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危險廢物具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性、感染性等，目前，列入《國家危險廢物名錄》的危廢有46大類(lèi)別479種。2016年我國危廢產(chǎn)生量統計值為6937萬(wàn)噸，其中資源化綜合利用、無(wú)害化處置以及貯存占比分別為58%、37%和5%，實(shí)際預估量超過(guò)1億噸/年。2018年，生態(tài)環(huán)境部的“清廢行動(dòng)2018”; 工信部的長(cháng)江經(jīng)濟帶工業(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(dòng)，刺激了危廢處置市場(chǎng)空間的釋放，提升了危廢處理處置的剛性需求。
國內危險廢物的處置方式包括資源化利用和無(wú)害化處置。資源化利用經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已相對穩定，供需基本達到平衡。無(wú)害化處置由于產(chǎn)能釋放慢、資質(zhì)審批時(shí)間長(cháng)、資質(zhì)與需求錯配、跨省運輸限制等因素，導致產(chǎn)能缺口巨大?；剞D窯焚燒作為一種傳統的無(wú)害化處置技術(shù)在危廢處置市場(chǎng)占重要地位。其他傳統焚燒技術(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(wú)害化處置方式，由于成本優(yōu)勢明顯，在危廢處置市場(chǎng)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(zhù)，隨著(zhù)技術(shù)日趨成熟，其在危廢處置市場(chǎng)也扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色。
危廢種類(lèi)繁多、成分復雜，如何尋求科學(xué)、合理的無(wú)害化處置方式是當前環(huán)保領(lǐng)域急需解決的首要問(wèn)題。本文從處置效果、投資運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(lái)可能的發(fā)展趨勢進(jìn)行預測。
1 回轉窯
焚燒危廢的回轉窯焚燒處置一般采用 “回轉窯+二燃室” 的結構?；剞D窯運行溫度在800 ～ 1000℃，廢物在窯內停留時(shí)間40～75min，到達出口時(shí)徹底轉化成高溫煙氣和灰渣。高溫煙氣進(jìn)入二燃室，在過(guò)量空氣作用下，進(jìn)一步完全燃燒，停留時(shí)間>2s，保證微量有機物及二噁英在高溫下充分分解?；以龌剞D窯經(jīng)水冷后進(jìn)入灰倉。
回轉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(shí)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。
危廢的回轉窯焚燒處置技術(shù)已經(jīng)成熟、相對于其它技術(shù)，回轉窯操作簡(jiǎn)單，運行穩定，控制方便，工作連續性好。但在實(shí)際運行過(guò)程中，仍會(huì )因物料適應性差、結渣嚴重導致啟停頻發(fā)、排放超標等問(wèn)題。褚衍旭等通過(guò)對進(jìn)入回轉窯危廢物料實(shí)行“三級配伍”能夠避免或者減緩上述運行問(wèn)題的產(chǎn)生。而回轉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) 能夠實(shí)現協(xié)同焚燒，提高了回轉窯的物料適用性。另外，對于回轉窯的結焦以及廢物燃燒不盡等問(wèn)題，朱先濤通過(guò)在回轉窯尾部增設爐排裝置，再加上合理的燃燒配風(fēng)，能夠解決燃不盡和回轉窯爐內結焦的問(wèn)題，但同時(shí)也增加了系統的復雜性和操作難度; 趙小燕通過(guò)對回轉窯結構進(jìn)行優(yōu)化，將回轉窯尾部插入二燃室，并提高窯尾溫度等手段，解決了爐內結焦的問(wèn)題。
限制回轉窯焚燒技術(shù)使用的主要是飛灰的二次處理問(wèn)題?；剞D窯焚燒產(chǎn)生的飛灰占處置危廢量的3% ～ 5%，根據國家相關(guān)標準，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(lái)越少，以及危廢填埋場(chǎng)對于選址的諸多限制，安全填埋方式處理焚燒飛灰越來(lái)越困難。目前也有多種焚燒飛灰的減量化、無(wú)害化以及資源化處置技術(shù)，如固化技術(shù)、重金屬螯合穩定化處理技術(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)以及重金屬螯合穩定化處理技術(shù)的應用最廣，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(shí)候有重金屬浸出的風(fēng)險。所以危廢的回轉窯焚燒處置技術(shù)實(shí)質(zhì)上是減量化處置，無(wú)害化不夠徹底。
回轉窯焚燒處置技術(shù)規模一般較小，通常為15 ～ 40t /d。投資成本 較 高、建 設 周 期 (2 ～ 3年) 以及產(chǎn)能爬坡期 (1 ～ 2年) 長(cháng)等特點(diǎn)，也限制了其應用。
2 水泥窯協(xié)同處置
通過(guò)對現有新型干法水泥窯生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行改造，增加危廢儲存、預處理系統以及危廢投加點(diǎn)，可以實(shí)現危廢的水泥窯協(xié)同處置。危廢經(jīng)預處理系統后，通過(guò)投加點(diǎn)進(jìn)入水泥回轉窯內，窯內溫度為1450℃左右，氣體在窯內停留時(shí)間4s以上，物料停留時(shí)間超過(guò)30min，氣固兩相混合均勻，保證危廢物質(zhì)徹底焚燒。水泥窯內呈堿性氣氛，可以吸收廢棄物焚燒過(guò)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(wú)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，能夠實(shí)現危險廢物的徹底無(wú)害化，避免二次處理。水泥熟料出窯后進(jìn)入篦冷機，數分鐘內將熟料由1300 ～ 1400℃驟冷到100℃以下，廢氣溫度為200℃左右，跨過(guò)了二噁英的生成區間 (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為設計熟料生產(chǎn)規模不小于2 000噸/天的新型干法水泥窯。協(xié)同處置時(shí)，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(xiàn)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定的大宗危廢。
