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危险废物焚烧处理技术与废气处理系统设计研究

时间:2019-11-19 来源:吉林大学 作者:陈旭 本文字数:7138字
  摘 要
 
  吉林省工业危险废物产生量为 70.1 万 t/a,其中各大型企业和废物产生量较大的企业自行处理处置的危险废物量为 66.6 万 t/a,尚需集中处理处置的危险废物量为 3.5 万 t/a。本课题以该省为例,针对危险废物的处理现状和市场需求设计危险废物集中处置装置,并配套设计污染治理装置。通过对国内外危险废物的处理工艺进行分析,择优选择了焚烧处理工艺。主要危险废物焚烧处理工艺流程为危险废物预处理、焚烧回转窑。根据我国颁布《危险废物焚烧控制标准》(GB18484-2001),确定主要废气污染物是颗粒物、氟化氢、氯化氢、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、重金属和二恶英等。配套设计了废气处理系统,主要工艺流程为余热回收系统、SNCR 脱硝系统、急冷系统、干式脱酸系统、活性炭吸附系统、除尘系统、湿法脱硫系统。

危险废物焚烧处理技术与废气处理系统设计研究
  
  通过调试和运行,证明设计的危险废物回转窑焚烧设施可以满足危险废物的处理的原则。可以做到资源化和减量化,妥善处置了危险废物。配套建设的废气处理装置,可以确保废气中的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、重金属等污染物质满足国家排放标准。得出以下结论:(1) 脱硫过程会对焚烧过程中产生的重金属有一定的去除效果,脱硫 pH=9 时,主要重金属包括铅镉镍铬均低于检出限;(2) 布袋压差直接决定烟粉尘的去除效率,间接影响各个主要污染因子的去除,其中当布袋压差高于 700Pa 时,氮氧化物浓度降低至 150mg/m3,其它污染物包括烟尘、二氧化硫等均维持在较低水平。本365bet体育在线滚球为危险废物处理相关的工艺设计提供了新思路,对进一步的工艺优化如调整运行参数提供了理论基础和实验依据,有利于确保焚烧效率从而降低环保压力。
  
  关键词: 危险废物,集中处理,焚烧,设计。
  
  Abstract
  
  The amount of industrial hazardous waste generated in Jilin Province is 701000 t/a, of which the amount of hazardous waste handled by large enterprises and enterprises with large waste generation is 666000 t/a, and the amount of hazardous waste that needs to be disposed of is 35000 t/a. Taking the province as an example, this thesis designs a hazardous waste centralized disposal device for the status and market demand of hazardous waste treatment, and designs pollution control devices.
  
  Through the analysis of the treatment process of hazardous wastes in our country and abroad, the incineration treatment method was selected. The main hazardous waste incineration treatment process is pretreatment of hazardous waste and incineration of rotary kiln. According to China's promulgation of "Hazardous Waste IncinerationControl Standards" (GB18484-2001), it is determined that the main exhaust pollutants are particulate matter, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, nitrogen oxides, sulfurdioxide, carbon monoxide, carbon dioxide, heavy metals and dioxins. The exhaust gas treatment system is designed. The main process is waste heat recovery system, SNCRdenitration system, quenching system, dry deacidification system, activated carbon adsorption system、dust removal system、wet desulfurization system.
  
  Through commissioning and operation, it is proved that the design of hazardous waste rotary kiln incineration facilities can meet the principles of hazardous waste treatment. It can be resourced and reduced, and hazardous wastes are disposed of properly. The construction of the exhaust gas treatment device can ensure that the pollutants such as smoke, sulfur dioxide, nitrogen oxides and heavy metals in the exhaust gas meet the national emission standards. The following conclusions are drawn: (1) The desulfurization process has a removal effect on heavy metals generated during incineration. When desulfurization pH=9, the main heavy metals including lead, cadmium and nickel are lower than the detection limit; (2) bag pressure difference Directly determine the removal efficiency of smoke dust, which indirectly affects the removal of various major pollution factors. When the pressure difference of the bag is higher than 700Pa, the concentration of nitrogen oxides is reduced to 150 mg/m 3 , and other pollutants including soot and sulfur dioxide are kept at low level. This paper provides a new idea for the process design related to hazardous waste treatment, and provides a theoretical basis and experimental basis for further process optimization such as adjusting operating parameters, which is conducive to ensuring incineration efficiency and reducing environmental pressure.
  
