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工业窑炉协同处置危险废物技术进展

    引言
 

    2017年4月21日,国家发改委等14部委联合发布的《循环发展引领行动》提出“推进生产系统协同处理城市及产业废弃物。因地制宜推进水泥行业利用现有水泥窑协同处理危险废物、污泥、生活垃圾等,因地制宜推进火电厂协同资源化处理污水处理厂污泥,推进钢铁企业消纳铬渣等危险废物。稳步推进有关试点示范,建立长效机制。”
 

    工业窑炉协同处置危险废物是指利用企业现有的高温工业窑炉(如水泥窑、烧结机、炼铁高炉、回转窑以及燃煤锅炉等)将危险废物与其他原料或燃料协同处理,在满足企业正常生产要求、保证产品质量与环境安全的同时,实现危险废物的无害化处置和资源化利用。
 

    由于工业窑炉内部温度较高,利于危险废物的焚烧处置,在危险废物焚烧过程中产生的热能,可替代部分化石燃料燃烧产生的热能。此外在水泥窑等窑炉内,危险废物焚烧残渣可同水泥窑产品一同用作建筑材料,可替代部分天然原材料。工业窑炉协同处置危险废物过程减少了对化石燃料和天然原料的消耗,同时也可降低温室气体和其他大气污染物的排放。
 
    目前我国存在着危险废物产生量大而危险废物处理设施建设缓慢、处置能力不足等现状。工业窑炉协同处置危险废物技术的优势在于既可减少危险废物处置设施建设投资,又能有效利用危险废物中的能源和资源,是缓解我国危险废物处置能力不足有效途径之一。
 
    水泥窑协同处置技术 
 
    水泥窑是一种建材设备,主要用于水泥生料的煅烧。水泥窑协同处置技术是目前发达国家焚烧处置危险废物和城市生活垃圾的重要途径,也是清洁、高效利用城市固体废弃物及危险废物的有效途径,该工艺不仅能充分利用危险废物中的可燃组分为高温煅烧过程提供燃料,其中的部分无机固体组分还可作为煅烧原料从而减少一些高钙矿石的使用量,此外重金属还可分散吸附在水泥熟料上,并在规定的浓度限值以内安全地应用于建材产业等。1974年,加拿大Lawrence水泥厂进行了垃圾焚烧飞灰等危险废物及其他可替代燃料的协同处置研究,此后,美国、德国、日本、荷兰等国也相继开展了此项研究。目前,欧洲发达国家中已有大部分水泥厂采用协同处置技术处理作为替代燃料的危险废物,且这些废物的数量和种类也从最初的生活垃圾发展为废塑料、废轮胎、含油污泥等多种危险废物,并逐步建立完善了其标准管理技术体系,积累了丰富的经验。
 
    我国水泥窑协同处置危险废物技术发展起步相对较晚,2005年北京水泥厂首次实现了我国水泥窑大规模协同处置,建成了年处理10万吨工业废弃物的示范线,危险废物的年处理规模也超过1万吨。目前,金隅集团多家水泥企业投资的环保示范线已成功投入生产,红狮水泥、华新水泥、金圆股份、都江堰拉法基水泥、溧阳中材、华润红水河等多家公司也都在进行水泥窑协同处置项目。
 
    截至2018年,我国已取得危废经营许可证的水泥窑协同处置危废项目60个,处置规模约368万吨/年。其中,剔除8个资质仅包含HW33的项目后,综合类危废处置项目合计52个,处置规模约284万吨/年。我国焚烧类危险废物处置合计产能634万吨/年,其中传统焚烧工艺占比55%,水泥窑协同处置占比45%,占据了半壁江山。
 
    目前,水泥窑协同处置固体废物已成为我国水泥工业寻求绿色发展的主流方向,替代原料从最初的常规工业废渣如烟气脱硫石膏、煤矸石、电厂粉煤灰、高炉矿渣、硫酸渣等发展到含重金属和有机物的土壤以及焚烧飞灰等,随着水泥窑协同处置危险废物理论与实践的不断发展,我国在该方面的相关技术标准及政策规范也在逐渐完善。
 
