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技術 | 危險廢物焚燒配伍與燃燒反應分析

時間:2019-03-18 10:18

來源:環境工程

危險廢物,特別是危險化工廢物,成分復雜,形態各異,且很少分門別類,給處置帶來很大的困難,焚燒可以有效破壞廢物中的有毒、有害的危險廢物,是實現危險廢物減量化、無害化的最快捷、最有效的技術,危險廢物的集中處置要害是焚燒,焚燒的要害是針對高 分子廢物的完全燃盡。本文通過對危險廢物焚燒機理與配伍方法和原則的分析,以期為同行提供借鑒。

危險廢物焚燒的機理分析

高分子廢物組分和結構相當復雜。它們在燃燒過 程中連續不斷地進行多級的熱分解反應才能徹底分解 成低分子可燃氣體,最終轉化為燃燒反應,并釋放出燃 燒熱量。

化工廢物的化學式可用如下通式表示為: CaHbClcOdNe(其中Cl也可以是其他鹵素或硫、磷、金屬元素等,此中以氯為代表,是因為含氯危險廢物焚燒解毒比較困難)。

通過加入空氣,這些廢棄物在燃燒過程中將產生典型的燃燒產物CO2和H2O及一些腐蝕性或污染性的產物,這些污染性產物需要在隨后的煙氣處理中處理掉。因此在焚燒過程中,必須尋找合理的操作參數, 使自由氯、一氧化碳等有害氣體的產生量達到最小。

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危險廢物焚燒反應的分析與探討

在空氣中焚燒塑料、橡膠、油漆、瀝青時,滾滾濃煙可以擴散到30~40m的高空。這是因為: 一是完全氣化不等于完全熱解。固(液)態高分子廢物可以很徹底地被氣化,但是完全氣化不等于有機污染的毒性可被無害化;二是熱分解和燃燒,從概念上,熱分解和熱燃燒是兩個完全不同的反應,熱分解是吸熱反應,燃燒是放熱反應,只有比較完全的分解,才能做到比較完全的燃燒;三是高分子濃黑可燃氣體完全分解后,才能進行放熱的完全燃燒反應、比較徹底地對有機污染毒性進行無害化。滾滾黑煙的產生是因為熱分解不徹底、燃燒供氧不均勻、燃燒不完全引起的。

不完全燃燒的焚燒噴出的黑色濃煙,就是未完全 燃盡的大分子可燃氣,就是殘留在煙氣中的有機污染物。同時,不完全燃燒也是二惡英的主要產生源頭。工業焚燒危廢就是要解決這一問題,使得危廢在工業焚燒爐內徹底的燃燒解毒。化學工業廢物的完全燃燒(焚燒)是按以上方程的反應過程并輔以“3T”條件實現的:

(1)穩定燃燒: 含氯廢物在一般條件下并不能穩定燃燒,其穩定燃燒條件是燃燒溫度大于900℃。

(2)均勻燃燒: 合理的供氧、高溫使廢物得以充分燃燒,物質分子得到完全分解破壞,否則分子可能得不到完全燃燒,產生CO、自由氯等,易再次結合生成二惡英類物質。在爐膛內存在一個溫度梯度將促使這種現象的發生,特別是靠近爐壁處,合理的供氧角度可以使得整個爐供氧均勻充分,呈湍流狀態,燃燒均勻,整個焚燒爐應火光通透,廢物應在爐內呈火紅的熔融態均勻的燃燒和沿爐壁流淌,使得燃燒效率>99.9%,焚毀去除率>99.99%,焚燒殘渣的熱灼減率<5%;

(3)平衡燃燒: 為了維持廢物燃燒的動力學平衡, 廢物在爐膛中的燃燒要保證有一定的停留時間,廢物入爐焚燒需要適當的搭配。

通過對上述燃燒的研究,可以得出工業含氯廢物燃燒的化學機理:

1)高溫可以提供廢物分子熱解及由氯向HCL轉化的條件。同時,也要考慮減少CO和NOx生成,因為CO和NOx生成也和燃燒溫度有關。燃燒反應的平衡實質上決定于燃燒后煙氣中氧氣含量的多少,為了限制CO的生成,需要燃燒過程中提供過量的氧氣。

2)H和Cl的結合是Cl2向HCl轉化的過程中的一個重要參數。很明顯,當H不足時,平衡不能朝Cl2分解的方向運動。在這樣的情況下,Cl2分解所必須的H就必須從其它來源獲得,例如添加水。

3)在工業廢物的燃燒中,氮氧化物NOx的生成有兩個來源: 一是來源于燃燒空氣中氮氣分子的氧化; 另一來源就是廢物中所含的有機氮。實際上空氣中氮氣的氧化產生的氮氧化物NOx的量很小,并不能產生現行排放標準中限制以外的排放指標, 產生氮氧化物NOx主要根源是廢物中所含的有機氮。

危險廢物焚燒配伍的方法與原則

為了達到化工廢物的穩定、均勻、平衡燃燒,必須對所收集的成分復雜,形態各異,且很少分門別類焚燒廢物進行物化分析,分門別類,然后形成一個相對穩定數據的焚燒廢物配伍菜單,這是一個極其復雜且計算工程量極大的作業,具體如下:

(1)分析鑒別內容應包括: 物理性質: 物理組成、容重、粒徑;工業分析: 固定碳、灰分、揮發分、水分、灰熔點、低位熱值;元素分析和有害物質含量(如S、Cl、F、Br、I、P、Hg及堿金屬等等);特性鑒別(腐蝕性、浸出毒性、急性毒性、易燃易爆性);反應性;相容性、與水穩定性。

(2)為了使焚燒爐的溫度和煙氣成分保持相對穩定,需要對各類廢物進行配伍。危險廢物配伍的前提是保證配伍廢物的相容性,以保證焚燒處理的安全性: 兩種以上危險廢物混合應避免: 產生大量熱量或高壓、火焰、爆炸、易燃氣體、有毒氣體、劇烈的聚合反應: 另外必須保證廢物與容器和料倉及爐襯之間的相容性、安全性。

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物料配伍的主要原則:

1)保證熱值的穩定性: 配伍應使進入焚燒爐的危險廢物的熱值盡可能介于設計規定的范圍以減少輔助燃料的用量。熱值太低,需要啟動輔助燃料系統以使廢物燃燒完全,造成運行費用增加;熱值太高,需要用惰性物質(過量空氣、水等)限制爐溫,同時使處理能力下降。入爐廢物的熱值要保持穩定,使焚燒室熱負荷控制設計規定的范圍,保證系統運行的經濟可靠。

2)控制酸性污染物和重金屬、堿金屬含量: 控制廢物中酸性物含量,保證焚燒設備不受腐蝕和尾氣達標排放。鹵化有機物不僅影響廢物的熱值,也影響燃燒后煙氣的酸性氣體含量和煙氣處理系統的運行效果, 控制不當還易造成氯氣的產生,其腐蝕性更大。危險廢物中磷主要是有機磷化物, 焚燒產生的P2O5在400~700℃會對金屬及耐火材料產生加速腐蝕,此溫度區域為余熱鍋爐區域,如果不控制好磷的含量,則余熱鍋爐使用壽命會大大縮短。堿金屬是以無機或有機 鹽的形式在于危險廢物中,燃燒后變成堿金屬氧化物, 出渣時易遇水爆炸。入爐酸性物含量一般宜控制在: Cl:<1%,P、F:<0.2%,S<1%,堿金屬K 、Na、Ca等<0.1%。農藥等劇毒危險廢物,含有機重金屬類物質,應均勻限制數量入爐焚燒。

編輯:程彩云

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