大型旋風(fēng)爐附燒鉻渣及飛灰重熔解毒工業(yè)化實(shí)踐

鐘崇林

(河南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，河南鄭州 450004)

隨著我國工業(yè)化的迅猛發(fā)展，鉻鹽產(chǎn)量從1958年的數(shù)千噸，到2006年產(chǎn)量達(dá)30.28萬t，成為全球最大鉻鹽生產(chǎn)國［1］。在鉻鹽擴(kuò)大產(chǎn)量的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的固體廢渣——鉻渣。由于鉻渣含有劇毒的Cr6+，未經(jīng)處理而長期堆放會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，鉻渣污染治理問題成為我國環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域亟待解決的難題之一。

鉻渣必須經(jīng)解毒處理將劇毒的Cr6+還原為無毒的Cr3+，且固化封閉之后才允許安全堆存或作為再生資源利用。目前鉻渣治理技術(shù)主要有干法和濕法兩類，干法比濕法具有多方面的優(yōu)勢，如解毒后可以綜合利用，處理量大，解決了長期堆存的二次污染問題。有代表性的工業(yè)化應(yīng)用干法技術(shù)有水泥轉(zhuǎn)窯干法解毒［2］、鉻渣高爐冶煉解毒［3］和旋風(fēng)爐附燒鉻渣解毒等。其中，在立式旋風(fēng)爐處理鉻渣方面，還博文等進(jìn)行了一系列的深入研究［4-6］，許多生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了工業(yè)化試驗(yàn)，如內(nèi)蒙古巴彥高勒皮革化工廠于1987年進(jìn)行了35 t/h旋風(fēng)鍋爐配套6 000 kW發(fā)電機(jī)組的工業(yè)化試驗(yàn)［7］，天津同生化工廠于1999年利用75 t/h立式旋風(fēng)爐進(jìn)行了附燒鉻渣熱電聯(lián)產(chǎn)的工業(yè)化實(shí)驗(yàn)［8］;然而對大型旋風(fēng)爐附燒鉻渣配套飛灰重熔的工業(yè)化試驗(yàn)還鮮有報(bào)道。本文介紹了河南義馬環(huán)保電力有限公司260 t/h立式旋風(fēng)爐附燒鉻渣熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的工業(yè)化試驗(yàn)情況，為工業(yè)化大規(guī)模處理鉻渣提供了新的途徑。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 主要裝備配置和技術(shù)指標(biāo)

原設(shè)計(jì)的鉻渣處理主要工程設(shè)備及環(huán)保設(shè)施:高壓立式旋風(fēng)鍋爐，2臺(tái)，260 t/h;高壓冷凝式汽輪機(jī)，1臺(tái)，155 MW;QF-100-Ⅱ空冷汽輪發(fā)電機(jī)，1臺(tái)，155 MW;雙室四電場電氣除塵器及袋式除塵器，2臺(tái)，綜合除塵效率99.9%;飛灰重熔爐內(nèi)脫硫及爐外NID半干法煙氣脫硫，2套，綜合脫硫效率90%;鋼筋混凝土單管煙囪，1座，180m、Φ6.4 m;帶冷卻塔的二次循環(huán)供水系統(tǒng)，1座，6 500 m2;電廠工業(yè)廢水，曝氣+混凝+氣浮;處理后循環(huán)復(fù)用，多余排放，1套;廠區(qū)生活污水，埋地式一體化處理設(shè)備，主要工藝為生物接觸氧化，1套，10t/h;鉻渣儲(chǔ)存，封閉式儲(chǔ)庫，1座，有效容積2 100 m3;灰渣處理方式，氣力除灰，采用飛灰重熔技術(shù)，最終只排放水淬渣，運(yùn)出全部綜合利用，設(shè)事故渣場;水淬渣水，閉路循環(huán)，重復(fù)使用，不足部分由電廠工業(yè)水循環(huán)復(fù)用系統(tǒng)補(bǔ)充。

