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炉焚烧处理工艺医疗废物的工艺流程可行性讨论

发布:投稿2018-11-11 2:45分类: 可研报告 标签: 工艺流程

干式回转窑炉焚烧处理工艺医疗废物的工艺流程可行性讨论

⑪工艺整体设计原则

①按照一次性规划、分期建设,分步实施,处置能力逐步到位,处理 规模和处理工艺应充分考虑当地产业结构和市场变化,留有机动性和发展 余地。

②选择的工艺流程要借鉴国外危险废物处理处置原则技术方法,选择 技术成熟、通用性好的处理工艺,经济合理的建设方案,优先选择具有相 对先进性、示范性的技术。

③考虑到危险废物种类多,每种危险废物的成分复杂,数量相对较少, 而且变化大,因此,选定的工艺流程要考虑危险废物的复杂性和多变性, 工艺选择应兼顾通用性、广谱性,充分体现出整体设计的―柔性‖和广泛的适 应性。

④选择性能稳定、组合配套、节能的设备,达到国内先进水平。

⑤环境污染的风险性小。

⑫焚烧炉型的选择 国内外用于危险废物焚烧的焚烧炉大致有炉排炉、两室炉、固定膛炉、

流化床焚烧炉、多膛炉、回转窑焚烧炉、控气式焚烧炉和喷液式焚烧炉等。 各种炉型适用情况见下图。

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干式回转窑炉因结构简单、对危险废物的适应能力强、控制稳定、操作容易、技术成熟、运行历史悠久等优点被国际上广泛采用。国内部分回转窑设备生产厂家已有成熟的制造技术,各项指标和要求均能满足现行标 准要求,技术水平接近国际水平。参照国家环保总局环境规划院 2004 年 6 约编制的《危险废物和医疗废物处置设施建设项目复核大纲(试行)》的有 关要求,即“危险废物焚烧炉型应优先采用对废物种类适应性强的回转窑 焚烧炉”为此本工程选用 1 台同向顺流干灰式回转窑焚烧炉,处置能力 3 万 t/年。固体、半固体废物及助燃的空气均从筒体的头部进入,燃烧生成的 烟气及残渣由尾部排出,烟气进一步引入到二燃室燃烧。

回转窑焚烧炉是一个圆筒形的有耐火砖衬里的外壳,其轴心的安装线 与水平线略成角度。可用天然气、油或煤粉作燃料。回转窑最早是用来处 理及制造水泥、石灰、铁矿砂、焦炭等固体物质的主要设备,后来逐渐被 应用于废物的焚烧上,由于它能有效地处理各种不同物态(固体、液体、 污泥等)的废物,已经被工业界普遍采用。回转窑通常窑体很长,使得燃 烧区在整个焚烧炉中只占有一个很小的部分。大多数废物物料是由燃料过 程中产生的气体以及窑壁传输的热量加热的。

回转窑焚烧系统由回转窑和一个二次燃烧室组成,以确保废物燃烧完 全。回转窑本身是用来沸化及氧化废物中的可燃物,废物中的惰性固体则 随着窑体的转动向另一端移动,然后由底部排出。沸化的蒸汽及燃烧气体 经过回转窑后端,进入二次燃烧室在高温下再进行氧化。二次空气用鼓风机供风,以增加空/燃比及湍流程度。回转窑和二燃室都设有辅助燃烧器以 维持炉内温度稳定。同时,在回转窑窑头和二燃室设有废液喷嘴,液态的 危险废物可以通过喷嘴喷入装置内焚烧处理。

按气体、固体在回转窑内流动的方向,回转窑焚烧炉分为同向及逆向 两种。逆向式的回转窑焚烧炉气、固体混合及接触较佳、传热效率高、利 于增大燃烧速率,但是由于气、固体相对速度较大,废物燃烧气体在回转 窑内停留时间较短,增大了二燃室的燃烧负荷。同向式回转窑焚烧炉形不 仅适于固体废物的输入及前置处理,同时可以增加气体的停留时间,容易 实现密闭性。目前大多数处理危险废物的回转窑焚烧炉为同向式。

