危险废物水泥窑共处置案例

危险废物水泥窑共处置案例_北京水泥厂_环境工程专项设计案例分析

北京金隅红树林环保技术有限责任公司成立于2005年12月（以下简称金隅红树林）,隶属于北京金隅集团,是北京市专业处置工业废物规模最大的公司,拥有全国首条专业处置城市工业废物示范线,工业废物处置能力为（8～10）×104t/d。公司目前已取得了环保部颁发的30种危险废物的处置经营许可证,2009年处置各种工业废物5万吨（不包括污染土壤）,其中包括28类总计2×104t危险废物。该示范线项目曾被列入第三批国家重点技术改造“双高一优”项目导向计划。国家环保局和北京环保局对先进的废物处理工艺生产线给予了充分的支持和肯定。

1.生产工艺情况

（1）工艺参数

水泥窑设计产量:3000t/d；

水泥窑实际产量:3200t/d；

水泥窑直径:4.2m；

水泥窑长度:67m；

余热发电设计能力:7.5mW；

余热发电实际能力:4.5mW；

吨熟料发电量:24.5kWh/t；

高温风机能力:290000m3/h。

（2）燃料

水分:14.3%；

用量:178032t/a；

热值（收到基）:21873kJ/kg；

挥发分:28.95%；

固定碳:51.32%；

灰分:11.59%。

（3）原料

石灰石用量:1749600t/a；

硅质校正料用量及种类:砂岩67600.2t/a；

铁质校正料用量及种类:铁粉37140t/a；

石膏用量及种类:天然石膏30313.8t/a,脱硫石膏32280.6t/a；

混合材用量及种类粉:煤灰119745t/a,高炉矿渣粉51865.8t/a。

（4）能耗

吨水泥综合电耗:109.26kWh/t；

吨水泥综合能耗:99.32kgce/t；

吨熟料综合电耗:43.76kWh/t；

吨熟料综合能耗:117.04kgce/t；

吨熟料标煤耗:115.0kgce/t。

注:kgce/t指千克标准煤/吨。

（5）设备规格及型号（表4-17）

表4-17　设备规格及型号

（6）原料成分（表4-18）

表4-18　原料成分　单位:%

（7）产品成分（表4-19）

表4-19　产品成分　单位:%

（8）熟料物理检验（表4-20）

表4-20　熟料物理检验

（9）质量控制指标（表4-21）

表4-21　质量控制指标

2.处理废物情况

（1）处理废物种类

在正常条件下,窑内物料温度为1450℃,物料停留时间为30～40min,燃烧时产生的烟气在窑内可停留6s,炉内气体温度可达1750℃。在保证产品质量的前提下,结合各生产工序设备情况,焚烧时由人工将固态废物从窑尾均匀加入,瓶装液态、半固态废物用空气炮从窑尾直接打入水泥烧成段,液态有机废液随燃油从窑头喷入。根据环保规划,每年可焚烧（1～1.5）×104t有害废物。按每天水泥原料投料3700t计算,每小时可焚烧1～1.5t废物。焚烧产生的废气经布袋除尘器处理后,通过100m高的烟囱排入大气。

本项目采用水泥回转窑焚烧有害废弃物。按照废弃物在水泥生产中的作用,将有害废弃物分成三类:

①用作二次燃料。对于含有热值的有机废弃物,包括固体、液体和半固体状污泥,可作为水泥窑的“二次燃料”。

②用作水泥生产原料。对于主要含重金属的各种废弃渣,尽管其不含或少含可燃物质,但可作为水泥生产原料来利用；而对于卤素含量高的有机化合物和含镁、碱、硫、磷等的废弃物,由于其对水泥烧成工艺或水泥性能有一定影响,应严格控制其焚烧喂入量。

③对含Hg废弃料等不宜入窑焚烧。

北京水泥厂根据水泥工业特点,结合上述利用途径,对北京市工业危险废物的分类情况详见表4-22。该厂可处理的废物包括枟国家危险废物名录枠中列出的47类中的28类危险废物,如废酸碱、废化学试剂、废有机溶剂等工业危险废物和医药废物等。北京水泥厂工艺包括浆渣制备系统、替代燃料制备焚烧系统、废液处置系统、危险废物处置系统、残渣处置系统、工业污泥处置系统。废物处置流程见图4-31。

