危險廢物焚燒項目煙氣脫酸經(jīng)濟與技術(shù)分析

王 磊，王閩穎

（光大綠色環(huán)保管理（深圳）有限公司，廣東 深圳 518040）

危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或者根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性和感染性等一種或一種以上危險特性， 以及不排除具有以上危險特性的固體廢物[1]。危險廢物焚燒處置過程中產(chǎn)生的煙氣成分復(fù)雜，包含二惡英、重金屬、酸性氣體等危險物質(zhì)，其嚴重影響了人類的健康和生態(tài)環(huán)境。 因此，妥善處理焚燒產(chǎn)生的煙氣成為危廢焚燒處置過程中的主要任務(wù)。

目前， 危險廢物焚燒處置過程中產(chǎn)生的煙氣必須經(jīng)過煙氣凈化系統(tǒng)處理達標后才能排放， 而成熟且應(yīng)用較為廣泛的組合工藝為“SNCR脫硝+急冷+干法脫酸+布袋除塵+濕法脫酸”。此組合工藝中干法脫酸主要脫除的酸性物質(zhì)為HCl和SO2， 干法塔常用的脫除劑是小蘇打和消石灰， 濕法常用的脫除劑為NaOH溶液。 本文以江蘇某危廢焚燒項目為例，分別計算干法脫酸過程中使用小蘇打和消石灰脫酸及在濕法脫酸過程中使用NaOH溶液脫酸的總脫酸運行成本， 以期為其它運行項目及后續(xù)新建項目更好地降低脫酸運行成本提供經(jīng)驗和借鑒。

1 項目概況

項目位于江蘇省某產(chǎn)業(yè)園內(nèi)， 危險廢物焚燒處置量為3萬t/a，該項目于2021年6月份投產(chǎn)。本文以該項目為例， 重點對比計算煙氣在干法塔中分別使用“干法小蘇打+濕法”和“干法消石灰+濕法”的煙氣脫酸總運行成本。 該危廢焚燒項目主要設(shè)計參數(shù)及脫酸運行成本計算參數(shù)見表1。

表1 該危廢焚燒項目主要設(shè)計參數(shù)及脫酸運行成本計算參數(shù)

2 脫酸工藝及經(jīng)濟技術(shù)指標計算方法

煙氣脫酸主要工藝流程：550 ℃的煙氣從余熱鍋爐進入急冷塔頂部， 同時霧化后的急冷水噴入急冷塔與煙氣充分混合， 使煙氣極速降溫至200 ℃以下，煙氣從急冷塔底進入干法塔，用于脫酸的小蘇打粉末/消石灰粉末從文丘里管進入干法塔與煙氣中的酸性物質(zhì)充分接觸反應(yīng)， 同時噴射活性炭吸附煙氣中的二惡英和重金屬。然后煙氣進入布袋除塵器，濾袋表面的小蘇打/消石灰粉末和活性炭可繼續(xù)去除煙氣中的酸性物質(zhì)和重金屬， 最后煙氣進入濕法脫酸塔與堿性吸收劑NaOH溶液反應(yīng)去除干法階段未反應(yīng)完全的酸性物質(zhì)，經(jīng)濕法脫酸后的煙氣，其酸性物質(zhì)的脫除效率可高達99%以上。 煙氣凈化工藝如圖1所示。

圖1 危險廢物焚燒項目煙氣凈化流程圖

下面本文結(jié)合該項目， 分別計算干法使用小蘇打和消石灰脫酸及濕法使用30%NaOH溶液脫酸的脫酸總運行成本。

2.1 “干法小蘇打+濕法”主要經(jīng)濟技術(shù)指標計算

該項目危廢焚燒產(chǎn)生的煙氣含有的主要酸性物質(zhì)為HCl和SO2，干法脫酸使用小蘇打脫除HCl和SO2的反應(yīng)原理為：“NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2，2NaHCO3+SO2→Na2SO3+H2O+2CO2”， 濕法脫酸的原理 為： “NaOH +HCl →NaCl +H2O，2NaOH +SO2→Na2SO3+H2O”。 經(jīng)實驗研究，干法階段使用小蘇打脫酸時， 不同的脫酸反應(yīng)效率分別對應(yīng)不同的過量系數(shù)，下文分別計算了30%、50%、60%、80%及90%脫酸反應(yīng)效率所消耗的小蘇打的量， 干法脫酸階段所產(chǎn)生的飛灰及濕法排污經(jīng)多效蒸發(fā)后產(chǎn)生的廢鹽均進入剛性填埋場填埋。 該項目煙氣使用“干法小蘇打+濕法”的主要經(jīng)濟技術(shù)指標見表2。

表2 小蘇打脫酸+NaOH脫酸主要經(jīng)濟技術(shù)指標

根據(jù)表2的計算結(jié)果， 為了能更直觀地看出小蘇打干法脫酸和NaOH濕法脫酸的總運行成本與脫酸反應(yīng)效率的關(guān)系， 本文繪制了小蘇打干法脫酸（不同反應(yīng)效率）+NaOH濕法脫酸運行總成本對比圖（見圖2）。