    电厂燃煤锅炉协同处置技术
 
    锅炉是一种把煤、石油或可燃性材料等内部的化学能转变为水或蒸汽热能的热力设备。电厂燃煤锅炉是除水泥窑以外的主要协同处置高温工业窑炉。目前电厂锅炉协同处置的废物主要包括禽畜养殖废物、垃圾衍生燃料、有机酸、包装废物、废油和秸秆等农业废物,废物作为燃料应用的替代率约为10%,流化床锅炉以及仅协同处置木屑的煤粉炉的燃料替代率相对较高;芬兰大约有40台电厂锅炉(主要是流化床锅炉)使用废物作为替代燃料,每年协同处置废物约40万吨,替代燃料为5-30%;荷兰现有9所协同处置电厂,主要用于处置焦炭、污水污泥、生物质颗粒、城市垃圾、咖啡渣、动物脂肪和骨粉等;在美国,电厂锅炉协同处置的主要是生物质废物,仅在弗罗里达州就有三座协同处置生物质废物的燃煤电厂。
 
    我国以火力发电为主,电厂锅炉多,燃料消耗量大,且燃煤锅炉内部的高温环境满足协同处置危险废物的条件。研究表明,电厂锅炉协同处置干化污泥过程对锅炉运行及烟气污染物排放的影响,结果表明在掺烧比小于3%的情况下对电厂锅炉的运行几乎没有影响。然而,国内仅有少数电厂锅炉开展了固体废物协同处置业务,废物种类也主要限于污泥和生物质类。
 
    2018年7月9日,河南华润电力古城有限公司取得河南省环保厅颁发的危险废物经营许可证,成为全国首家火电协同处置危险废物的企业。该项目通过技术改造,将生物制药公司产生的危险废物药渣掺烧原煤后送入高温炉膛无害化处置,减少了药渣污染,节约了资源,也降低了企业生产成本,助力地区污染物总量减排,实现社会、经济、环保效益共同提升。
 
    炼铁高炉协同处置技术 
 
    炼铁高炉是现代炼铁的主要设施,利用炼铁高炉协同处置固体废物技术的应用始于1995年,德国一个钢铁企业开始利用炼铁高炉协同处置废塑料,既减少了废物的处理费用,也降低了钢铁产业的成本。随后德国日本等国家相继开发出了鼓风炉处理电镀污泥技术、铬渣回转窑解毒技术以及成熟的高炉喷吹塑料技术等。国外研究人员对几种废弃塑料制品和润滑油在炼铁高炉中协同处置情况进行了研究,结果表明这些废物不但不会影响炼铁的品质,反而能大大减少燃料的使用。
 
    我国在钢铁工业窑炉协同处置固体废物技术方面也进行了相关研究:中钢集团武汉安全环保研究院有限公司等采用钢铁工业炉窑协同处置废活性炭、焦油渣、废油漆桶、含铬废物、医疗废物(塑料类)等五类危险废物取得较好的综合效益;首钢技术研究院在冶金烧结工艺处置垃圾焚烧飞灰和有机污泥等新技术方面开展了研究;中国钢研科技有限公司和武汉钢铁公司建成了利用炼铁回转窑协同处置电解锌渣的示范工程。
 
    然而,由于钢铁生产相比建材生产需要更精细的过程控制,对外来杂质的承受限度也相对较低,可用于炼铁高炉协同处置的危险废物类型还很有限。

    结语
 
    利用工业窑炉协同处置固体废物特别是危险废物已成为目前国内外固体废物处置及资源化技术的重要发展方向之一。经过40多年的发展历程,如今国内外都已经实现了部分特定工业窑炉如水泥窑、电厂锅炉及炼铁高炉等协同处置危险废物技术,然而每一种炉型协同处置危险废物的可行性、环境安全性以及环境污染控制等问题始终是各界学者及相关产业工作人员共同关心的问题。

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