危险废物专业焚烧系统物料配伍方法概述

摘要危险废物焚烧系统物料配伍是结合拟焚烧物料物理形态、化学性质等信息对物料进行热值控制和有害成分合理化均质控制预处理的过程。本研究结合北京市危险废物处置中心多年危险废物焚烧处置系统运行经验，从配伍必要性及配伍可操作性方面对危险废物焚烧配伍模式进行了探索，阐述了一种在实际生产运行过程中较为有效的三级物料配伍方法。一、前言危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废弃物。危险废物回转窑焚烧处置系统包括进料系统、回转窑、二次燃烧室、尾气处理系统等环节。本文所研究的北京地区危险废物的焚烧处置方式为以危险废物焚烧处置为基础的回转窑加二次燃烧室的焚烧炉。要使危险废物得到有效焚烧处置，其有机物焚毁去除效率要达到99.99%。焚烧系统中所处置废物的燃烧效率取决于焚烧温度、气体高温区停留时间、氧气浓度及空气与废物及其产生废气的混合程度[1]。焚烧系统设计建设完成后，其焚烧去除能力极限已经固定。此时系统温度、停留时间、氧气浓度等可调整参数在焚烧系统设计极限范围内均受控于系统操作人员。其调整范围及手段十分有限，为达到焚烧系统稳定可靠运行的目的必须对进入系统的拟焚烧物料进行有效管控，达到成分控制、均质均化的目的。而物料混合程度是否均匀以及成分是否合理控制则取决于物料的配伍及预处理是否有效。焚烧配伍是指为了达到入窑处置的危险废物成分稳定可控、均匀、平衡燃烧的目的,对所收集的成分复杂,形态各异的各类别焚烧废物进行理化性质分析,并根据分析结果形成一个混合方案，并按照该方案进行物料均化预处理的过程。物料配伍是在物料进入系统之前的必要操作过程。二、配伍目的意义恰当的焚烧配伍操作可以使燃烧稳定、有毒有害性物质彻底降解,同时还可以节约助燃燃料、保护耐火材料、延长焚烧设施的使用寿命、降低运营成本。[4]1）控制入窑物料热值的稳定性配伍应使进入焚烧炉的危险废物的热值尽可能介于设计规定的范围内以求减少辅助燃料的消耗量。若热值太低，需启动辅助燃料系统以使废物燃烧并达到规定的分解温度，造成运行成本增加；若热值太高，需要用惰性物质（过量空气、水等）限制炉温，但该方法一方面易导致烟速过快，有害气体分解不彻底，另一方面需降低进料量使系统温度在安全范围内，从而使系统处理能力下降。因此，入炉废物的热值要保持稳定，使焚烧室热负荷控制设计规定的范围，保证系统运行的经济可靠。2）控制酸性污染物有害元素及重金属。废物中的酸性物主要是指卤化物，危险废物中的卤化物大都来自有机物化合物。卤化有机物含量不仅影响废物的热值，也影响燃烧后烟气的酸性气体含量和烟气处理系统的运行效果，控制不当还易造成氯气等酸性气体的大量产生，其腐蚀性更大[5]。一台日处置量30t左右的回转窑处置系统，入炉酸性物含量一般宜控制在：Cl＜2％、S＜2.5％、F＜0.5％，最高含量为：Cl＜3％，F＜1％、S＜3％。焚烧物料中含有大量的金属成分，焚烧后烟气中会夹带有金属及金属氧化物，焚烧系统通常具有一套完整的金属及金属氧化物净化措施。但一般金属及金属氧化物的净化设施净化效率有限，重金属对空气的影响又很大，尤其重金属在尾气排放中的限值控制较为严格，处理稍有不当就会导致尾气排放重金属含量超标，所以需要源头控制其进入量。危险废物中的农药等剧毒危险废物，含有机重金属类物质较多，应均匀限制数量入炉焚烧，一般单独控制焚烧。3）控制入窑物料水分的稳定性对于固态废物来说，物料中所含水分从液态到气态过程的汽化焓热是由燃料提供的，物料中水含量过高会很大程度的增加辅助燃料消耗量。同时，由于预热烘干所需时间较长，导致了进料量及进料频次的下降。很大程度上影响废物的处置效率。对于液态物料来说，一般采用废液喷枪雾化焚烧的方式进行处置，当液态物料中水含量较高时，其燃点和热值相应则较低，含水率过高的废液雾化后非但不能燃烧，还有可能扑灭系统内原有物料的燃烧火焰。