雷日華 王恒輝 陳 萃 周曉源

(1.韶關(guān)東江環(huán)保再生資源發(fā)展有限公司， 廣東 韶關(guān) 512600；2.長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410019)

0 前言

回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝是目前處理危險(xiǎn)廢物廣泛使用的環(huán)保工程工藝[1-6]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)采用該工藝已建成投產(chǎn)的企業(yè)有數(shù)十家之多。此工藝主要針對(duì)石油、化工、制藥、醫(yī)療、冶煉等行業(yè)的有機(jī)類(lèi)危險(xiǎn)廢物，具有機(jī)械化程度高、維護(hù)及操作簡(jiǎn)單、建設(shè)投資相對(duì)經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)；不足之處是焚燒過(guò)程產(chǎn)出的焚燒渣和煙塵仍屬于危險(xiǎn)廢物，需要進(jìn)一步處理，即采用回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝處理有機(jī)類(lèi)危險(xiǎn)廢物不能一次性處理到位，會(huì)留下環(huán)境隱患。如何對(duì)回轉(zhuǎn)窯焚燒危險(xiǎn)廢物的工藝進(jìn)行補(bǔ)充與完善，治理其過(guò)程產(chǎn)出的二次污染物是新建和已在使用回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝處理危險(xiǎn)廢物的企業(yè)所必須面對(duì)的問(wèn)題。

1 焚燒危廢二次污染成因

可采用回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝處理的危險(xiǎn)廢物種類(lèi)繁多，一般包括醫(yī)療廢物、農(nóng)藥廢物、有機(jī)溶劑廢物、氰化物廢物、含有機(jī)鹵化物廢物、廢催化劑等。這些危險(xiǎn)廢物的特點(diǎn)是含有機(jī)物、氟、氯等氣化揮發(fā)物量較大，因此，危險(xiǎn)廢物在焚燒過(guò)程中產(chǎn)出的焚燒渣和煙塵量相對(duì)較少。

某危廢處理企業(yè)采用回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝(圖1)，危廢物料處理量為100 t/d。

圖1 回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝流程

入窯危廢物料成分分析結(jié)果見(jiàn)表1；焚燒窯產(chǎn)出的固廢和煙氣產(chǎn)生情況見(jiàn)表2；對(duì)窯渣和煙塵分別進(jìn)行了XRF熒光成分分析，結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

對(duì)比表1和表3、表4可知，焚燒后產(chǎn)生的窯渣和煙塵中氧含量明顯升高，這表明在危險(xiǎn)廢物中，絕大部分有害物質(zhì)經(jīng)過(guò)高溫焚燒后已轉(zhuǎn)化為氧化物。這些氧化物并未得到完全的玻璃化解毒，這可能是由于危險(xiǎn)廢物的成分復(fù)雜，回轉(zhuǎn)窯焚燒操作溫度較低，無(wú)法達(dá)到部分熔點(diǎn)較高物料玻璃化需要的溫度，導(dǎo)致這部分危險(xiǎn)廢物無(wú)法熔融形成滿足一般固廢要求的玻璃體。此外，進(jìn)入窯內(nèi)的部分危廢因顆粒細(xì)小，被直接抽入煙氣收塵系統(tǒng)，沒(méi)有得到解毒。因此，回轉(zhuǎn)窯焚燒后的窯渣和煙塵所含的有害元素在自然界中仍有滲出的可能，雖然回轉(zhuǎn)窯焚燒能夠起到危廢減量化的作用，但仍改變不了需要按危廢標(biāo)準(zhǔn)對(duì)回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢進(jìn)行填埋處理的現(xiàn)狀。

表1 某企業(yè)危廢處理項(xiàng)目焚燒窯入窯危廢物料成分分析

表2 某企業(yè)危廢處理項(xiàng)目焚燒窯固廢及煙氣產(chǎn)生情況

表3 焚燒渣XRF成分分析

表4 焚燒飛灰的XRF成分分析

2 二次污染治理

2.1 側(cè)吹爐熔煉工藝

在高溫處理危廢物料的過(guò)程中配入相應(yīng)的硅鈣物質(zhì)并使其熔融，使產(chǎn)出的固相熔煉渣形成玻璃體是避免回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢工藝產(chǎn)生二次污染的方法之一，即熔煉技術(shù)的運(yùn)用是解決回轉(zhuǎn)窯焚燒二次污染的有效途徑。但是在焚燒過(guò)程中直接配入硅鈣物質(zhì)，使其與危廢物料一起在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熔融，勢(shì)必會(huì)形成結(jié)窯，最終導(dǎo)致死窯停車(chē)。因此，處理回轉(zhuǎn)窯焚燒二次污染的熔煉技術(shù)，難以在回轉(zhuǎn)窯焚燒過(guò)程中實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)引入其他設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)出的二次污染物進(jìn)行熔煉處置。