根据窑内灰渣物态及温度范围,回转窑可分为干灰式及熔渣式。干灰 式回转窑内的温度低于 1000℃,窑内固体尚未熔融,仍为固体灰渣。熔渣 式回转窑内温度可能高达 1350℃,固体废物中的惰性物质除高熔点的金属 及其化合物外,皆在窑内熔融,因此焚烧程度比较完全。熔融的流体由窑 内流出,经急速冷却后凝固。由于这种类似矿渣或岩浆的残渣,颗粒大, 重金属浸出浓度较干灰式回转窑所排放的灰渣低,欧洲有一些熔渣式的焚 烧炉,美国仅有少数几座,它的主要用途是销毁含多氯联苯废物。然而根 据实际的经验,熔渣式回转窑运转比较困难,如果温度控制不当,窑壁上 可能附著不同形状的矿渣,熔渣出口容易堵塞。另外焚烧温度高,能耗比 较大。

回转窑焚烧炉炉型技术成熟,操作简单灵活,适用于处理各种不同形 状的固液体废物,还可以处理低熔点的危险废物。回转窑可以分别接受固 体及液体进料,也可以将桶装或大形块状固体废物直接送入窑内处理。窑 内气体湍流程度高,气、固体接触良好,窑内无移动的机械组件,保养容 易。窑内固体停留时间可以由回转窑转速的调整而控制。

⑬烟气处理方法选择 焚烧炉烟气中的污染物成分包括粉尘、HF、HCl、NOx、SO2、CO2、CO 和二噁英等。

①酸性气体净化工艺

(a)干法工艺:即“干式洗气+布袋除尘”烟气治理工艺法。用压缩空气 将碱性固体粉末(如消石灰或氢氧化钠等)直接喷入烟气洗涤塔或烟管上某段反应器内,使碱性消石灰粉与酸性废气充分接触和反应,从而达到中和废气中的酸性气体并加以去除的目的。为提高干式洗气法对难以去除的

一些污染物质的去除效率,有用硫化钠(Na2S)及活性炭粉末混合石灰粉 末一起喷入,可以有效地吸收气态汞及二噁英。在布袋除尘器滤布表面形 成的吸附剂层可对烟气中的有害物质进行二次反应,从而提高整个系统对 酸性气体的去除效率。干式洗气塔与布袋除尘器组合工艺是焚烧厂中尾气

污染控制的常用方法。优点为设备简单、维修容易、造价便宜,消石灰输 送管线不易阻塞;缺点是由于固相与气相的接触时间有限且传质效果一般, 酸性气体脱除率低,烟气净化效果差。常须超量加药,药剂的消耗量比湿 法要大。

(b)半干法工艺:即“喷雾干燥+布袋除尘”烟气治理工艺。其典型流程 包含一个冷却气体及中和酸性气体的喷淋干燥室及除尘用的布袋除尘器室。 系统的中心为一个设置在气体散布系统顶端的转轮雾化器。高温气体由喷 淋塔顶端成螺旋或旋涡状进入。为保证石灰或 NaOH 浆液良好的雾化,采 用转速为 10000r/min 的离心式雾化器,将浆液破碎成滴径为 20~400μm 的 液滴,以利于液滴的分布、蒸发及与 HF、HCI、SO2 的反应。气、液体在 塔内充分接触,可有效降低气体温度,蒸发所有的水分及脱除酸性气体, 中和后产生的固体残渣由塔底或集尘设备收集后固化处理或填埋。气体的 停留时间为 10~15s。单独使用石灰浆时对酸性气体去除效率约在 70%左右, 但利用反应药剂在布袋除尘器滤布表面进行的二次反应,可提高整个系统 对酸性气体的去除效率(HCl:85%,SOx:80%以上)。本工艺的优点为工艺相对湿法来讲要简单,维修方便,酸性气体去除率较高;缺点是温度控 制要求很高,控制不好易使烟气结露,影响布袋除尘器的操作,操作较麻 烦,高速旋转雾化器要求高、易磨损,维修工作量大,设备投资较高。

