室的上部，便于燃燒火焰與煙氣充分混合。2.2.6余熱利用系統(tǒng)余熱鍋爐吸收熱煙氣中的余熱產(chǎn)生蒸汽，采用膜式水冷壁蒸汽鍋爐。鍋爐采用三回程結(jié)構(gòu)。鍋爐進(jìn)口煙氣溫度1100C。鍋爐出口煙氣溫度大于550C，蒸汽系統(tǒng)余熱被充分利用，可用于物料預(yù)處理，用于冬季廠區(qū)采暖，剩余部分配置螺桿發(fā)電等節(jié)能裝置，所發(fā)電量用于等離子炬，降低綜合能耗。2.2.7煙氣處理系統(tǒng)為滿足煙氣排放指標(biāo)要求，本工程煙氣處理系統(tǒng)采用SNCR脫硝+煙氣急冷+干式脫酸+活性炭吸附+布袋除塵+濕法脫酸+管束式除霧器的綜合處理工藝。SNCR系統(tǒng)本工程采用非催化法（SNCR法）控制煙氣中的NOx。主要通過在余熱鍋爐第一回程1000C的環(huán)境區(qū)域，噴入濃度為5%~10%尿素溶液，噴槍采用壓縮空氣霧化形式，超細(xì)的尿素霧滴與煙氣混合反應(yīng)，煙氣中NOx組分還原成N和HO。煙氣急冷高溫?zé)煔鈴膰娏芩喜窟M(jìn)入，均勻地分布于塔內(nèi)，急冷水從噴淋塔頂部噴入，直接作用于煙氣，使煙氣溫度在1秒內(nèi)從600C驟冷到200C以下，從而避開二嗯英再次合成的溫度區(qū)間，抑制二嗯英再次生成。2.2.82.2.8煙氣排放采用循環(huán)流化床干式脫酸塔，經(jīng)過急冷后的煙氣從干式脫酸塔底部進(jìn)入，熟石灰經(jīng)文丘里前噴入塔內(nèi)，以很高的傳質(zhì)速率在塔中與煙氣混合，煙氣中石灰粉以很高的傳質(zhì)速率與煙氣中的SO等酸性物質(zhì)混合反應(yīng)，生成CaSO、CaS。和2 4 3CaCl等反應(yīng)物?；钚蕴糠蹆Υ嬖诨钚蕴總}內(nèi)，通過圓盤給料機、羅茨風(fēng)機連續(xù)均勻地將活性炭粉噴入煙氣管道中?？梢愿鶕?jù)設(shè)定值調(diào)節(jié)噴入的活性炭粉量。通過設(shè)置在活性炭倉支座的稱重模塊，實時傳輸活性炭的消耗量?；钚蕴颗c煙氣充分混合，對煙氣中的重金屬和二嗯英等污染物進(jìn)行吸附處理。2.2.7.4布袋除塵含有塵粒的煙氣進(jìn)入布袋除塵器，經(jīng)濾袋過濾后，煙氣中的塵粒被擋在濾袋外側(cè)，煙氣得到凈化。除塵器采用DCS控制，定期控制各反向吹掃閥，使濾袋在壓縮空氣的灌注下瞬間急劇膨脹，抖落塵粒，使設(shè)備阻力維持在限定的范圍內(nèi)，確保除塵系統(tǒng)效果。布袋除塵器采用離線脈沖清灰，從濾袋背面吹出壓縮空氣，使煙塵脫落入灰斗。為防止布袋結(jié)露，下部灰斗設(shè)電加熱裝置。加熱裝置可以保持灰斗壁溫在140°C以上（高于煙氣露點溫度10°C以上），防止搭橋和板結(jié)。2.2.7.5煙氣濕法脫酸煙氣濕法脫酸采用兩級洗滌工藝。設(shè)置預(yù)冷器，調(diào)節(jié)煙氣溫度從170C左右的到70C，達(dá)到酸堿反應(yīng)的最佳溫度段后，進(jìn)入洗滌塔。系統(tǒng)設(shè)置濕法脫酸設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)，通pH計控制洗滌水堿度，當(dāng)洗滌水pH值達(dá)到6時，系統(tǒng)報警。如pH值沒有得到有效的提高，系統(tǒng)將程序強制停止進(jìn)料系統(tǒng)工作，強制投加堿液，待洗滌水恢復(fù)到堿性后重新上料。預(yù)冷器和洗滌塔共用一套洗滌水箱及噴淋水泵。洗滌水箱排水部分用于出渣機補水，剩余部分輸送至污水站。2.2.8.1引風(fēng)機引風(fēng)機設(shè)在整個煙氣處理工藝的后端。通過變頻調(diào)節(jié)引風(fēng)機出力來控制等離子爐爐膛壓力，以及維持整個燃燒及煙氣處理系統(tǒng)氣動力。煙囪煙囪采用磚混結(jié)構(gòu)，一體雙通道，設(shè)計高度為60米。引風(fēng)機至煙囪出口，系統(tǒng)配一套煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，直接抽取熱煙氣，實時在線監(jiān)測等離子氣化熔融爐所排放煙氣中的顆粒物、SO2、NOx、CO、CO2、HCl、HF的濃度、。含量、煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流量等參數(shù)。3技術(shù)優(yōu)勢3.1傳統(tǒng)處置手段的一些局限性傳統(tǒng)的危廢處置主要以物化填埋與焚燒為主。