  Keywords:   hazardous waste, centralized treatment, incineration, design。
  
  第 1 章 绪 论
  
  危险废物已经被世界的各个国家进行了定义,且均制定了相应的制度对其进行监管。联合国环境规划署将危险废物定义为除存在放射性的废物外,并且具有化学反应性、毒性、爆炸性、腐蚀性或者对人类和其他生物以及环境造成危害的废物[1-3]。另外,国内、外制定了相应对危险废物进行甄别的相关规定[4-7]。
  
  1.1 研究背景。
  

  这些年以来,随着我国化工、医疗、医药等行业的飞速发展,人民群众的生活水平和质量得到了极大的提高。但是,与此同时,医药行业、医疗行业和化工行业等生产过程中产生的危险废物也急剧增多,导致产生的危险废物处理矛盾日益突出[8]。因为危废中存在多种污染物相互交杂,甚至有些危废还易燃易爆,具有腐蚀、传染等危害性。这些危害逐年积存,导致危险废物长期搁置,危害存在时间较长;大部分危险废物中含重金属元素,这些重金属元素极难降解,危废会存留于自然环境中极长时间[9]。将这些危废集中收集后,会产生危废对人的影响会叠加。所以,国内外危危废处理的难点和热点是如何把集中收集这些后成分复杂的危废进行妥善处理[10-12]。
  
  我国自 1990 年之后,我国不断在加快对危险废物的监督管理管理以及对危险废物处置的步伐。2016 年我国修订了《国家危险废物名录》,其中更加深入研究了各行业生产过程中危废的产生环节特性以及危废本身具有特性[13]。并且调整了原有名录中的危险废物种类。我国通过加强对危废的全过程监管,将有限人力的更高效的投入到危废的精细化监管工作中。降低了环境隐患,减低了危废对自然环境和人体的影响[14]。
  
  此外,我国已制定了相关规范要求,加强了对危废的全方位监管[15]。同时增加危险废物处理集中处理场所,增加危废处理的能力。并且加大科学研究投入,不断更新危险废物处理的新技术及方法[16]。
  
  根据调取吉林省危险废物申报登记相关数据,吉林省工业危险废物产生量约为 70.1 万 t/a,其中各大型企业和废物产生量较大的企业自行处理处置的危险废物量约为 66.6 万 t/a,尚需集中处理处置的危险废物量约为 3.5 万 t/a。因此,吉林省的危险废物妥善处置工作仍需解决。
  
  1.1.1 危险废物的危害。
  
  危废的坏处主要体现在以下几点:
  
  1、危废存在对生态环境的安全隐患。危险废物若未经过处理,擅自倾倒在外环境中,导致危险废物通过雨水、地下水等的浸出、冲刷等作用,将各类有害物质进入外环境中。如果某些危险废物具有易燃易爆性和腐蚀性将对环境安全造成巨大的破坏[17,18]。
  
  2、危险废物对生命安全的危害。危害主要表现在暂时影响和长远影响两个方面。暂时影响是将危废服用、皮肤触摸或着火、爆破等导致的暂时影响;长远影响主要是多次触碰危废致使人体慢慢中毒、造成畸形或致癌、甚至造成基因变异等。
  
  3、危废制约了人类的可持续发展。不规范处理危险废物造成的环境污染将成为经济发展的制约,上世纪中期全世界突发了几次环境污染事故,时刻提醒着人类社会发展需要重视危废处置[5]。
  
  1.1.2 国内、国际危废处理方法简述。
  
  危险废物污染防治的原则是“减量化、资源化、无害化”。遵循上述原则,首先要降低危废总产生量,即减量化。然后考虑是将危险废物中具有可以再利用的物质进行提取,变成相应的资源进行妥善处置、综合利用[19]。通过各种相应的处置手段进行处理。使得危废中对人类和大自然有害的元素变成无害的形式。进而使人体和环境污染不会受到污染[20]。具体的处理方式如下:
  
  1、物理处理技术。
  
  选择机械方式让危废的体积、形态变小,变得转运方便、存储及处置,常作为深度处理处置前的预处理使用[21]。
  
  2、化学处理技术。
  
  此技术是通过加入化学药剂的相关方法把危废的特性改变,把危废的害处减少,或把危废变成便于进一步处置状态[22]。
  
  3、生物处理技术。
  
  此技术是用微生物分解危废中的有害物质,来达到危废无害化的目的[23,24]。
  
  4、固化/稳定化处理。
  
  此技术是把某些渗透性差的物料材质与危废进行搅拌混匀,让这些渗透性较差的物质充分把危废包裹住,让危废中的有害物质无法渗透出来,或者危险废物化学产生惰性[25,26]。
  
  5、热处理技术。
  
  热处理技术是通过加热让危废中的危险物质进行转化成没有危险的固体,因此,危废的量降低、也变得没有危害。目前危废的热处理工艺主要分为 5 类,燃烧物料为热源的热解技术、采用电为热源的热解技术、采用等离子体的热解技术、在场地进行热解技术及采用其他方式的热处理。焚烧危废是在气态 O2存在的装置环境里,让危险废物也进入该装置,通过点火升温,让装置内部到达一定的温度,然后危险废物在装置内发生快速升温氧化的过程。热解危废是指在没有氧气状态下,将有机废物升温、分解为气相小分子物质(如 CH4,H2,CO 等)以及液相的焦油类物质的工艺[27,28]。
  