因此，应将入窑物料的水分含量进行合理控制，对于固态废物来说，水含量超过80%的物料严禁直接进入危险废物焚烧暂存储坑处置，同时应及时将储坑内积存的废水抽出，避免储坑内废水影响其他固废。对于液态废物来说，基本可通过控制热值的方式来控制废物中的水分含量，热值低于3000Cal/g的液态废物不太适于采用废液喷枪雾化焚烧处置。4）控制低熔点物料的入窑量低熔点物料较容易达到熔融、气化状态，引起回转窑内结焦及后续设备堵塞，回转窑处置系统结焦会很大程度的降低系统处置能力，因此在配伍过程中应注意控制易导致结焦物料的入窑量。碱金属是以无机或有机盐的形式在于危险废物中，在高温环境下，碱性金属元素和卤素元素会生成低熔盐（如氯化钠、氯化钾等），过量低熔盐的生成会导致熔渣结焦，影响焚烧炉的正常运行和耐火材料的使用寿命。低熔点盐容易在回转窑内形成熔融状态的炉渣，熔渣在急剧冷却时，有物理爆炸的风险，这对于采用水封出渣机的方式输送窑渣的系统来说是一种安全隐患。因此，为有效地控制焚烧工况，需在焚烧炉进料时特别留意废物来源的特性。对于含有碱性金属和卤族元素的废物，尽量错开二者的入窑焚烧时间，对于其他熔点低于600℃的物料或高温下会产生熔点低于600℃的物料，应严格控制其进窑量。在不得不处置低熔点物料的情况下，应适当调整系统温度，尽量使重点部位避开易结焦的温度区间。一台日处置量30t左右的回转窑处置系统，其碱金属K、Na、Mg等物质含量一般控制小于0.3%。三、危废处置企业常用的配伍方法目前在危险废物处置企业内应用范围较广的配伍方法一般是自废物入厂计量、贮存、检测至出库处置，结合计算机管理软件对物料进行跟踪，利用计算机强大的运算功能实现物料的智能化管理。1）料坑中配伍料坑中配伍是指对料坑进行规划分区管理，结合对入厂物料的分析检测结果，按照热值高低及主要有害元素含量，将物料放置到不同储坑，利用行车抓斗按照配伍方案“照方抓药”，从而实现对物料的配伍控制。该方案的不足之处是受市场影响较大；料坑的储存空间有限，由于分区的规划，导致料坑处的污染空气量大，增加处置成本；物料卸车麻烦，工作量大；物料分类不易实现。2）库房中配伍库房配伍是指将物料运输入厂后，库房确认物料的类别、来源、数量等信息，建立库存台账。实验室对库房内的废物进行取样检测，并将检测结果录入库存台账。技术方案制作人员结合库存台账，根据库存物料的不同性质，规避相互之间发生反应的物料，稀释有害元素含量高的物料，均衡热值，制定配比方案，生产人员按照方案出库，并最终在料坑内实现物料的混合、破碎、均质化操作。但是该方案对库房容量要求较高，且易受市场波动影响。危险废物处置中心的库房容量受物料分类存储影响，实际利用率较常规库房略小，且危险废物储存库房建造成本高，一般的危险废物处置中心会按规程配置存储量是其一个月处置的库房容量，但上述规模的库房，由于受危险废物分类存储的影响，实际库存使用率，对于该类配伍方法的实际运用很大程度上没有办法真正实现。而且对于一些处置难度较大的物料，很容易在库房内长期积压，造成安全隐患。四、危险废物焚烧配伍工作中需要解决的问题危险废物焚烧处置的配伍工作是处置工作正常开展的基础，也是保障尾气达标排放的前提，但目前我国大部分危险废物处置中心所采用的配伍操作方式，尚存在可优化的空间。对于很多危险废物处置单位来说，危险废物的处置市场需求大于其处置能力，为了尽快消减库存，多数时间的配伍工作其实并不到位。配伍工作既要做到有效配伍，保证配伍后物料的热值、含水率、酸性有害元素与重金属含量、低熔点物料含量等符合系统控制要求，又要兼顾处置效率，避免配伍环节进展缓慢，导致物料在库房内大量积压，影响废物的处置速度。但实际运行过程中，处置单位往往无法控制市场，客户为节约时间及运费，会将需与其他物料搭配处置的物料大量、集中运输至处置单位，大量该类型物料的入厂，因为要考虑配伍达标，无法及时处置，又会占用库房空间，导致其他物料无法入厂，影响了处置效率。因此，合理、有效利用库房，规划市场物料供给，最大化降低危险废物焚烧处置成本是国内危险废物焚烧处置单位亟需解决的问题。