表4-22　北京市工业危险废物的分类（根据水泥工业特点分类）

废物焚烧与新型回转窑煅烧两项技术有机结合,在生产优质水泥熟料的同时焚烧处置工业废物,实现了利用水泥回转窑处置废物与环境保护的充分结合,对工业废物处置彻底,不会造成二次污染,没有残渣产生。金隅红树林公司主要以液态（如工业废液）、固态（如工业垃圾）和半固态（如工业污泥和其他可利用废物）三大类城市工业废物的无害化、资源化、减量化处置为主,拥有世界先进的废物预处理工艺设备、国内新型回转式焚烧炉系统,并配备了较为完善的化验设备及监测设备。新型回转式焚烧炉系统采用法国皮拉德公司最新的多通道低氮燃烧器技术,为国内首次使用,可实现煤粉、工业废液、危险废物、替代燃料的同时燃烧。整条处理工艺路线包括浆渣制备系统、废液处理系统、污泥搅拌系统、焚烧残渣处理系统、废酸直接焚烧系统、酸碱中和处理系统、替代燃料制备系统、乳化液处置系统。

图4-31　北京水泥厂废物处置流程

（2）关键工艺。北京水泥厂解决的利用水泥窑处置危险废物的技术难题如下:

①在国外利用的水泥窑危险废物一般是经过专业危险废物处理厂预处理之后,适宜进水泥窑焚烧的废物,由水泥厂焚烧处置。而我国危险废物管理刚刚起步,没有专业的危险废物预处理厂,从产废单位收集的危险废物直接进入水泥厂,对危险废物的安全运输、分类贮存是水泥生产企业必须解决的难题。

②固体废物成分复杂,自身发热量差异较大,在连续处置过程中经常造成窑内“忽冷忽热”的现象,发生废物处置和窑况稳定之间的矛盾。

③危险废物有47大类,很多废物相互之间具有反应性,处置不当,会发热、爆炸,产生有毒气体等,如酸和碱、酸和氰化物。因此,安全处置危险废物必须掌握废物物理化学特征,做好危险废物的预处理的安全措施。

④危险废物热值和稳定性差异很大,处置过程既要保证废物的彻底焚毁,又要考虑充分利用废物自身热值,必须摸索不同废物的入窑位置、入窑方式。

⑤卤族元素和碱性物质加入量不当会对水泥窑运行及熟料质量产生影响,因此必须合理计算、确定、控制含卤素物质和碱性物质的废物的焚烧量,确保熟料质量。

（3）关键预处理系统。该公司研究国内外废物预处理和处置技术,自主研发了6套工业废物预处理系统,并结合废物特性与窑的煅烧要求选择了6处入料点:

①浆渣制备焚烧系统。可将经过破碎后的工业垃圾、工业污泥、废液、废漆渣等多种废物投入混合设备内搅拌成浆渣状,最后经过浆体输送设备喷入窑尾烟室焚烧。

②替代燃料制备焚烧系统。将收集来的具有热值的工业废物经多级破碎后,制成粒径小的替代燃料,然后作为燃料从窑头多通道燃烧器喷入窑内焚烧,节约大量能源（煤粉）。

③废液处置系统。可将废酸液、废碱液在预处理阶段中和后,与收集来的废有机溶剂、废矿物油、废乳化液调配成具有一定热值的废液,然后作为燃料从多通道燃烧器喷入窑内焚烧,可替代部分煤粉,实现了资源的再利用。

④工业污泥处置系统。将各种工业污泥用稳定剂搅拌后,进入窑尾预燃炉,可替代部分原料。

⑤焚烧残渣处置系统。将各垃圾焚烧厂产生的焚烧残渣经过粉磨后,代替熟料生产使用的硅质、铝质原料,可彻底将焚烧残渣无害化处置。

⑥危险废物处置系统。将各垃圾焚烧厂产生的毒性强、含有害成分多的危险废物,通过气力输送经燃烧器喷入窑内焚烧,彻底消灭其危害。

（4）回转窑改进方案。为了确保安全处置工业废物,生产优质熟料,天津水泥设计研究院在进行回转窑焚烧系统设计时,对系统进行了如下6项改进:

