危險廢物,特別是危險化工廢物,成分復(fù)雜,形態(tài)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(xiàn)危險廢物減量化、無害化的最快捷、最有效的技術(shù),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。
來源：環(huán)境工程
高分子廢物組分和結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。它們在燃燒過 程中連續(xù)不斷地進行多級的熱分解反應(yīng)才能徹底分解 成低分子可燃?xì)怏w,最終轉(zhuǎn)化為燃燒反應(yīng),并釋放出燃 燒熱量。
化工廢物的化學(xué)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(chǎn)生典型的燃燒產(chǎn)物CO2和H2O及一些腐蝕性或污染性的產(chǎn)物,這些污染性產(chǎn)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(shù), 使自由氯、一氧化碳等有害氣體的產(chǎn)生量達到最小。
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(tài)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(yīng),熱分解是吸熱反應(yīng),燃燒是放熱反應(yīng),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?xì)怏w完全分解后,才能進行放熱的完全燃燒反應(yīng)、比較徹底地對有機污染毒性進行無害化。滾滾黑煙的產(chǎn)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?xì)?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(chǎn)生源頭。工業(yè)焚燒危廢就是要解決這一問題,使得危廢在工業(yè)焚燒爐內(nèi)徹底的燃燒解毒?；瘜W(xué)工業(yè)廢物的完全燃燒(焚燒)是按以上方程的反應(yīng)過程并輔以“3T”條件實現(xiàn)的:
(1)穩(wěn)定燃燒: 含氯廢物在一般條件下并不能穩(wěn)定燃燒,其穩(wěn)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(zhì)分子得到完全分解破壞,否則分子可能得不到完全燃燒,產(chǎn)生CO、自由氯等,易再次結(jié)合生成二惡英類物質(zhì)。在爐膛內(nèi)存在一個溫度梯度將促使這種現(xiàn)象的發(fā)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(tài),燃燒均勻,整個焚燒爐應(yīng)火光通透,廢物應(yīng)在爐內(nèi)呈火紅的熔融態(tài)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(xué)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(dāng)?shù)拇钆洹?/span>
通過對上述燃燒的研究,可以得出工業(yè)含氯廢物燃燒的化學(xué)機理:
1)高溫可以提供廢物分子熱解及由氯向HCL轉(zhuǎn)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(guān)。燃燒反應(yīng)的平衡實質(zhì)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(jié)合是Cl2向HCl轉(zhuǎn)化的過程中的一個重要參數(shù)。很明顯,當(dāng)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(yè)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(chǎn)生的氮氧化物NOx的量很小,并不能產(chǎn)生現(xiàn)行排放標(biāo)準(zhǔn)中限制以外的排放指標(biāo), 產(chǎn)生氮氧化物NOx主要根源是廢物中所含的有機氮。
為了達到化工廢物的穩(wěn)定、均勻、平衡燃燒,必須對所收集的成分復(fù)雜,形態(tài)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(wěn)定數(shù)據(jù)的焚燒廢物配伍菜單,這是一個極其復(fù)雜且計算工程量極大的作業(yè),具體如下:
(1)分析鑒別內(nèi)容應(yīng)包括: 物理性質(zhì): 物理組成、容重、粒徑；工業(yè)分析: 固定碳、灰分、揮發(fā)分、水分、灰熔點、低位熱值；元素分析和有害物質(zhì)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(yīng)性；相容性、與水穩(wěn)定性。
(2)為了使焚燒爐的溫度和煙氣成分保持相對穩(wěn)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(yīng)避免: 產(chǎn)生大量熱量或高壓、火焰、爆炸、易燃?xì)怏w、有毒氣體、劇烈的聚合反應(yīng): 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。
物料配伍的主要原則：
1)保證熱值的穩(wěn)定性: 配伍應(yīng)使進入焚燒爐的危險廢物的熱值盡可能介于設(shè)計規(guī)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(tǒng)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(zhì)(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(wěn)定,使焚燒室熱負(fù)荷控制設(shè)計規(guī)定的范圍,保證系統(tǒng)運行的經(jīng)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(shè)備不受腐蝕和尾氣達標(biāo)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(tǒng)的運行效果, 控制不當(dāng)還易造成氯氣的產(chǎn)生,其腐蝕性更大。危險廢物中磷主要是有機磷化物, 焚燒產(chǎn)生的P2O5在400～700℃會對金屬及耐火材料產(chǎn)生加速腐蝕,此溫度區(qū)域為余熱鍋爐區(qū)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(nóng)藥等劇毒危險廢物,含有機重金屬類物質(zhì),應(yīng)均勻限制數(shù)量入爐焚燒。
3)適當(dāng)混合處理保持焚燒的持續(xù)性、穩(wěn)定性: 根據(jù)分析、實驗結(jié)果,科學(xué)搭配焚燒菜單,使得一些易混合發(fā)生反應(yīng)的、爆炸的、高腐蝕性的得到預(yù)處理，和惰性的泥狀物混合，控制適當(dāng)?shù)乃?以利于燃燒；含鉀等堿金屬廢物和含氯等鹵素廢物可以反應(yīng)生成穩(wěn)定化合物的應(yīng)適當(dāng)搭配；快速分解燃燒的和緩慢分解燃燒的適當(dāng)搭配,使得在爐內(nèi)均勻燃燒等等。
一個好的焚燒配伍可以使得燃燒穩(wěn)定、解毒徹底, 同時還可以節(jié)約助燃燃料、保護耐火材料、延長焚燒設(shè)施的使用壽命。
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