(c)湿法工艺:湿式反应塔对于 HF、HCl 及 SO2 控制可获得最佳的效果, 其吸收效率是由酸性气体扩散至碱性吸收液滴的速度所控制。湿式反应塔 所使用的碱液通常为 NaOH 溶液或石灰(Ca(OH)2)溶液。石灰溶液与酸气 反应后形成钙盐,其循环洗涤水须经澄清浓缩及过滤,以防止在设备中沉 积。湿式反应塔最大的优点为酸去除效率高,对 HF、HCl 的去除效率可达 95%以上,对 SO2 亦可达 90%以上,湿式反应塔比半干式反应塔对各种有 机污染物(如 PCDD、PCDF 等)及重金属有较高的去除效率,同时湿式反 应器还具有除尘功能。本工艺的缺点为投资高,需要设置污水处理系统, 管路系统容易堵塞,操作环境较差。

(d)组合法烟气净化:组合法烟气净化是将干法(或半干法)处理和湿 法处理系统组合在一起的系统,它充分吸取了两者的优点,是国际上 90 年 代普遍采用的方法。首先干法(或半干法)系统的最佳脱酸效率是在烟气 的露点温度附近,工业危险废物烟气的酸露点波动大,单纯采用干法系统 脱酸效率不稳定。单纯的湿法系统因国内在脱水的技术上不过关,烟气含 水高,对布袋有影响,若布置在布袋除尘器后,烟气净化效果也会变差。 所以为了提高处理效率,延长设备的使用寿命,在布袋除尘器前采用简易 的半干法处理系统对烟气进行预处理,同时喷入活性碳粉,脱酸效率可达 50%,再经湿法洗涤,可使有害物质的去除效率达到 95%以上。

本项目拟参照执行《危险废物焚烧污染控制标准》新标准征求意见稿 中的烟气污染物排放浓度限值,对污染物的排放有更高的要求,采用组合 法烟气净化工艺,即半干法+干法+湿法脱酸处理方案。

②NOx 控制工艺危险废物焚烧过程中,NOx 主要有三个来源:一是废物自身具有的有机和无机含氮化合物在焚烧过程中与 O2 发生反应生成 NOx;二是助燃空气中 的 N2 在高温条件下被氧化生成 NOx;三是助燃燃料(如天然气、柴油等) 燃烧生成 NOx。

通过加强控制手段抑制 NOx 的形成或者将已经生成的 NOx 还原成为 N2 分子,是减少焚烧炉尾气 NOx 排放最为有效的手段。目前应用非常广泛的 控制技术主要包括三类:焚烧控制、选择性非催化还原技术(SNCR)、选 择性催化还原技术(SCR)。

(a)焚烧控制

通过控制焚烧过程的工艺参数降低 NOx 的烟气排放浓度。主要有:

a)降低焚烧区域的温度。一般研究认为,在 1400℃以上,空气中的 N2 即与 O2 反应生成 NOx。通过控制焚烧区域的最高温度低于 1400℃,并且 减少“局部过度燃烧”的情况发生,即可控制这部分 NOx 的生成。若入炉 废物中某些高热值燃料集中在某一区域燃烧造成该区域的局部温度可能超 过 1400℃,从而增加 NOx 的生成量,一般通过合理的废物配伍就可避免此

类情形发生。

b)降低 O2 浓度。通过调节助燃空气分布方式,降低高温区 O2 浓度, 从而有效减少 N2 和 O2 的高温反应,是一种非常经济有效的方式。

c)创造反应条件使 NOx 还原为 N2。 (b)选择性非催化还原法(SNCR)

在焚烧炉内注射化学物质,本项目选用尿素,在焚烧温度为 750℃~900℃ 的区域,NOx 与尿素反应被还原为 N2。尿素分解成为 NH3 后参与反应,没 有反应完全的 NH3 与烟气中的 HCl 反应生成 NH4Cl,烟气中残留的 NH3 小