(3) 建設周期短，產(chǎn)能釋放快。危廢的水泥窯協(xié)同處置系統環(huán)評周期大概需要6個(gè)月，改造建設周期大概需要8 ～ 10個(gè)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)的劣勢體現如下：
(1) 對于危廢物料具有嚴格的要求。禁止協(xié)同處置放射性廢物，爆炸物及反應性廢物，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(kāi)關(guān)，鉻渣，未知特性的不明廢物。而實(shí)際運行中，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的危廢都需進(jìn)行嚴格的入窯檢測及試燒，并在運行過(guò)程中嚴格控制投加比例。
(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(cháng)期安全性能存在影響，或對水泥生產(chǎn)系統裝備造成腐蝕和危害，進(jìn)而帶來(lái)安全問(wèn)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 ( 直流非轉移電弧等離子炬、直流轉移電弧等離子炬、交流電弧等離子炬)、射頻等離子炬、微波離子炬等。目前國內只有直流電弧等離子炬技術(shù)較成熟、能夠連續進(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5000 ～ 6000℃，射流速度超過(guò)200m /s，工作氣體為氮氣、空氣、氫氣等。
危廢物料經(jīng)預處理，通過(guò)螺旋進(jìn)料進(jìn)入等離子高溫熔融爐，爐內為缺氧環(huán)境，中心溫度1 450 ～ 1 600℃。危廢中的有機物在高溫熔融爐內分解為小分子可燃氣體 (CO、H2、CH4等) ，從爐子上方進(jìn)入二燃室，無(wú)機物被高溫熔融轉化為一種完全惰性和無(wú)毒性、滲透性極低的玻璃類(lèi)物質(zhì)。二燃室內的燃燒溫度控制在1100℃以上，煙氣停留時(shí)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。
等離子高溫熔融處置技術(shù)的優(yōu)勢如下:
(1) 減容率高，無(wú)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97%。等離子高溫熔融爐內溫度高，有機物分解徹底，二噁英幾乎被完全消除。
(2) 可處理傳統焚燒方式產(chǎn)生的飛灰。飛灰中的有機物如二噁英和呋喃，經(jīng)過(guò)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，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低于國家危險廢物鑒別標準，可考慮進(jìn)一步利用。
(3) 物料適應性廣，可處理幾乎所有危廢種類(lèi)。等離子高溫熔融可以處理核電站的放射性核廢料，具有設備體積小、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(kāi)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; 運行過(guò)程中由于等離子炬陰極、陽(yáng)極需定期更換，配件使用費較高，從而導致運行成本高。
(2) 等離子高溫熔融技術(shù)對于國內危廢處置行業(yè)來(lái)說(shuō)是一種新型的技術(shù)類(lèi)型，可借鑒經(jīng)驗少。
4 經(jīng)濟性分析
(1) 投資成本
對已建投運的寧波北侖環(huán)保以及珠海永盛環(huán)保危廢回轉窯焚燒項目進(jìn)行分析，1萬(wàn)噸/年回轉窯焚燒危廢處置系統的總投資成本為5700萬(wàn)元左右。貴港臺泥東園環(huán)?？萍加邢薰舅喔G協(xié)同處置30萬(wàn)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(wàn)噸/年處置規模的水泥窯協(xié)同處置投資成本約為690萬(wàn)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)危廢處置系統處置規模為1萬(wàn)噸/年，項目總投資約233200萬(wàn)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) 運營(yíng)成本
國內的回轉窯危廢焚燒處置系統的直接運營(yíng)成本約1 000元/噸，水泥窯協(xié)同危廢處置系統的直接運營(yíng)成本約500元/噸，而等離子高溫熔融危廢處置系統的直接運營(yíng)成本約1 800元/噸。運營(yíng)成本比較: 等離子高溫熔融技術(shù)>回轉窯焚燒技術(shù)>水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。
(3) 建設周期
危廢的回轉窯焚燒技術(shù)的建設周期為2年左右，水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的建設周期為8 ～ 10個(gè) 月，等離子高溫熔融處置技術(shù)的建設周期為9 ～ 12個(gè)月。建設周期比較: 回轉窯焚燒技術(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(gè)月左右，在三種技術(shù)中最短。
(4) 投資回收期
國內的危廢焚燒處置價(jià)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(jià)格為2 000元/t左右?；剞D窯焚燒處置飛灰的二次處理價(jià)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，回轉窯焚燒技術(shù)的投資回收期最長(cháng)，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 結語(yǔ)
(1) 回轉窯焚燒處置技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單、運行穩定。但焚燒飛灰仍屬于危廢，需進(jìn)行二次處理。所以回轉窯焚燒進(jìn)行危廢處置實(shí)質(zhì)是減量化處置。該技術(shù)投資成本較高，建設周期較長(cháng)。
(2) 水泥窯協(xié)同處置灰渣直接進(jìn)入水泥熟料，無(wú)害化徹底，適用于處理大宗危廢，建設周期短，投資成本低。但對物料要求嚴格，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(wú)害化徹底。該技術(shù)可處理危廢種類(lèi)多樣，物料適用性廣。但其運行成本較高，目前國內商業(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(shí)現物料適用性廣、無(wú)害化徹底、投資運行成本低的目的。預測未來(lái)危廢無(wú)害化焚燒處置將采用多種技術(shù)協(xié)同處置的方式，如 “回轉窯焚燒+等離子高溫熔融”協(xié)同處置技術(shù)，結合回轉窯焚燒的減量化處置以及等離子高溫熔融的無(wú)害化徹底特點(diǎn)，達到裝置投資低、處置效果好的目的。
摘自中國固廢網(wǎng)
