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危險廢物具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性、感染性等，目前，列入《國家危險廢物名錄》的危廢有46大類別479種。2016年我國危廢產(chǎn)生量統(tǒng)計值為6937萬噸，其中資源化綜合利用、無害化處置以及貯存占比分別為58%、37%和5%，實際預(yù)估量超過1億噸/年。2018年，生態(tài)環(huán)境部的“清廢行動2018”; 工信部的長江經(jīng)濟(jì)帶工業(yè)綠色發(fā)展、工業(yè)固體廢物綜合利用大排查; 海關(guān)的打擊“洋垃圾”走私等行動，刺激了危廢處置市場空間的釋放，提升了危廢處理處置的剛性需求。
國內(nèi)危險廢物的處置方式包括資源化利用和無害化處置。資源化利用經(jīng)過多年發(fā)展已相對穩(wěn)定，供需基本達(dá)到平衡。無害化處置由于產(chǎn)能釋放慢、資質(zhì)審批時間長、資質(zhì)與需求錯配、跨省運(yùn)輸限制等因素，導(dǎo)致產(chǎn)能缺口巨大。回轉(zhuǎn)窯焚燒作為一種傳統(tǒng)的無害化處置技術(shù)在危廢處置市場占重要地位。其他傳統(tǒng)焚燒技術(shù)還包括流化床爐焚燒、固定床爐焚燒、熱解焚燒等，占比均較小。水泥窯協(xié)同處置作為一種新的無害化處置方式，由于成本優(yōu)勢明顯，在危廢處置市場的份額逐步提升; 等離子高溫熔融處置技術(shù)由于環(huán)保和資源化優(yōu)勢顯著，隨著技術(shù)日趨成熟，其在危廢處置市場也扮演著越來越重要的角色。
危廢種類繁多、成分復(fù)雜，如何尋求科學(xué)、合理的無害化處置方式是當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域急需解決的首要問題。本文從處置效果、投資運(yùn)行成本等方面對危廢焚燒處置的3種重要技術(shù)進(jìn)行闡述分析，對危險廢物焚燒處置技術(shù)未來可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。
1 回轉(zhuǎn)窯
焚燒危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒處置一般采用 “回轉(zhuǎn)窯+二燃室” 的結(jié)構(gòu)?；剞D(zhuǎn)窯運(yùn)行溫度在800 ～ 1000℃，廢物在窯內(nèi)停留時間40～75min，到達(dá)出口時徹底轉(zhuǎn)化成高溫?zé)煔夂突以?。高溫?zé)煔膺M(jìn)入二燃室，在過量空氣作用下，進(jìn)一步完全燃燒，停留時間>2s，保證微量有機(jī)物及二噁英在高溫下充分分解?；以龌剞D(zhuǎn)窯經(jīng)水冷后進(jìn)入灰倉。
回轉(zhuǎn)窯焚燒處置一般采用 “余熱鍋爐+急冷+消石灰脫酸+活性炭噴射+布袋除塵器+煙氣洗滌”的熱量回收和凈化工藝。煙氣出二燃室后進(jìn)入余熱鍋爐，溫度從1100 ～ 1200℃降至550℃左右，然后進(jìn)入急冷塔。在急冷塔中，霧化水滴蒸發(fā)使得煙氣溫度瞬間 (一般為0.6s左右) 降至200℃。由于煙氣在200 ～ 500℃之間停留時間小于1s，因此防止了二噁英的再合成。消石灰脫酸主要是對酸性氣體進(jìn)行脫除，活性炭噴射主要是對有毒有害成分進(jìn)行吸附。
危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)已經(jīng)成熟、相對于其它技術(shù)，回轉(zhuǎn)窯操作簡單，運(yùn)行穩(wěn)定，控制方便，工作連續(xù)性好。但在實際運(yùn)行過程中，仍會因物料適應(yīng)性差、結(jié)渣嚴(yán)重導(dǎo)致啟停頻發(fā)、排放超標(biāo)等問題。褚衍旭等通過對進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯危廢物料實行“三級配伍”能夠避免或者減緩上述運(yùn)行問題的產(chǎn)生。而回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢物料的合理配伍，也使得多種危廢如固廢、廢液以及少量廢氣( 直接進(jìn)入二燃室) 能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同焚燒，提高了回轉(zhuǎn)窯的物料適用性。