于 8mg/Nm3。SNCR 不需要催化剂,但其还原反应所需的温度比 SCR 法高 得多,因此 SNCR 需设置在焚烧炉膛内或炉膛与余热锅炉之间的过渡烟道 内完成。

(c)选择性催化还原法(SCR)这是一种后燃烧控制技术。在催化剂作用下,通过注射氨或尿素 (NH3/NO=1:1,摩尔比),使 NOx 被催化还原为 N2,催化剂一般为 TiO2-V2O5。 (d)脱硝工艺的确定就 NOx 的去除效果而言,SCR 对 NOx 的去除率达到了 85%以上;先进 的焚烧控制技术可以达到 60~70%的去除率;而 SNCR 对 NOx 的去除率也可 达到 40~60%左右。

由于本项目脱硝效率要求达到 50%以上,同时综合对国内同类型危废 焚烧工程的调研结果,本项目采用 SNCR 脱硝工艺,加入尿素作为脱硝剂, 严格控制尿素投加量和投加温度点,达到脱硝的效果,避免 NH3 逃逸。

③重金属及二噁英控制工艺

(a)重金属控制 焚烧厂排放尾气中重金属浓度的高低,与废物组成、性质、重金属存

在形式、焚烧炉的操作及空气污染控制方式等有密切关系。烟气中重金属 主要以气态或吸附态形式存在。气化温度较高的重金属及其化合物在烟气 处理系统降温过程中凝结成粒状物质,然后被除尘设备收集去除;气化温 度较低的重金属元素无法充分凝结,但飞灰表面的催化作用可能使其转化 成气化温度较高、较易凝结的金属氧化物或氯化物,从而被除尘设备收集 去除;仍以气态存在的重金属物质,将被吸附于飞灰上或被喷入的活性炭 粉末吸附而被除尘设备一并收集去除。

活性炭粉末不仅可以吸附烟气中呈气态的重金属元素及其化合物,而 且可以吸附一部分布袋除尘器无法捕集的超细粉尘以及吸附在这些粉尘上 的重金属而被除尘设备一并收集去除。

已有焚烧厂的实际运行结果表明:布袋除尘器与湿式洗气塔并用时, 对重金属的去除效果均非常好。

(b)二噁英控制 目前常用的二噁英去除工艺是采用活性炭喷射吸附加袋式除尘器。袋式除尘器也对二噁英类有较好的去除效果。活性炭粉末喷入装置设置在除 尘器前的管道上,干态活性炭以气动形式通过喷射风机喷射入除尘器前的 管道中,通过在滤袋上和烟气的接触进行吸附去除重金属和二噁英类物质。

对二噁英类物质的控制措施还包括以下几个方面: a)使废物充分燃烧; b)控制烟气在炉膛内的停留时间和温度。研究表明,当炉内燃烧温度达到 700℃以上,烟气停留时间不低于 0.5s,可实现二噁英的分解,从工程角 度考虑将控制条件设定为焚烧温度达到 1100℃时,烟气停留时间不低于 2s, 可确保二噁英的高温分解。

c)控制烟气进入除尘器入口的温度低于 200℃。当进入除尘器的烟气温 度为 140~160℃时,对二噁英类的去除率可达 99%以上。

综上所述,本项目选用“活性炭喷射+布袋除尘”作为重金属及二噁英 的去除工艺。

④烟尘控制 早期的焚烧厂的除尘设备多应用静电除尘器或者袋式除尘器。随着环保要求的日益严格,静电除尘器因不能满足脱除二噁英等有机物的需要, 现在已基本不再采用作为危废焚烧厂的烟尘处理装置。国内外袋式除尘器 已有相当多的运行业绩,运行可靠,本项目选择袋式除尘器。

⑤烟气处理工艺的确定 综上所述,本项目采用的烟气处理工艺为:SNCR 脱硝+急冷+干法脱酸+活性炭喷射+布袋除尘+湿法脱酸。

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