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北斗智库环保管家网讯：摘 要
危险废物具有极大的危害性，其危害性是生活垃圾的几十倍甚至上百倍，必须进行妥善的管理和处置，否则会造成环境污染，直接危害人体健康。目前常用的危险废物焚烧脱酸技术以湿法脱酸为主，脱酸效率较高，但是存在运行成本高、大量的高盐废水不易处理等问题。本文以危废回转窑焚烧系统为例，研究炉内喷钙脱酸技术在危废焚烧系统中的应用，分析危废焚烧系统炉内脱酸技术的优缺点，优选危废焚烧脱酸技术方案，并将其推广应用于工业危险废物焚烧领域。
2020 年 11 月 5 日，生态环境部通过了《国家危险废物名录（2021 年版）》。其中共计列入 467 种危险废物，豁免的危险废物共计 32 个种类，危险废物（简称危废）具有毒性、腐蚀性、易燃性、反应性或者感染性等危害特性，因此，危险废物的处理处置都必须严格按照相关标准妥善管理实施，确保危废的储存、转运及处理处置过程安全可控，如得不到妥善安全的储存或处置，极有可能会造成土壤、地下水或大气产生严重污染，这种污染具有长期性、潜伏性，很难得到有效的修复和改善。
危废焚烧是通过焚烧设施高温破坏和改变危险废物的内部结构和物质组成，同步达到无害化、减量化，同时焚烧的热量可以回收利用，实现危废的资源化。焚烧能够最大限度地减少危险废物量，在危废处理处置中得到了广泛的应用。通过与空气中的氧气高温焚烧反应，危废中的有害成分能够得到彻底的破坏，危废中的复杂有机有害物质被分解成无害物质，彻底消灭危险废物中的病菌，燃烧产生的烟尘经处理后达标排放。本文研究了某危废处置中心焚烧系统的炉内喷钙脱硫技术，为危废焚烧脱酸新技术的研发和应用提供一定参考。
01 危险废物焚烧工艺分析
本文以山东省东营市某危废处置中心焚烧系统为例，进行炉内喷钙技术研究。本项目危险废物焚烧处置规模约为 3 万 t/a。对于符合焚烧处理条件的危险废物，均应采用焚烧处理，结合目前危险废物待处置量和今后的发展，本工程建设 1 台日处理量为100 t 的焚烧炉及其配套设施。
该项目采用“回转窑 + 二燃室 + 余热锅炉 + 选择性非催化还原（SNCR）+ 急冷塔 + 干法脱酸塔 +活性炭吸附 + 布袋除尘器 + 湿法脱酸烟气 + 烟气再热 + 选择性催化还原（SCR）脱硝”的处理工艺。焚烧炉烟气排放执行《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484—2020）、《区域性大气污染物综合排放标准》（DB 37/2376—2019）重点区域控制标准的限值，如表 1 所示。
表 1 危险废物焚烧炉大气污染物排放限值
表 1 中，烟气的测试计算以标准状态下 11% O2（干气）作为换算基准。换算公式为：
式中：ρ 为基准氧含量下的排放浓度，mg/m3；ρ'为大气污染物实测排放浓度，mg/m3；φ0 为助燃空气初始氧含量，%，采用空气助燃时为 21%；φ' 为实测的烟气氧含量，%。