另外，對于回轉(zhuǎn)窯的結(jié)焦以及廢物燃燒不盡等問題，朱先濤通過在回轉(zhuǎn)窯尾部增設(shè)爐排裝置，再加上合理的燃燒配風(fēng)，能夠解決燃不盡和回轉(zhuǎn)窯爐內(nèi)結(jié)焦的問題，但同時也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和操作難度; 趙小燕通過對回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，將回轉(zhuǎn)窯尾部插入二燃室，并提高窯尾溫度等手段，解決了爐內(nèi)結(jié)焦的問題。
限制回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)使用的主要是飛灰的二次處理問題。回轉(zhuǎn)窯焚燒產(chǎn)生的飛灰占處置危廢量的3% ～ 5%，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其仍然屬于危廢，一般采用安全填埋進(jìn)行處理。但由于可用土地資源越來越少，以及危廢填埋場對于選址的諸多限制，安全填埋方式處理焚燒飛灰越來越困難。目前也有多種焚燒飛灰的減量化、無害化以及資源化處置技術(shù)，如固化技術(shù)、重金屬螯合穩(wěn)定化處理技術(shù)、熔融固化處理技術(shù)以及制建材或者陶粒的資源化處理技術(shù)等，其中固化技術(shù)以及重金屬螯合穩(wěn)定化處理技術(shù)的應(yīng)用最廣，但這兩種技術(shù)對焚燒飛灰處理后仍舊需要進(jìn)行填埋處理，且在環(huán)境因素改變的時候有重金屬浸出的風(fēng)險。所以危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)實質(zhì)上是減量化處置，無害化不夠徹底。
回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)規(guī)模一般較小，通常為15 ～ 40t /d。投資成本較高、建設(shè)周期 (2 ～ 3年) 以及產(chǎn)能爬坡期 (1 ～ 2年) 長等特點，也限制了其應(yīng)用。
2 水泥窯協(xié)同處置
通過對現(xiàn)有新型干法水泥窯生產(chǎn)線進(jìn)行改造，增加危廢儲存、預(yù)處理系統(tǒng)以及危廢投加點，可以實現(xiàn)危廢的水泥窯協(xié)同處置。危廢經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)后，通過投加點進(jìn)入水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，窯內(nèi)溫度為1450℃左右，氣體在窯內(nèi)停留時間4s以上，物料停留時間超過30min，氣固兩相混合均勻，保證危廢物質(zhì)徹底焚燒。水泥窯內(nèi)呈堿性氣氛，可以吸收廢棄物焚燒過程中產(chǎn)生的酸性氣體。
水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的優(yōu)勢如下:
(1) 無害化徹底。危廢的水泥窯協(xié)同處置，灰渣直接進(jìn)入水泥熟料中，重金屬元素固化在水泥熟料礦物晶格中，能夠?qū)崿F(xiàn)危險廢物的徹底無害化，避免二次處理。水泥熟料出窯后進(jìn)入篦冷機(jī)，數(shù)分鐘內(nèi)將熟料由1300 ～ 1400℃驟冷到100℃以下，廢氣溫度為200℃左右，跨過了二噁英的生成區(qū)間 (200 ～ 500℃) ，避免了廢氣中二噁英的再次合成。
(2) 可處置大宗危廢。協(xié)同處置危險廢物的水泥窯應(yīng)為設(shè)計熟料生產(chǎn)規(guī)模不小于2 000噸/天的新型干法水泥窯。協(xié)同處置時，不同熱值與成分的危廢摻燒比例，最大不能高于水泥窯熟料生產(chǎn)能力的22%。若按照10%計，則一條2000噸/天的水泥窯生產(chǎn)線可處置危廢的量為200噸/天。所以，水泥窯協(xié)同處置適用于處置性能穩(wěn)定的大宗危廢。
(3) 建設(shè)周期短，產(chǎn)能釋放快。危廢的水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)環(huán)評周期大概需要6個月，改造建設(shè)周期大概需要8 ～ 10個月，產(chǎn)能爬坡期較短，產(chǎn)能釋放速度較快。