最常見(jiàn)的物料高溫熔煉設(shè)備是熔煉爐。熔煉爐樣式繁多，其中較為適合處理回轉(zhuǎn)窯焚燒二次污染物的是近年來(lái)在有色冶金領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的側(cè)吹爐。

側(cè)吹爐主要由爐缸、熔煉室、爐頂、渣口、風(fēng)口、進(jìn)料口、煙道等部件組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。它是實(shí)現(xiàn)側(cè)吹熔煉技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

圖2 側(cè)吹爐結(jié)構(gòu)示意圖

1)備料簡(jiǎn)單，對(duì)入爐料水分和粒度沒(méi)有嚴(yán)格的要求。

2)熔煉強(qiáng)度大，可采用富氧強(qiáng)化熔池熔煉。

3)爐子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)。

4)爐子密封性好，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境比較好。

5)燃料適應(yīng)性廣，可采用固體燃料，也可采用氣體和液體燃料。

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[7-11]，側(cè)吹熔煉技術(shù)中的富氧側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)目前已在液態(tài)鉛渣還原、廢鉛酸蓄電池鉛膏、鋅浸渣、銅精礦等固體廢物和有價(jià)金屬回收等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，對(duì)有色金屬冶煉、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步起到了重要的推進(jìn)作用。

2.2 治理方案

將回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)和富氧側(cè)吹爐熔池熔煉系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，是治理回轉(zhuǎn)窯焚燒所產(chǎn)危廢的理想工藝方案，可使回轉(zhuǎn)窯焚燒產(chǎn)出的二次污染物熔融形成玻璃體相，進(jìn)而使其中的有害元素被玻璃體固化，無(wú)法滲出，從而使回轉(zhuǎn)窯焚燒產(chǎn)出的二次污染物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐话愎虖U?！盎剞D(zhuǎn)窯焚燒+側(cè)吹爐熔煉”工藝流程如圖3所示。

圖3 回轉(zhuǎn)窯焚燒+側(cè)吹爐熔煉工藝流程圖

回轉(zhuǎn)窯焚燒煙塵中殘留的有機(jī)物于側(cè)吹爐內(nèi)高溫分解氣化，生成的可燃?xì)怏w再與由側(cè)吹爐熔池兩端噴嘴鼓入的富氧發(fā)生燃燒反應(yīng)，最終生成CO2、H2O、HCl、HF等氣體，焚燒渣與硅鈣物質(zhì)在側(cè)吹爐高溫下反應(yīng)生成性質(zhì)穩(wěn)定、浸出毒性非常低的玻璃體。若回轉(zhuǎn)窯焚燒煙塵和焚燒渣中銅、鉛、鋅等重金屬含量較高，可通過(guò)爐料配比和反應(yīng)氣氛調(diào)節(jié)，以銅锍、氧化物煙塵等形式實(shí)現(xiàn)銅、鉛、鋅等有價(jià)元素的回收富集，同時(shí)大幅降低玻璃體中重金屬含量。

因此，“回轉(zhuǎn)窯焚燒+側(cè)吹爐熔煉”工藝與單獨(dú)的“回轉(zhuǎn)窯焚燒”工藝相比，回轉(zhuǎn)窯焚燒產(chǎn)生的煙塵和側(cè)吹爐產(chǎn)生的煙塵都可進(jìn)入熔煉爐熔融，側(cè)吹爐產(chǎn)出的煙塵自行循環(huán)不外排，產(chǎn)出的熔煉渣是被玻璃化的一般固廢，達(dá)到了消除二次污染的目的。

在實(shí)施回轉(zhuǎn)窯焚燒+側(cè)吹爐富氧熔池熔煉系統(tǒng)的工業(yè)化配置時(shí)，根據(jù)企業(yè)的建設(shè)條件，通?？刹捎萌缦聝商捉ㄔO(shè)方案：

1)回轉(zhuǎn)窯的出料端與側(cè)吹爐的進(jìn)料端直接連接配置。這種配置的優(yōu)點(diǎn)是回轉(zhuǎn)窯和側(cè)吹爐共用一套煙氣收塵凈化系統(tǒng)，可最大程度地節(jié)約能源和部分投資；不利之處是現(xiàn)場(chǎng)的操作空間可能受限。