  加热过程可选用柴油、天然气做为升温的原料,也同时可以选用通电加热,进行升温。处置过程是将装置内部温度提高到 1300℃以上把危废中的有机物加热分解、焚烧分解以及气化,其中无机物将变成玻璃态最终成为固态废物排出。
  
  新性气化熔融技术是将危废在没有氧气状态时变成易燃气,而灰渣在1200-1400℃温度情况被熔融太的炉渣,可以把二恶英物质彻底去除,也能将炉渣的浸出液中把重金属稳定[29]。
  
  6、安全填埋处置技术。
  
  危险废物的最终处理方式是安全填埋,该工艺是从垃圾卫生填埋工艺演变的[30-32]。
  
  综上所述,通过对各类危险废物处理方式和各类危险废物的特点进行对比,得出各种危险废物处理方式对应的对象和方法,如表 1.1 所示。相较而言,热处理技术可以将危废进行妥善治理,做到危废量降低、危废物质无害化。同时,工艺简单,风险性小,更符合危险废物处理的目标。因此,危险废物通过热处理方式进行处理具有处理对象的广泛性、处置工艺的成熟性。
  
  
  
  1.1.3 危险废物热处理技术。
  
  危废热处理技术按照方式不同,大致分为 5 类。分别为以燃烧物料为热源的热解技术、采用电为热源的热解技术、采用等离子体的热解技术、在场地进行热解技术及采用其他方式的热处理技术[33,34]。
  
  1、燃料热源热解技术。
  
  燃料热源热解技术常见设备为旋转窑。窑炉的内衬为耐火材料,炉窑不断旋转过程中使危险废物混合向前移动,在燃烧过程中要辅以助燃材料,配套尾气处理装置。该工艺的优点一是可以处理多种危废;二是产生的炉渣危险性低,炉渣的处理方式相对简单;三是运行不容易出现波动,不容易出现故障;四是能将其他高温无法分解的危废进行处理。该工艺缺点一是处理该工艺在处置危废时容易产生较大的粉尘;二是该装置及配套的设施所需的初期建设基金大;三是产生的热能不容易被收集、并且时常需要添加助燃剂辅助升温、燃烧;四是启炉、停炉时间长,工艺难操控,不能频繁启炉、停炉;五是在处理危含水分多的危险废物时,可能导致结焦或者危废挂壁的现象,导致处理效果不佳。燃料热解可以处理不同类型的危废,根据工艺和危废的不同,可以分别选择热解焚烧炉、流化床焚烧炉和回转窑焚烧炉。
  
  2、电热源电解技术。
  
  电热源电解技术常用的装置是熔融玻璃炉。在窑炉中利用温度在1000-1300℃的熔融玻璃作为供热介质,将危险废物及空气导入到熔融玻璃的表面或内部,危险废物在高温下分解反应,废气进入后续处理体系,残渣被玻璃体包裹,随后移出。电热源电解技术的优点一是建设资金少;二是配套的装置简单,便于操控;三是危废处理时产生烟气中粉尘少;四是处理效率高;五是处理后产生的废渣被不易渗透的玻璃物质进行包裹,处理残渣的方法简单。其缺点有:一是投入生产使用后所需运行成本大;二是可能导致密度大的危废无法处理;三是危险废物中的重金属富集在电极表面会导致玻璃的熔融效果差,进而导致处理效果不好;四是无法处理液态危废或者水分较高的危废[35]。电热源电解技术是针对某一类危废设计的处理工艺,对针对处理的危废处理效果好。例如红外线加热炉仅可以处理被有机物污染的垃圾及污泥,微波熔融炉仅可以处理放射性废物及粉尘。
  
  3、等离子体热解技术。
  
  等离子体热解技术代表装置包括等离子体离心反应器、等离子体电弧炉。其优点一是产生的废气量少,需要配套建设的废气处理设施少,处理废气所需资金低;二是产生的固废成分稳定;危害性低;三是炉体的耐火耗材少。其缺点一是热解装置本身序号更换的耗材量大,维护只资金投入多;二是电能消耗量大;三是运行时操控的过程复杂,对操控人员经验要求多[36]。
  
  4、现场处理技术。
  

  现场处理技术主要是处理场地土壤污染的修复。例如,现场玻璃化工艺。工艺内容是将被污染场进行分格,然后在网格内选取点位,点位主要是各个网格的交点,在交点中打洞放入电极,电极选取石墨电极,随后再通电将温度提升。当升温至约 2000 摄氏度时,可以将土壤变成熔融状态,将重金属析出,同时高温分解了土壤中的有机物,最终土壤污染得到修复。其优点一是处理效果好;二是基本不需要二次烟气处理,仅需要对产生的废物进行简单的处理;三是产生的固废较为稳固。其缺点一是仅能在现场进行处理场地内的危废;二是处理危废的形态有限,仅能处理固态的危废;三是处理危废的成分单一,仅能处理重金属和有机物质;四是受含水量影响大,水分少处理效果好;四是资金消耗大,耗能量多。垃圾填处理也可以用采用现场处理技术进行处理[37]。
  