水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的劣勢體現(xiàn)如下：
(1) 對于危廢物料具有嚴(yán)格的要求。禁止協(xié)同處置放射性廢物，爆炸物及反應(yīng)性廢物，未經(jīng)拆解的電子廢物，含汞的溫度計、血壓儀、熒光燈管和開關(guān)，鉻渣，未知特性的不明廢物。而實際運(yùn)行中，水泥窯協(xié)同處置對于含硫、氯成分高的危廢以及酸性較強(qiáng)的危廢都需進(jìn)行嚴(yán)格的入窯檢測及試燒，并在運(yùn)行過程中嚴(yán)格控制投加比例。
(2) 潛在安全隱患: 危廢中所含各種微量或超量元素及再合成物對水泥產(chǎn)品的長期安全性能存在影響，或?qū)λ嗌a(chǎn)系統(tǒng)裝備造成腐蝕和危害，進(jìn)而帶來安全問題。
3 等離子高溫熔融處置
危廢的等離子高溫熔融氣化處置技術(shù)采用等離子發(fā)生裝置作為熔融爐的熱源，等離子發(fā)生裝置包括電弧等離子炬 ( 直流非轉(zhuǎn)移電弧等離子炬、直流轉(zhuǎn)移電弧等離子炬、交流電弧等離子炬)、射頻等離子炬、微波離子炬等。目前國內(nèi)只有直流電弧等離子炬技術(shù)較成熟、能夠連續(xù)進(jìn)行生產(chǎn)。直流電弧等離子炬功率范圍在5 ～ 300 kW，溫度可達(dá)5000 ～ 6000℃，射流速度超過200m /s，工作氣體為氮氣、空氣、氫氣等。
危廢物料經(jīng)預(yù)處理，通過螺旋進(jìn)料進(jìn)入等離子高溫熔融爐，爐內(nèi)為缺氧環(huán)境，中心溫度1 450 ～ 1 600℃。危廢中的有機(jī)物在高溫熔融爐內(nèi)分解為小分子可燃?xì)怏w (CO、H2、CH4等) ，從爐子上方進(jìn)入二燃室，無機(jī)物被高溫熔融轉(zhuǎn)化為一種完全惰性和無毒性、滲透性極低的玻璃類物質(zhì)。二燃室內(nèi)的燃燒溫度控制在1100℃以上，煙氣停留時間大于2s，有害成分在二燃室得到充分的分解和消除。燃燒完全的煙氣出二燃室后進(jìn)入余熱鍋爐及凈化系統(tǒng)。
等離子高溫熔融處置技術(shù)的優(yōu)勢如下:
(1) 減容率高，無害化徹底。危廢的等離子高溫熔融處置，爐渣為玻璃化殘渣，為惰性物質(zhì)，滲透性極低，不再屬于危險廢物，可作為建筑材料產(chǎn)品，減容比高達(dá)97%。等離子高溫熔融爐內(nèi)溫度高，有機(jī)物分解徹底，二噁英幾乎被完全消除。
(2) 可處理傳統(tǒng)焚燒方式產(chǎn)生的飛灰。飛灰中的有機(jī)物如二噁英和呋喃，經(jīng)過高溫幾乎被完全降解; 處置后的飛灰體積減少了68. 64 ～ 82. 19%，質(zhì)量減少了23. 84 ～ 56. 65%; 飛灰中Cu和Ni等重金屬熔融沉淀，可回收合金;Hg、Pb和Cd揮發(fā)性較強(qiáng)，大部分隨煙氣排出，循環(huán)富集后可回收; 玻璃體熔渣中重金屬的浸出毒性遠(yuǎn)低于國家危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)，可考慮進(jìn)一步利用。
(3) 物料適應(yīng)性廣，可處理幾乎所有危廢種類。等離子高溫熔融可以處理核電站的放射性核廢料，具有設(shè)備體積小、處理速度快和減容比高等優(yōu)勢。而且它還可以處理未經(jīng)拆解的電子廢物，含汞的溫度計、血壓儀、熒光燈管和開關(guān)，鉻渣等水泥窯不能進(jìn)行處理的危廢，物料的適用性更廣。
等離子高溫熔融處置技術(shù)的劣勢如下:
(1) 運(yùn)行成本較高。等離子高溫熔融危廢處置技術(shù)以電力作為能源，熱效率為70%左右，耗能高; 運(yùn)行過程中由于等離子炬陰極、陽極需定期更換，配件使用費較高，從而導(dǎo)致運(yùn)行成本高。
(2) 等離子高溫熔融技術(shù)對于國內(nèi)危廢處置行業(yè)來說是一種新型的技術(shù)類型，可借鑒經(jīng)驗少。
4 經(jīng)濟(jì)性分析
(1) 投資成本
對已建投運(yùn)的寧波北侖環(huán)保以及珠海永盛環(huán)保危廢回轉(zhuǎn)窯焚燒項目進(jìn)行分析，1萬噸/年回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢處置系統(tǒng)的總投資成本為5700萬元左右。貴港臺泥東園環(huán)保科技有限公司水泥窯協(xié)同處置30萬噸/年固體廢物項目，項目總投資2. 3億元，按比例折算，則1萬噸/年處置規(guī)模的水泥窯協(xié)同處置投資成本約為690萬元。上海固體廢物處置中心的全國首套等離子體氣化熔融工業(yè)危廢處置系統(tǒng)處置規(guī)模為1萬噸/年，項目總投資約233200萬元。