五、北京地区危险废物焚烧配伍方法我们的研究依托于北京市危险废物处置中心，该公司拥有一条年处置量1万吨的回转窑处置系统。公司可处置危险废物类别共计43类，其中可采用焚烧方式处置的为HW02、HW03、HW04、HW05、HW06、HW08、HW09、HW11、HW12、HW13、HW14、HW16、HW20、HW37、HW38、HW39、HW40、HW41、HW42、HW45、HW46、HW48、HW49共计23类。北京市危险废物处置中心客户群体量大，处置类别较多，物料情况复杂，这就给焚烧配伍工作带来了更大难度。该公司目前采用“三级配伍”的方式进行配伍工作，结合其多年运行情况，可有效控制危险废物焚烧系统运行稳定，尾气达标排放，耐火材料等耗材的损耗情况较低。1）一级配伍一级配伍是指市场层级的配伍。市场层级的配伍要求对市场上危险废物的产生情况整体了解，并能够根据系统运行情况，适当规划控制收集入厂废物的类别、数量、性质，缓解库房存储压力，有计划的进行市场收集，在保证客户需求的前提下，实现市场与处置单位的紧密衔接，避免量大、难配伍的物料占用库房空间，使已入场物料都可以被尽快销毁。已运行多年的产废单位可结合多年运行经验，对经营资质内所属地区主要行业、主要产废单位所产的危险废物类别、产生频次及数量、物料的热值范围及有害元素成分等信息进行汇总，建立危险废物市场基本信息库。对于不适于危险废物焚烧系统处置的物料，应建立会签接收制度及不予接收废物名单。对于性质特殊的物料，需采用特殊包装、单独运输的物料，也应建立相应名单，便于后续危险废物收集工作开展。对于初建型危废企业，在没有数据经验积累的时候，应当首先对市场进行了解调研，掌握市场的产废信息，以便于进行危险废物处置规划，为一级配伍的建立打造基础。2）二级配伍二级配伍是指厂区内的配伍。危险废物进入厂区后，一般会进行入库操作，所有待处置废物均按照不同的化学特性和物理形态储存在不同库房。物料入库后，处置中心实验室检测人员会对物料进行分析检测，明确各批次物料的热值、水分、卤素（氟、氯、溴、碘等）含量、硫化物含量、金属盐含量等信息，处置方案制定人员根据物料入库情况、分析检测及小试结果，可以借助配伍软件或其他工具，在保障有害元素含量不超过下表所列标准的前提下，科学搭配焚烧物料，使得一些易混合发生反应的、爆炸的、高腐蚀性的物料得到有效预处理（可以和惰性的泥状物混合），控制适当的水分，以利于燃烧反应进行；含钾等碱金属废物和含氯等卤素废物可以反应生成稳定化合物的应适当搭配；快速分解燃烧的和缓慢分解燃烧的适当搭配，使得在炉内均匀燃烧等等，出具配伍方案。3）三级配伍三级配伍是指危险废物焚烧系统的料坑内的配伍，也就是物料入厂后的二次配伍。危险废物焚烧处置系统会设有暂存储坑，危险废物出库后，在焚烧系统暂存储坑中的最终混合，并通过破碎、抓斗混匀等过程，实现物料的最终均化。经过前面两次配伍操作，物料已经基本满足焚烧系统的进口要求，料坑中的混合均化配伍实际上是前面两次配伍工作的延伸，本次配伍的有效性最终决定了进入焚烧系统的物料是否有效均化。为确保三级配伍后物料满足焚烧系统的入口标准，实验室检测人员会对最终均化的物料取样检测，并根据检测结果随时调整进入焚烧系统暂存储坑的物料。三级配伍是物料直接混合接触的过程，该环节应着重注意参与配伍废物之间的相容性，避免不同物料接触后产生大量热量或高压、火焰、爆炸、易燃气体、有毒气体、剧烈的聚合反应:另外必须保证废物及容器和料仓及炉衬之间的相容性、安全性。六、研究结论和前景展望综上所述，有效的焚烧配伍可以达到焚烧操作稳定、提高处置量、排放稳定达标、保护系统设施、成本降低的效果。采用上述三级配伍方案可以达到数据积累、降低库存、降低成本和安全风险的效果。在排放标准日趋严格、成本控制压力日趋紧迫的行业大环境下，合理有效的配伍方案是危废焚烧处置企业的管控重点。浅谈危险废物焚烧处置进料配伍【摘要】从生产运营实际出发，对危险废物焚烧处置中非常重要的进料配伍环节的技术问题