2)回轉(zhuǎn)窯和側(cè)吹爐分別配置，將回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)出的窯渣先放出冷卻，然后運(yùn)往側(cè)吹爐工序參與配料，最后送入熔煉爐熔煉。這種配置的優(yōu)點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)操作空間較大；不利之處是回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)出的窯渣冷卻后再送入熔煉爐熔煉，其熱能沒(méi)有得到有效的利用。

從節(jié)省投資和節(jié)約能源的角度出發(fā)，第一套方案明顯要優(yōu)于第二套方案，它通常是新建工程所采用的建設(shè)方案；對(duì)于在已有回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造的工程，第二方案可能更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谝呀ɑ剞D(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行回轉(zhuǎn)窯的出料端與側(cè)吹爐的進(jìn)料端直接連接配置的技術(shù)改造，不僅工程量過(guò)大，而且可能存在安全隱患。總之，“回轉(zhuǎn)窯焚燒+側(cè)吹爐熔煉”的建設(shè)方案應(yīng)因地制宜來(lái)實(shí)施。

3 治理效果

3.1 環(huán)保

采用“回轉(zhuǎn)窯焚燒+側(cè)吹爐熔煉”技術(shù)處理危廢，基本無(wú)煙塵外排，產(chǎn)出的熔渣已被玻璃化，屬于一般固廢，其中的有害元素被固化在玻璃體內(nèi)，在自然環(huán)境中不會(huì)滲漏，基本消除了回轉(zhuǎn)窯焚燒處理危廢過(guò)程產(chǎn)生的二次污染。

3.2 投資

項(xiàng)目的投資與項(xiàng)目的規(guī)模有關(guān)。以某企業(yè)所建設(shè)的危險(xiǎn)廢物綜合利用及處理項(xiàng)目為例，其回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢的處理能力為100 t/d，投資(包括其配套設(shè)施)在1億元以上。若在此基礎(chǔ)上進(jìn)行“回轉(zhuǎn)窯焚燒+側(cè)吹爐熔煉”的技術(shù)改造，新增加的側(cè)吹爐熔煉系統(tǒng)含有與回轉(zhuǎn)窯配套的相關(guān)設(shè)施，投資可控制在1 000萬(wàn)元以下，即新增投資10%左右。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

1)回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢所產(chǎn)出的窯渣和煙塵是二次污染物，若不自行處理，則需要交由其他企業(yè)治理，按現(xiàn)行政策需要支付一定費(fèi)用，而自行投資建設(shè)或進(jìn)行技術(shù)改造則無(wú)需對(duì)外支付費(fèi)用，從而增加經(jīng)濟(jì)效益。

2)焚燒產(chǎn)出的二次污染物經(jīng)熔煉后所得的熔渣為玻璃體態(tài)產(chǎn)物，經(jīng)過(guò)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》(GB5085.3—2007)鑒別后，不屬于危險(xiǎn)廢物，可作為水泥等建筑材料的添加劑，也可作為鋪路的基材，為企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

3)在二次污染物的熔煉過(guò)程，其有價(jià)元素富集，可能產(chǎn)出有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)品(如銅锍等)，也可外銷(xiāo)到相關(guān)企業(yè)，從而產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4)對(duì)熔煉過(guò)程產(chǎn)出的高溫?zé)煔膺M(jìn)行余熱回收產(chǎn)出蒸汽，也能為企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

回轉(zhuǎn)窯焚燒能夠起到危廢減量化的作用，但回轉(zhuǎn)窯中物料受熱并不充分，無(wú)法全部熔融形成滿足一般固廢要求的玻璃體相，因此回轉(zhuǎn)窯焚燒產(chǎn)物仍為危險(xiǎn)廢物，需要按危險(xiǎn)廢物標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行填埋處理。

回轉(zhuǎn)窯焚燒與側(cè)吹爐熔煉系統(tǒng)協(xié)同處理危險(xiǎn)廢物的工藝是回轉(zhuǎn)窯焚燒危險(xiǎn)廢物工藝的新方向，僅需在回轉(zhuǎn)窯焚燒實(shí)施投資的基礎(chǔ)上追加約10%的投資，就能實(shí)現(xiàn)此套技術(shù)的升級(jí)，不僅有效地解決焚燒危廢二次污染的問(wèn)題，同時(shí)也給企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。