危废经过起重机抓斗配伍混料后，被送入焚烧炉燃烧。经过回转窑及二燃烧的高温焚烧后，危废中的有机物质得到充分燃烧，实现危废的减量化。烟气首先经过余热锅炉降温，进入余热锅炉前，烟气温度为 1100 ℃，烟气降温到 550 ℃左右，从余热锅炉排出，在余热锅炉炉膛内设置 SNCR 装置来控制 NOx，经过余热锅炉后，烟气被送入急冷塔内，经过急冷水喷淋后，迅速降温至小于 200 ℃，以避免二噁英的再生。经过急冷后，烟气被送入干法脱酸系统，初步脱除部分酸性气体，同时会在工段内喷入活性炭，用来吸附烟气中的重金属以及残留的二噁英。之后，烟气流入布袋除尘，布袋除尘器能够脱除 99.99% 的灰尘，布袋除尘之后的烟气进行湿法脱酸，湿法脱酸喷入NaOH，与烟气中的酸性气体充分反应，高效脱除烟气中的酸性气体。经过湿法脱酸后，烟气中含有大量的水汽，为了提高 SCR 脱硝系统烟气进口温度，减少 SCR 热风炉天然气的消耗量，采用烟气再热器将烟气加热到 120 ℃，再经过热风炉将烟气加热到 SCR反应的需求温度，送入 SCR 反应塔内脱硝，脱硝后的烟气能够达到排放标准，可以经过烟囱达标排放。
02 危废焚烧烟气脱酸技术现状
危废焚烧烟气脱酸技术是在危废焚烧炉烟气处理设施工段，采用一系列物理化学措施，脱除烟气中的SO2、HCL 等酸性气体，使烟气排放满足相关指标要求。危险废物来源复杂，今后的国家排放标准只会越来越严格，在设计中要兼顾现在及未来的发展。常用工程采用的脱酸工艺为干法＋湿法的两级脱酸工艺。
烟气经过急冷塔后，温度由 550 ℃瞬时降低到小于 200 ℃，同时急冷塔喷入的液体变为水蒸气进入烟气中，在极冷塔后设置干法脱酸塔，在干法脱酸塔内喷入消石灰粉，使消石灰粉在干法脱酸塔内与烟气充分混合接触，脱除烟气中的部分酸性气体。消石灰粉随着烟气的流动，被带入布袋除尘器，随后被布袋除尘器吸附在滤袋表面，被布袋除尘器收集后进入除尘灰内。同时，在干法脱酸后可以喷入部分活性炭，吸附烟气中的重金属及二噁英类，活性炭同样会被布袋除尘吸附而进入除尘灰内。危废焚烧产生的灰渣同样属于危险废物，需要按照危废来进行妥善的储存处置。
烟气经过干法脱酸后进入湿法脱酸工段，一般危废焚烧设置两级湿法脱酸，通过喷入 NaOH 溶液，脱除烟气中的绝大多数酸性气体，经过湿法脱酸后的烟气中酸性气体的含量很低，能够满足烟气排放要求。脱酸后的废水中含盐量较高，需要送入厂区污水处理站，处理后达标排放。NaOH 消耗量可以通过酸性气体的含量进行调节。
采用上述脱酸工艺，可以将酸性气体脱除率控制在 99% 以上，脱酸效率高，能够实现烟气的达标排放。但是，随之而来的是一系列问题：湿法脱酸产生大量的高盐废水，废水需要排送至污水处理站经处理后达标排放，生产运行成本高；湿法脱酸初投资大，占地面积大，系统管理操作复杂；湿法脱酸工段脱酸负荷较大，需要喷入大量的碱液，运行成本较高，同时脱酸后烟气温度在 60 ℃左右，对后续引风机及烟道低温腐蚀较大；烟气温度低，含水量较大，烟囱的出口冒出“白烟”，需要考虑设置烟气“消白”设施。
03 危废焚烧系统炉内喷钙研究
3.1 炉内喷钙技术原理
炉内喷钙技术作为一种常规的干法脱硫技术，在循环流化床锅炉上有着广泛的应用。与其他烟气脱硫技术相比，它具有投资省、装置简单、运行成本低等优点，脱硫效率可超过 50%。炉内喷钙烟气脱硫是将粉状石灰石作为吸收剂，直接喷入焚烧炉炉膛内，使其在回转窑内与烟气中的酸性气体发生反应，其中酸性气体以 SO2 为主。本研究中，酸性气体按 SO2 来考虑，其化学反应方程式可以概括为：