現(xiàn)階段處置手段迫于技術(shù)適用的局限性，使得已堆積以及每年新產(chǎn)生的大量危廢不僅侵占了寶貴的土地資源，而且給土壤、水體和大氣帶來了不同程度的污染。主要表現(xiàn)為：物化填埋：1）增容達(dá)1.5左右、浪費填埋庫容；2）存在長期穩(wěn)定性問題，鹽類和有機物的分解容易造成固化體破裂，進(jìn)而造成二次污染；3）部分重金屬的固化效果欠佳，無法實現(xiàn)二嗯英類有機污染物的降解；4）經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)很難找到合適的安全填埋場選址。焚燒（以技術(shù)成熟回轉(zhuǎn)爐窯為例）：1）適用于處置有機成分多、熱值高的危廢，不適用于熱值較低的有害污泥等。2）在非集中處置及專業(yè)人員管理運行下，由于溫度場的易波動，氧、氯和顆粒物的存在構(gòu)成了形成二嗯英和呋喃的潛在條件，極易產(chǎn)生二次污染。3）焚燒殘渣、飛灰含有重金屬和二嗯英，仍然屬于危廢，需要作穩(wěn)定化/固化處理并送安全填埋。3.2等離子氣化熔融危廢處置工藝的技術(shù)優(yōu)勢本項目采用的等離子氣化熔融工藝相比以上傳統(tǒng)危廢處置工藝的技術(shù)優(yōu)勢主要表現(xiàn)在如下幾方面：3.2.1自主知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)能在引進(jìn)俄羅斯科學(xué)院高溫等離子炬技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)環(huán)保特點以及多年運行經(jīng)驗，開發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)的高溫等離子炬，打破了國外技術(shù)壁壘，實現(xiàn)國產(chǎn)化，極大降低了運行成本。3.2.2零填埋用等離子氣化熔融爐處理危廢時，危廢中所含無機物在1300°。到1500°C高溫下被熔融，爐底形成融池，金屬和非金屬化合物基本上都固熔在熔渣中，熔渣以液態(tài)排出經(jīng)激冷后形成無害化玻璃體，殘存的重金屬等有毒有害物質(zhì)成分均被SiO2致密包裹，不再具有毒性侵出性。玻璃體可作為建材、路基材料使用，實現(xiàn)了零填埋，可節(jié)約大量寶貴土地，避免二次污染。3.2.3數(shù)量級的二嗯英降低在等離子的3500C高溫及高化學(xué)活性共同作用下，結(jié)合氣化熔融爐流場的CFD模擬，確保煙氣停留時間大于4S；基于此，二嗯英被打破苯環(huán)結(jié)構(gòu)，將其徹底摧毀；國外眾多檢測數(shù)據(jù)顯示，二嗯英排放指標(biāo)小于0.01ugTEQ/m3。3.2.4鹵族元素（Cl和F）危害的控制通過CaO輔料的添加，在高溫、高化學(xué)活性的作用下，生成CaCl2、CaF2等化合物，被最終固化到融池中；煙氣成分中鹵族元素的減少，將極大減少煙氣凈化系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，降低腐蝕風(fēng)險，提高尾部設(shè)備的使用性能及壽命，節(jié)約運行成本。3.2.5處置危廢種類的相對廣譜性等離子氣化熔融爐還是“通吃爐”，基于等離子氣化熔融爐的工作原理，對危廢熱值、成分、形態(tài)（半固體，膏狀，液，固）均無要求?；剞D(zhuǎn)爐窯爐渣、飛灰均可入爐熔融。且處理能力彈性很大，能較好滿足各類市場需求。3.2.6NOx3.2.6NOx排放控制本項目較回轉(zhuǎn)爐窯焚燒具備如下幾個控N優(yōu)勢：1）氣化熔融爐內(nèi)為缺氧還原狀態(tài)、2）焦炭輔料的添加，除了氣融池骨架作用、增加透氣性外，在高溫狀態(tài)下，C先于N與O發(fā)生反應(yīng)，形成CO、3）N以化合物狀態(tài)被融池固定等。基于上述優(yōu)勢，NOx排放滿足最嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)。3.2.7自環(huán)保特性本項目中所產(chǎn)生的飛灰、廢活性炭以及其他煙氣凈化殘渣均可做入爐重融處理，實現(xiàn)了整套系統(tǒng)的自清潔環(huán)保運行。4結(jié)論與建議（1） 該項目總體設(shè)計化工危險廢物處理規(guī)模40000噸/年。項目分兩期建