回轉窯焚燒與側吹爐熔煉協同處理危險廢物的工藝研究

雷日華 王恒輝 陳 萃 周曉源

(1.韶關東江環(huán)保再生資源發(fā)展有限公司， 廣東 韶關 512600；2.長沙有色冶金設計研究院有限公司， 湖南 長沙 410019)

0 前言

回轉窯焚燒工藝是目前處理危險廢物廣泛使用的環(huán)保工程工藝[1-6]。據不完全統計，國內采用該工藝已建成投產的企業(yè)有數十家之多。此工藝主要針對石油、化工、制藥、醫(yī)療、冶煉等行業(yè)的有機類危險廢物，具有機械化程度高、維護及操作簡單、建設投資相對經濟等優(yōu)點；不足之處是焚燒過程產出的焚燒渣和煙塵仍屬于危險廢物，需要進一步處理，即采用回轉窯焚燒工藝處理有機類危險廢物不能一次性處理到位，會留下環(huán)境隱患。如何對回轉窯焚燒危險廢物的工藝進行補充與完善，治理其過程產出的二次污染物是新建和已在使用回轉窯焚燒工藝處理危險廢物的企業(yè)所必須面對的問題。

1 焚燒危廢二次污染成因

可采用回轉窯焚燒工藝處理的危險廢物種類繁多，一般包括醫(yī)療廢物、農藥廢物、有機溶劑廢物、氰化物廢物、含有機鹵化物廢物、廢催化劑等。這些危險廢物的特點是含有機物、氟、氯等氣化揮發(fā)物量較大，因此，危險廢物在焚燒過程中產出的焚燒渣和煙塵量相對較少。

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

圖1 回轉窯焚燒工藝流程

入窯危廢物料成分分析結果見表1；焚燒窯產出的固廢和煙氣產生情況見表2；對窯渣和煙塵分別進行了XRF熒光成分分析，結果見表3和表4。

對比表1和表3、表4可知，焚燒后產生的窯渣和煙塵中氧含量明顯升高，這表明在危險廢物中，絕大部分有害物質經過高溫焚燒后已轉化為氧化物。這些氧化物并未得到完全的玻璃化解毒，這可能是由于危險廢物的成分復雜，回轉窯焚燒操作溫度較低，無法達到部分熔點較高物料玻璃化需要的溫度，導致這部分危險廢物無法熔融形成滿足一般固廢要求的玻璃體。此外，進入窯內的部分危廢因顆粒細小，被直接抽入煙氣收塵系統，沒有得到解毒。因此，回轉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準對回轉窯焚燒危廢進行填埋處理的現狀。

表1 某企業(yè)危廢處理項目焚燒窯入窯危廢物料成分分析

表2 某企業(yè)危廢處理項目焚燒窯固廢及煙氣產生情況

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 側吹爐熔煉工藝

在高溫處理危廢物料的過程中配入相應的硅鈣物質并使其熔融，使產出的固相熔煉渣形成玻璃體是避免回轉窯焚燒危廢工藝產生二次污染的方法之一，即熔煉技術的運用是解決回轉窯焚燒二次污染的有效途徑。但是在焚燒過程中直接配入硅鈣物質，使其與危廢物料一起在回轉窯內熔融，勢必會形成結窯，最終導致死窯停車。因此，處理回轉窯焚燒二次污染的熔煉技術，難以在回轉窯焚燒過程中實現，應當引入其他設備來實現對回轉窯產出的二次污染物進行熔煉處置。

最常見的物料高溫熔煉設備是熔煉爐。熔煉爐樣式繁多，其中較為適合處理回轉窯焚燒二次污染物的是近年來在有色冶金領域廣泛應用的側吹爐。

側吹爐主要由爐缸、熔煉室、爐頂、渣口、風口、進料口、煙道等部件組成，其結構示意圖如圖2所示。它是實現側吹熔煉技術的關鍵設備，具有如下的優(yōu)點：

圖2 側吹爐結構示意圖

1)備料簡單，對入爐料水分和粒度沒有嚴格的要求。

2)熔煉強度大，可采用富氧強化熔池熔煉。

3)爐子結構簡單，壽命長。

4)爐子密封性好，現場工作環(huán)境比較好。

5)燃料適應性廣，可采用固體燃料，也可采用氣體和液體燃料。

據有關文獻報道[7-11]，側吹熔煉技術中的富氧側吹熔池熔煉技術目前已在液態(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金屬回收等領域實現了工業(yè)化應用，對有色金屬冶煉、節(jié)能環(huán)保等領域的技術進步起到了重要的推進作用。