1.2 鉻渣摻燒工業(yè)化試驗(yàn)情況

旋風(fēng)爐燃燒燃料為義馬礦區(qū)煤，鉻渣典型化學(xué)成分見表1，按煤∶鉻渣約為9∶1配比進(jìn)行工程設(shè)計(jì)和建設(shè)。

1.3 鉻渣處理工藝流程

旋風(fēng)爐附燒鉻渣工藝流程見圖1。燃煤和鉻渣分別送入破碎機(jī)粉碎，按預(yù)定配比由球磨機(jī)研磨成細(xì)粉，經(jīng)給粉機(jī)由一次風(fēng)送入旋風(fēng)筒，在二次風(fēng)強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)下燃燒;在此同時(shí)六價(jià)鉻在還原區(qū)內(nèi)還原成三價(jià)鉻，燃渣沿旋風(fēng)筒筒壁下流，未燃盡的煤渣進(jìn)二次室繼續(xù)燃燒還原，熔渣流入爐底，從排渣口排出爐外，爐渣經(jīng)水淬固化成玻璃體，在沉渣池內(nèi)沉降，用撈渣斗撈出，用作建筑材料或水泥摻和料。飛灰先經(jīng)電除塵器收集后，送入飛灰重熔裝置，通過管道由專門噴口送入爐內(nèi)回熔，進(jìn)一步還原解毒，回熔率接近100%，并重新形成水淬渣。出電除塵器尾氣經(jīng)石灰粉半干法脫硫后，送入袋式除塵器進(jìn)行二次除塵，經(jīng)袋式除塵器除塵后尾氣可達(dá)標(biāo)排放。旋風(fēng)爐生產(chǎn)的高溫高壓蒸汽進(jìn)行發(fā)電和供熱利用。

表1 試驗(yàn)用鉻渣化學(xué)成分

圖1 旋風(fēng)爐附燒鉻渣工藝流程

從爐底排出的熔融渣溫度高達(dá)1 000℃以上，遇空氣Cr3+極易轉(zhuǎn)化為Cr6+，因而在排渣口到水淬槽過程設(shè)計(jì)密閉操作措施，避免高溫熔渣與空氣接觸。水淬渣池水可實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，蒸發(fā)消耗部分由冷卻塔工業(yè)排水補(bǔ)充。脫硫后由袋式除塵器收集到的尾灰含有大量的亞硫酸鈣和部分硫酸鈣，可生產(chǎn)建筑用磚。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

河南義馬環(huán)保電力有限公司鉻渣治理項(xiàng)目是為了處置河南義馬振興化工有限公司堆存的32.5萬t鉻渣而專設(shè)的建設(shè)項(xiàng)目，由于此前還沒有大型工業(yè)化運(yùn)行實(shí)例，在建成調(diào)試期間存在很多實(shí)際問題。經(jīng)過大量工藝優(yōu)化，摸索出一套切實(shí)可行的技術(shù)，爐膛負(fù)壓控制范圍為-50～+50 Pa，旋風(fēng)爐排煙氧含量控制范圍為4% ～6%。以下介紹4個(gè)典型摻燒比例的試驗(yàn)結(jié)果，即鉻渣摻燒比例分別0、10%、12%和15%。

1.5 樣品采樣及分析方法

鉻渣解毒產(chǎn)物包括水淬渣、沉渣池的水、飛灰重熔前的灰及袋式除塵后的脫硫灰，按照《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》(HJ/T20)、《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T299)和《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB5085.3)進(jìn)行取樣和化驗(yàn)分析。固體廢物中六價(jià)鉻和總鉻的測定采用二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T15555.5-1995)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 旋風(fēng)爐附燒鉻渣的解毒效果

由表2可知，原鉻渣浸出液中的總鉻和Cr6+含量嚴(yán)重超標(biāo)，分別超標(biāo)202和579倍，按10%、12%和15%的比例摻燒后的飛灰浸出液中的總鉻含量超標(biāo)16.1、26和25.7倍，Cr6+分別超標(biāo)34.4、71和79倍，因此必須對飛灰進(jìn)行重熔處理。