反应机理是将石灰石喷射到炉膛内，在高温下，CaCO3 受热分解为 CaO，CaO 与 SO2 发生反应，在高温有氧的情况下，转化为 CaCO4，实现初步脱硫。本文即从危废焚烧系统炉内喷钙脱硫的机理、设计、运行等进行深入具体的研究。
3.2 炉内喷钙在危废焚烧系统上的应用设计
首先在危险废物焚烧回转窑窑头设置 1 座石灰石料仓，石灰石粉由槽车输送至石灰石料仓，经给料机稳定定量给料；在窑头位置设置 1 台送风机，送风通过风粉混合器与石灰石粉充分混合后，经喷嘴喷入回转窑内，石灰石粉在窑内高温下分解为 CaO，与烟气中的 SO2 等酸性气体分应，然后随烟气流出窑内，在布袋除尘器内收集，排出危废焚烧系统。
试验表明，石灰石粉在 700 ～ 800 ℃开始有热解现象，但是热解比较缓慢；在 850 ～ 900 ℃时开始快速反应，解热反应加快，达到峰值。而本工程危废焚烧回转窑运行温度大于 850 ℃，处于石灰石粉热解的高效温度区间内，石灰石粉能够快速分解为 CaO，快速与回转窑内的酸性气体发生反应。同时，回转窑筒体直径为4 m，筒体长度为 16 m，CaO 与烟气中的酸性气体接触面积及接触时间较大，通过窑内的烟气扰动，系统能够实现 CaO 与 SO2的充分融合反应，具有较高的反应效率。
以山东省东营市某危废处置中心焚烧系统为例，该工程建设 1 台日处理量为 100 t 的焚烧炉及其配套设施。其中，焚烧炉采用回转窑系统，经过回转窑系统热力计算，回转窑内 SO2 的初始排放浓度约为6 290 mg/m3，以炉内喷钙系统脱硫效率 50% 保守估算，消耗 CaO 的量约为 79.8 kg/h，折合 CaCO3 的消耗量为 142.5 kg/h，考虑一般石灰石的纯度为 85% 左右，则石灰石的消耗量为 167.6 kg/h。试验分析表明，当Ca/S 的摩尔比为 1.5 左右时，炉内喷钙具有最高的反应效率，折算石灰石的供给量为 251.4 kg/h。
设置危废焚烧炉内喷钙系统，作为危废焚烧脱硫系统的初步工段，减少后续脱硫工段的负荷。同时，石灰石价格低廉且安全可靠，有效地减少了危废焚烧系统的运行成本。以上述理论计算为例，对炉内喷钙脱硫成本进行分析比较，如表 2 所示。
表 2 炉内喷钙脱硫成本分析
从表 2 可以看出，危废焚烧炉内喷钙系统具有初始投资低、运行成本少等优点，与常规湿法脱硫相比，极大地减少了碱液的采购费用，同时减少了高盐废水的排污量，减轻了危废处置中心污水处理站的运行负荷。
04 结 语
炉内喷钙技术作为一种常规的干法脱硫技术，在循环流化床锅炉上有着广泛的应用。本文分析了炉内喷钙技术在危废焚烧系统中的应用。危废焚烧回转窑内运行温度大于 850 ℃，处于石灰石粉热解的高效温度区间内，石灰石粉能够快速分解为 CaO，快速与回转窑内的酸性气体发生反应。同时，由于回转窑长度较大，CaO 与烟气中的 SO2有着充分的反应时间，脱酸反应有着较高的效率。炉内喷钙技术能够有效脱除危废焚烧烟气中的 SO2，可以作为烟气脱酸的初步脱除工段，减少后续湿法脱酸工段的负荷，降低湿法脱酸碱液的消耗量，有效削减运行成本，同时减少焚烧系统脱酸产生的高盐废水的排放量，减轻危废处置中心污水处理站的运行负荷。炉内喷钙技术初始投资少，设施维护成本低，脱硫剂石灰石来源丰富且价格便宜，其具有很好的推广适用性。但是，炉内喷钙会增加布袋除尘器收集的飞灰量，造成次生危废的增加，同时存在脱硫效率较低等问题。因此，一般将其作为烟气脱酸的初始工段，结合后续脱酸设施联合使用。