由上述案例可以看出，對于3種危廢處置技術(shù)的投資成本，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)>等離子高溫熔融技術(shù)>水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。
(2) 運(yùn)營成本
國內(nèi)的回轉(zhuǎn)窯危廢焚燒處置系統(tǒng)的直接運(yùn)營成本約1 000元/噸，水泥窯協(xié)同危廢處置系統(tǒng)的直接運(yùn)營成本約500元/噸，而等離子高溫熔融危廢處置系統(tǒng)的直接運(yùn)營成本約1 800元/噸。運(yùn)營成本比較: 等離子高溫熔融技術(shù)>回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)>水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。
(3) 建設(shè)周期
危廢的回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的建設(shè)周期為2年左右，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的建設(shè)周期為8 ～ 10個 月，等離子高溫熔融處置技術(shù)的建設(shè)周期為9 ～ 12個月。建設(shè)周期比較: 回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)>等離子高溫熔融技術(shù)>水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。另外，水泥窯協(xié)同處置的環(huán)評及審批周期約6個月左右，在三種技術(shù)中最短。
(4) 投資回收期
國內(nèi)的危廢焚燒處置價格一般在3 500元/t之上。水泥窯協(xié)同處置對于大宗危廢的處置價格為2 000元/t左右?；剞D(zhuǎn)窯焚燒處置飛灰的二次處理價格為3 000元/t左右。計算三種技術(shù)的投資回收期如表1。
由上述可以看出，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的投資回收期最長，約2.37年; 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的投資回收期最短，約0.46年。等離子高溫熔融危廢焚燒技術(shù)的投資回收期居中，為1.88年。
5 結(jié)語
(1) 回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)成熟，操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定。但焚燒飛灰仍屬于危廢，需進(jìn)行二次處理。所以回轉(zhuǎn)窯焚燒進(jìn)行危廢處置實質(zhì)是減量化處置。該技術(shù)投資成本較高，建設(shè)周期較長。
(2) 水泥窯協(xié)同處置灰渣直接進(jìn)入水泥熟料，無害化徹底，適用于處理大宗危廢，建設(shè)周期短，投資成本低。但對物料要求嚴(yán)格，且對水泥產(chǎn)品生產(chǎn)存在潛在安全隱患。
(3) 等離子高溫熔融處置技術(shù)二噁英分解完全，灰渣玻璃化后重金屬被固化，無害化徹底。該技術(shù)可處理危廢種類多樣，物料適用性廣。但其運(yùn)行成本較高，目前國內(nèi)商業(yè)化案例較少，可借鑒經(jīng)驗少。
(4) 3種危廢處置技術(shù)各有優(yōu)劣，但都未能實現(xiàn)物料適用性廣、無害化徹底、投資運(yùn)行成本低的目的。預(yù)測未來危廢無害化焚燒處置將采用多種技術(shù)協(xié)同處置的方式，如 “回轉(zhuǎn)窯焚燒+等離子高溫熔融”協(xié)同處置技術(shù)，結(jié)合回轉(zhuǎn)窯焚燒的減量化處置以及等離子高溫熔融的無害化徹底特點，達(dá)到裝置投資低、處置效果好的目的。
摘自中國固廢網(wǎng)