  5、其他热处理技术。
  
  其他热处理工艺经常与其他的热处理技术串联来提高处理效果。一是提高分解效率的技术,包括的主要方法有空气燃烧法、富养燃烧法。二是用于处理液态的含有较高危险废物浓度的处理工艺,其中包括喷雾焚烧法、陶瓷熔融炉[38]。
  
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  1.2 本365bet体育在线滚球研究的主要内容、目的及意义

  1.2.1 研究的内容及目的
  1.2.2 研究的意义
  
  1.3 技术路线
  
  第 2 章 工程概述
  
  2.1 危险废物产生量

  2.2 危废焚烧规模
  2.3 设计需求
  2.4 方案论证
  
  第 3 章 焚烧处理工艺设计
  
  3.1 设计规模和物料性质

  3.1.1 设计规模
  3.1.2 废物和燃料种类、性质及成分
  
  3.2 焚烧处理工艺
  3.2.1 工艺整体设计原则
  3.2.2 危险废物焚烧装置工艺流程
  3.2.3 主要工艺技术参数
  3.2.4 主要设备选择
  
  3.3 运行处理情况
  
  第 4 章 废气处理设施
  
  4.1 废气中主要成分及工艺选择

  4.1.1 废气中的主要成分
  4.1.2 二恶英的产生
  4.1.3 废气处理系统工艺分析
  
  4.2 危险废物焚烧装置烟气净化系统工艺流程
  4.3 主要工艺技术参数
  4.4 主要设备选择
  4.5 调试与运行
  
  第 5 章 环境风险分析
  
  5.1 环境风险因素分析
  5.2 尾气处理系统故障预防措施
  5.3 环境风险应急措施

  第 6 章 结论

  1、基于本地区经济发展程度、危废产生量、以及环保对净化废气的设施等诸多角度考虑,最终确定采用技术相对成熟的回转窑焚烧炉。该焚烧炉具有使用难度低,各种类型的固液相废料都可以焚烧,还能焚烧一些具有危险性的低熔点物料的特点。而且对液相废物可以直接送入炉内处理,固体物料用箱装或大型块状的也可以直接送入其中。总体来说,技术成熟,运用简便的巨大优势,适用于本地区实际情况。

  2、通过调查所需处理危废的固、液两种形态的处理量,确定设计了两个重要部分:废物预处理系统——进料的前置处理和进料程序以及焚烧系统——由回转窑本体和二次燃烧室(即二燃室)以及废渣排放装置及控制装置构成。对回转窑焚烧炉的转窑系统(窑的本体)、配套安装的二次燃烧室系统,对主要技术参数如炉温、二燃室温度、烟气停留时间、燃烧效率等进行确认,对配套的主要及辅助设备进行了最终确认。

  3、结合实际的设备安装情况、通过比较干法、湿法等烟气处理系统各自的优缺点,确定选用余热锅炉+SNCR 装置+急冷装置+干式脱酸塔 +活性炭吸附装置+布袋除尘装置+湿法去酸化装置处理废气。通过对各个技术环节的详尽分析,计算主要技术参数,确认设备的规格和型号。

  4、为期半年的调试运行,烟气出口数据显示 pH 维持在 9 附近时,主要重金属如铅镉镍铬均在检出限以下,利于污染物的去除,减小环保压力,通过细化研究结果,基于 pH 为 9.5 时,会对烟气中重金属吸附产生显着的正促进作用。布袋压差直接决定烟粉尘的去除效率,间接影响各个主要污染因子的去除情况,当布袋压差维持在 700Pa 以上较高水平后,氮氧化物浓度降低,达到 150mg/m3左右,其他污染物如烟尘及二氧化硫,维持在低浓度水平。建议在工况允许的情况下,维持较高的布袋压差水平,利于污染物的去除。

  5、对烟气净化系统出现风险问题进行提前预判,尤其是二恶英等高度敏感的毒害气体需要相应的应急事故处理措施。

  6、该危险废物焚烧回转窑配套建设的尾气处理设施通过调试,可以保证运行稳定。在保证各装置稳定运行,药剂正常添加的情况下,通过对装置废气排放情况监测。各项监测指标均可以满足国家排放标准《危险废物焚烧控制标准(GB18484-2001)对各项污染物的要求。

  参考文献.

    陈旭. 危险废物焚烧工艺选择与废气处理设施工艺设计[D].吉林大学,2019.
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