表2 原鉻渣及除塵器收集灰浸出液鉻含量 mg/L

2.2 飛灰重熔后的解毒效果

飛灰重熔后，鉻渣解毒最終產(chǎn)物中總鉻和Cr6+含量變化見表3。由表3可知，在摻燒鉻渣10% ～15%范圍內(nèi)，水淬渣浸出液總鉻和Cr6+均可達(dá)標(biāo)，總鉻濃度占標(biāo)準(zhǔn)的16.0% ～28.7%，Cr6+占標(biāo)準(zhǔn)的0.2% ～8%。

表3 不同摻燒鉻渣比例水淬渣浸出液鉻濃度 mg/L

沖渣池水、脫硫灰浸出液濃度見表4。由表4可知，在沖渣池水中，總鉻含量為0.012～0.665 mg/L，Cr6+含量為0.0005～0.051 mg/L;袋式除塵后的脫硫灰中總鉻含量≤0.545 mg/L，Cr6+含量≤0.133 mg/L。所測結(jié)果均遠(yuǎn)低于《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)》(GB5085.3)中要求的總鉻≤15 mg/L，六價(jià)鉻≤5 mg/L，也低于《鉻渣污染治理環(huán)境保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T299-2007)中鉻渣解毒產(chǎn)物作為水泥熟料的標(biāo)準(zhǔn)(總鉻≤1.5 mg/L，Cr6+≤0.5 mg/L)。

表4 沖渣池水和脫硫灰浸出液Cr濃度 mg/L

3 結(jié)論

原鉻渣浸出液中的總鉻和Cr6+含量嚴(yán)重超標(biāo)，分別超標(biāo)202和579倍，按摻燒比例10%、12%和15%附燒后，飛灰中總鉻超標(biāo)16.1、26和25.7倍，Cr6+分別超標(biāo)34.4、71和79倍。飛灰重熔后，在摻燒鉻渣10% ～15%范圍內(nèi)，水淬渣浸出液總鉻和Cr6+均可達(dá)標(biāo);沖渣池水中，總鉻在0.012～0.665 mg/L之間，Cr6+在0.0005～0.051 mg/L之間;袋式除塵后的脫硫灰中總鉻含量≤0.545mg/L，Cr6+≤0.133 mg/L。旋風(fēng)爐附燒鉻渣配套飛灰重熔技術(shù)已經(jīng)投入工業(yè)化運(yùn)行，處理后只有玻璃體熔渣，沒有其它廢物，解決了二次污染隱患，為大規(guī)模無害化處理鉻渣開辟了一個(gè)新的途徑［9］。

［1］紀(jì) 柱.中國鉻鹽近五十年發(fā)展概況［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，2010，42(12):1-5;15.

［2］王汝崗.5 000 t/d窯處置鉻渣生產(chǎn)水泥熟料的工業(yè)實(shí)踐［J］.水泥工程，2008(6):77-79.

［3］許 丹，李 何.鉻渣燒結(jié)煉鐵技術(shù)綜述［J］.環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008，(8):38-39.

［4］還博文.旋風(fēng)爐附燒鉻渣的爐內(nèi)過程［J］.動(dòng)力工程，1995，15(2):6-14.

［5］還博文，張劍霞，藍(lán)嗣國.旋風(fēng)爐附燒處理后解毒鉻渣的安定性研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1998，18(1):74-79.

［6］還博文.旋風(fēng)爐飛灰回熔系統(tǒng)［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，(2):44-50.

［7］內(nèi)蒙古巴彥高勒皮革化工廠.旋風(fēng)爐處理鉻渣運(yùn)行總結(jié)［J］.化工環(huán)保，1990，10(3):181-186.

［8］祝肇明.利用立式旋風(fēng)爐附燒處理鉻渣工業(yè)化試驗(yàn)［J］.無機(jī)鹽工業(yè)，1999，31(2):38-39;46.

［9］王興潤，李 麗.鉻渣治理技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展及特點(diǎn)分析［J］.中國給水排水，2009，25(4):10-14.