圖2 小蘇打干法脫酸（不同反應(yīng)效率）+NaOH濕法脫酸運行總成本對比圖

從圖2可看出干法脫酸的成本隨著反應(yīng)效率的增加而增加， 濕法總成本隨著反應(yīng)效率的增加而減少，而干法脫酸+濕法脫酸的總成本先隨著反應(yīng)效率的增加而減少，當(dāng)干法脫酸效率為80%時，總運行成本最低，當(dāng)干法脫酸效率增加到90%時，總運行成本反而明顯增加。

2.2 “干法消石灰+濕法”主要經(jīng)濟技術(shù)指標計算

干法脫酸使用消石灰脫除HCl和SO2的反應(yīng)原理為：“Ca（OH）2+2HCl→CaCl2+2H2O，Ca（OH）2+SO2→Ca-SO3+H2O”，濕法脫酸使用NaOH溶液脫除HCl和SO2的原 理 為：“NaOH+HCl →NaCl+H2O，2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O”。 經(jīng)實驗研究，干法階段使用消石灰脫除酸性物質(zhì)，其最大的脫酸反應(yīng)效率為50%，此時消石灰的過量系數(shù)為1.4，干法脫酸階段產(chǎn)生的飛灰主要成分為CaCl2、CaSO3及未反應(yīng)的消石灰。 該處置量為100 t/d的項目所產(chǎn)生的飛灰為19.2 t/d,其中CaCl2為5.5 t/d，在產(chǎn)生飛灰中的占比為28.5%，該項目干法階段使用消石灰脫酸后產(chǎn)生的飛灰處置按照兩種情況考慮，一種進剛性填埋場填埋，另一種進柔性填埋場填埋。 剛性填埋場是采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)襯人工防滲襯層的填埋處置設(shè)施，一般設(shè)置在軟土區(qū)，地下水水位較高的區(qū)域，剛性填埋場主要填埋除醫(yī)療廢物、與襯層具有不相容性反應(yīng)的廢物和液態(tài)廢物外，不具有反應(yīng)性、易燃性或經(jīng)預(yù)處理不再具有反應(yīng)性、 易燃性的廢物及砷含量大于5%的廢物；而柔性填埋場是采用雙人工襯層（一般采用兩層HDPE土工膜）作為防滲層的填埋處置設(shè)施，一般設(shè)置在地質(zhì)條件較好、 地下水水位較低的區(qū)域，柔性填埋場主要填埋浸出液pH值在7.0～12.0之間的廢物、 含水率低于60%的廢物、 水溶性鹽總量小于10%的廢物及有機質(zhì)含量小于5%的廢物。 濕法階段排污經(jīng)多效蒸發(fā)后產(chǎn)生的廢鹽進剛性填埋場填埋。該項目使用“干法消石灰+濕法”的主要經(jīng)濟技術(shù)指標見表3。

表3 消石灰脫酸+NaOH脫酸主要經(jīng)濟技術(shù)指標

2.3 技術(shù)與經(jīng)濟對比分析

以上分別介紹了干法和濕法的脫酸反應(yīng)原理且計算了干法使用小蘇打和消石灰脫酸及濕法均使用NaOH溶液脫酸的運行總成本。 從表2的計算結(jié)果可看出，干法使用小蘇打且脫酸反應(yīng)效率為80%時，其運行總成本最低為2 072元/t危廢。 表3的脫酸成本計算主要考慮了干法使用消石灰脫酸時飛灰的兩種處置去向，分別去柔性填埋場和剛性填埋場。兩種脫酸組合工藝技術(shù)與經(jīng)濟對比分析見表4。

3 結(jié)語

危廢焚燒產(chǎn)生煙氣在干法使用小蘇打或消石灰脫酸后在濕法使用NaOH溶液脫酸，煙氣中剩余酸性物質(zhì)含量均可達標排放。 但考慮到近年來危險廢物處置價格降低， 為了能實現(xiàn)焚燒煙氣達標排放的同時提高經(jīng)濟效益， 本文通過理論計算了煙氣中酸性物質(zhì)在干法階段使用不同的脫酸反應(yīng)物脫酸的工藝技術(shù)方法在脫酸階段所需要的運行總成本。

（1）消石灰脫酸產(chǎn)生的飛灰進剛性填埋場填埋時，無論小蘇打脫酸效率多少，“干法小蘇打+濕法脫酸”的總脫酸運行成本均比“干法消石灰+濕法脫酸”低，其運行總成本每年最多可節(jié)約249萬。

（2）消石灰脫酸產(chǎn)生的飛灰進柔性填埋場填埋時，“干法消石灰+濕法脫酸”的總運行成本（1 771元/t危廢）低于“干法小蘇打+濕法脫酸”的最低總運行成本（2 072元/t危廢），每年可節(jié)約900萬。

因此，后續(xù)項目或新建項目可根據(jù)上述結(jié)論綜合考慮并選擇脫酸工藝方案以實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。