2.2 治理方案

將回轉窯焚燒系統和富氧側吹爐熔池熔煉系統有機結合，是治理回轉窯焚燒所產危廢的理想工藝方案，可使回轉窯焚燒產出的二次污染物熔融形成玻璃體相，進而使其中的有害元素被玻璃體固化，無法滲出，從而使回轉窯焚燒產出的二次污染物質轉變?yōu)橐话愎虖U?！盎剞D窯焚燒+側吹爐熔煉”工藝流程如圖3所示。

圖3 回轉窯焚燒+側吹爐熔煉工藝流程圖

回轉窯焚燒煙塵中殘留的有機物于側吹爐內高溫分解氣化，生成的可燃氣體再與由側吹爐熔池兩端噴嘴鼓入的富氧發(fā)生燃燒反應，最終生成CO2、H2O、HCl、HF等氣體，焚燒渣與硅鈣物質在側吹爐高溫下反應生成性質穩(wěn)定、浸出毒性非常低的玻璃體。若回轉窯焚燒煙塵和焚燒渣中銅、鉛、鋅等重金屬含量較高，可通過爐料配比和反應氣氛調節(jié)，以銅锍、氧化物煙塵等形式實現銅、鉛、鋅等有價元素的回收富集，同時大幅降低玻璃體中重金屬含量。

因此，“回轉窯焚燒+側吹爐熔煉”工藝與單獨的“回轉窯焚燒”工藝相比，回轉窯焚燒產生的煙塵和側吹爐產生的煙塵都可進入熔煉爐熔融，側吹爐產出的煙塵自行循環(huán)不外排，產出的熔煉渣是被玻璃化的一般固廢，達到了消除二次污染的目的。

在實施回轉窯焚燒+側吹爐富氧熔池熔煉系統的工業(yè)化配置時，根據企業(yè)的建設條件，通常可采用如下兩套建設方案：

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

2)回轉窯和側吹爐分別配置，將回轉窯產出的窯渣先放出冷卻，然后運往側吹爐工序參與配料，最后送入熔煉爐熔煉。這種配置的優(yōu)點是現場操作空間較大；不利之處是回轉窯產出的窯渣冷卻后再送入熔煉爐熔煉，其熱能沒有得到有效的利用。

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方案；對于在已有回轉窯焚燒系統基礎上進行技術改造的工程，第二方案可能更有優(yōu)勢，因為在已建回轉窯焚燒系統基礎上進行回轉窯的出料端與側吹爐的進料端直接連接配置的技術改造，不僅工程量過大，而且可能存在安全隱患?？傊?，“回轉窯焚燒+側吹爐熔煉”的建設方案應因地制宜來實施。

3 治理效果

3.1 環(huán)保

采用“回轉窯焚燒+側吹爐熔煉”技術處理危廢，基本無煙塵外排，產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，在自然環(huán)境中不會滲漏，基本消除了回轉窯焚燒處理危廢過程產生的二次污染。

3.2 投資

項目的投資與項目的規(guī)模有關。以某企業(yè)所建設的危險廢物綜合利用及處理項目為例，其回轉窯焚燒危廢的處理能力為100 t/d，投資(包括其配套設施)在1億元以上。若在此基礎上進行“回轉窯焚燒+側吹爐熔煉”的技術改造，新增加的側吹爐熔煉系統含有與回轉窯配套的相關設施，投資可控制在1 000萬元以下，即新增投資10%左右。

3.3 經濟效益分析

1)回轉窯焚燒危廢所產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，按現行政策需要支付一定費用，而自行投資建設或進行技術改造則無需對外支付費用，從而增加經濟效益。

2)焚燒產出的二次污染物經熔煉后所得的熔渣為玻璃體態(tài)產物，經過《危險廢物鑒別標準 浸出毒性鑒別》(GB5085.3—2007)鑒別后，不屬于危險廢物，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)帶來一定的經濟效益。

3)在二次污染物的熔煉過程，其有價元素富集，可能產出有經濟價值的產品(如銅锍等)，也可外銷到相關企業(yè)，從而產生一定的經濟效益。

4)對熔煉過程產出的高溫煙氣進行余熱回收產出蒸汽，也能為企業(yè)帶來一定的經濟效益。

4 結束語

回轉窯焚燒能夠起到危廢減量化的作用，但回轉窯中物料受熱并不充分，無法全部熔融形成滿足一般固廢要求的玻璃體相，因此回轉窯焚燒產物仍為危險廢物，需要按危險廢物標準進行填埋處理。

回轉窯焚燒與側吹爐熔煉系統協同處理危險廢物的工藝是回轉窯焚燒危險廢物工藝的新方向，僅需在回轉窯焚燒實施投資的基礎上追加約10%的投資，就能實現此套技術的升級，不僅有效地解決焚燒危廢二次污染的問題，同時也給企業(yè)帶來一定的經濟效益。