焦油渣和煤沥青焚烧处置适用工艺探析

李宝磊; 陈朝中; 王小娜; 侯海盟; 孔德勇 2019-10-14 版权声明 举报文章

摘 要:对比分析现有成熟的危险废物焚烧处置工艺,针对残渣的特点,明确了残渣焚烧的适用工艺及条件。结果表明,残渣焚烧处置适用工艺是回转窑+二段炉+烟气急冷+干法脱酸+布袋过滤+活性炭吸附,工艺适用条件是一段炉焚烧温度600 ℃~900 ℃、二段炉出口温度≥1 100 ℃、烟气停留时间≥2 s、急冷器出口温度≤150 ℃。

关键词:焚烧回转窑 焦油渣 煤沥青 多环芳烃 重金属

中图分类号:X70 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)08(b)-0075-03

Abstract:The Appropriate technology of tar dreg or tar pitch incineration was studied by comparative analysis of existing mature technology and incineration experiment of organic contaminated soil mixed tar dreg or tar pitch. The results show that the appropriate technology of tar dreg or tar pitch incineration was the technology combination of Rotary kiln, The second stage furnace, Quench cooler,Dry de acid, Bag filter, Activated carbon adsorption.Optimum technological conditions of the first stage furnace burning temperature was 600~900℃, as the second stage furnace burning temperature was above 1100℃, as the Flue gas retention time was above 2s, as the outlet temperature from quench cooler was under 150℃.

Key Words:Incineration;Rotary kiln; Tar dreg; Tar pitch; PAHs; Heavy Metal

随着2016年8月新版危险废物名录的颁布实施,国家对危险废物的管理迈入了新的一页,该名录的颁布实施表明了国家将危险废物管理的重点放在了防范危险废物环境风险和改善生态环境质量上,目的是实施危险废物科学化和精细化管理。

焦油渣和煤沥青是指煤化工生产过程中产生的煤化工残渣(以下简称为残渣),已列入新版危险废物名录,代码为252-001-11~252-016-11,这3类残渣富含多环芳烃和重金属,对周边环境及居民产生严重的环境风险。焚烧处置技术由于其具有废物减量化、无害化及二次污染程度低和能量可回收利用的优势,逐渐成为煤化工残渣处置技术的研究热点。目前煤化工残渣的焚烧处置技术研究存在的主要问题包括以下两方面[1-3]:(1)没有针对残渣的特性开展残渣焚烧过程焚烧工艺条件的研究;(2)残渣焚烧处置过程和烟气净化过程对二次污染物的研究局限于常规污染物,缺乏对特殊污染物重金属和多环芳烃的研究。

文章针对以上问题,分别从残渣焚烧工艺和烟气净化工艺两方面,结合残渣的特性开展残渣焚烧处置工艺研究,明确了残渣的焚烧处置最佳适用工艺及其工艺条件。

1 研究方法

1.1 工艺原理及适用性研究

针对现有成熟、可靠的危险废物焚烧工艺和烟气净化工艺进行工艺原理剖析,明确其工艺特点,同时结合残渣的特性,开展残渣焚烧处置工艺适用性分析,分别从废物热值、焚烧温度,以及废物中的硫、氮、重金属、多环芳烃含量等方面进行焚烧、烟气净化工艺分析,综合比较筛选,从而明确残渣最佳焚烧处置工艺。其研究路线如图1所示。

1.2 工艺条件分析

针对残渣的特性,分别从焚烧工艺条件和烟气净化工艺条件等方面进行工艺对比分析,明确残渣焚烧处置工艺条件。其研究路线图如图2所示。

2 结果与讨论

2.1 残渣焚烧处置最佳工艺及条件

固定床热解气化和回转窑焚烧工艺的对比分析结果表明,采用回转窑焚烧工艺可同时满足煤化工残渣的特性要求和焚烧温度控制的要求,可实现焚烧炉连续运行和自动化操作,在经济技术允许的情况下,选择回转窑焚烧工艺作为残渣焚烧工艺是适宜的。

2.2 残渣焚烧烟气净化最佳工艺及条件

由表1可知,残渣硫含量平均值约为0.6%,假定残渣中的硫在焚烧过程中100%转化为SO2进入烟气中,按1 kg残渣焚烧产生10 m3烟气量计算,根据《危险废物焚烧污染控制标准》(184184-2001)焚烧容量≤2 500 kg/h条件下SO2的标准限值为300 mg/m3,折算SO2去除率为75%以上。因此选择干法脱酸工艺即可满足脱酸要求[8],为保证碱性固体停留时间,在后续烟气净化时选择布袋除尘工艺。

煤化工残渣经高温焚烧后,大部分多环芳烃被破坏去除,而产生的高温烟气在降温过程中,由于在重金属催化剂作用下,多环芳烃会再合成[9]。因此选择烟气急冷降温工艺,使其降温避开多环芳烃再合成温度区间330 ℃~130 ℃[10],同时应保证降温后烟气温度在布袋除尘器的露点以上。

由于残渣中重金属含量较大,其中挥发性重金属经高温焚烧后进入烟气中引起烟气中重金属超标排放,因此应对烟气中重金属进行高效处理。活性炭吸附工艺不仅能够降低烟气中的重金属浓度,同时对烟气降温过程中可能再合成的多环芳烃进行吸附处理,因此可作为烟气净化重金属过程控制工艺。

由表1可知,由于残渣含氮量较低,平均值低于0.96%,通过控制焚烧工况,可降低NOx的产生量[11],同时活性炭吸附工艺可同时吸附处理一定量的NOx,因此残渣焚烧烟气净化工艺不再单独考虑脱硝工艺。

综上所述,残渣焚烧处置最佳工艺为回转窑焚烧、烟气急冷、干法脱酸、活性炭吸附和布袋除尘的组合工艺。最佳工艺条件为:一段炉焚烧温度600 ℃~900 ℃、二段炉出口温度≥1 100 ℃、烟气停留时间≥2 s、急冷器出口温度≤150 ℃等。

3 结论

文章针对残渣特性,在现有成熟的危险废物焚烧处置工艺基础上进行工艺对比分析,明确了残渣焚烧处置的最佳适用工艺和工艺条件,主要结论如下。

(1)残渣焚烧处置工艺的最佳工艺组合是回转窑+二段炉+烟气急冷+干法脱酸+布袋过滤+活性炭吸附。

(2)最佳工艺条件是一段炉焚烧温度600 ℃~900 ℃、二段炉出口温度≥1 100 ℃、烟气停留时间≥2 s、急冷器出口温度≤150 ℃等。

参考文献

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[3] 买帅,王兴润,马丽娜,等.煤焦油无害化处置研究及生命周期评价[J].中国环境科学,2011,31(4):700-704.

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[6] 蔡春玲.燃煤烟气多环芳烃的生成及控制技术[J].青海环境,19(3):139-141.

[7] 秦攀.煤燃烧重金属生成规律的研究[D].杭州:浙江大学,2005.

[8] 蹇瑞欢,滕清,卜亚明,等.“半干法+干法”烟气脱酸组合工艺应用于生活垃圾焚烧工程案例分析[J].环境工程,2010(28):194-195.

[9] 周宏仓,金保升,仲兆平,等.燃煤电厂多环芳烃的生成与控制[J].环境污染治理技术与设备,2003,4(3):50-53.

[10] 陆胜勇,李晓东,严建华,等.异重介质循环流化床焚烧炉多环芳烃排放特性的测定[J].中国电机工程学报,2002,22(10):130-135.

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