①在窑尾增加了一个预燃炉系统,使得焚烧系统的热稳定性增强,确保了废物处置的连续和稳定。

②回转窑长度增加了4m,延长了废物的停留时间。由于回转窑热容大,稳定性高,使得系统适合处置液体、固体等多种形态的危险废物,而且可以实现废物的大量处置。

③回转窑前后均采用低氮燃烧系统来减少氮氧化物的排放,实现了煤粉、工业废液、危险废物、替代燃料的同时燃烧。窑头采用低一次风的大推力燃烧器,这样可以使燃料在较低的空气含量条件下进行正常的燃烧,并提高火焰空间的温度分布均齐性,从而有效地降低氮氧化物的形成。炉尾分解炉采用了具有实用新型专利的低氮氧化物在线分解炉,能起到很好的脱硝效果,确保废气中氮氧化物的排放达到国家标准。

④对废气处理系统进行了技术改进,修正了工艺参数,并采用了进口设备,确保了废物的安全无害化处置。

⑤建立了工业废物实验室,配备了先进的检验和分析仪器,如质谱仪、色谱仪、荧光分析仪等。对所有进厂的工业废物进行检验分析,确定废物的成分、热值、重金属含量、废物毒性等,为后续处理分类提供数据。

⑥安装了废气在线监测系统,并与环保部门实现监测数据联网。

（5）完善管理。金隅红树林在处置危险废物过程中,始终认真贯彻枟中华人民共和国固体废物污染环境防治法枠,严格按照“无害化、资源化、减量化”的要求处置工业废物。依据枟危险废物焚烧污染控制标准枠和枟危险废物贮存污染控制标准枠等建立符合国家标准的废物处置场所,设置各种标志和标牌,建立专门的废物分拣贮存库、废物贮存坑,按标准要求进行防渗漏处理,采取单独废液收集措施,杜绝废物泄漏；对废物处置车间的气体进行收集,采取活性炭吸附和强制排风措施,将异味气体抽入窑内焚烧处置。

工业废物处置领域是特殊的行业。金隅红树林为确保废物处置工作全过程安全生产,将废物处置工作程序纳入环境管理体系和职业健康安全管理体系,各个岗位制订废物处置作业指导书。为保证废物从运输、储存、预处理到焚烧这些环节的安全生产,制定了一套完整的规章制度,其中包括枟安全生产责任制枠、枟工业废物运输管理制度枠、枟工业废物预处理管理制度枠、枟工业废物处置操作规程枠、枟危险废物事故救援应急预案枠等。公司定期检查制度执行情况,定期演练应急预案。

（6）信息化。金隅红树林研发中心自主开发了“北京金隅红树林公司废物处置管理系统”,该系统专门用于废物处置管理,借助公司内部局域网形成了一个有效的管理网络（可延伸至外网）,协助实现废物从处置申请、运输、入厂、入库、出库,到最终被处置销毁的全过程规范化管理,监控废物处置的各环节,方便把握各个部门对于整个工作流程的运行状况。2002年6月1日系统正式运行,至今已完全达到了预期的效果。该系统的应用,极大提高了废物处置流程的工作效率,方便了部门之间的信息沟通,并减少了无谓的纠纷。目前,金隅红树林已经向国家知识产权局申请该系统软件的著作权,该软件可应用于废物处置的管理流程控制,并可根据情况对软件做出适当的修改。

（7）污染控制。目前,金隅红树林可处理的废物除了工业废物,还包括枟国家危险废物名录枠中47类危险废物中的28类,如废酸碱、废化学试剂、废有机溶剂、废矿物油、乳化液、医药废物、涂料染料废物、有机树脂类废物、精（蒸）馏残渣、焚烧处理残渣等。

①对烟气中污染物进行检测

北京环保局环境监测中心、中国科学院生态环境研究中心等多家权威机构先后对金隅红树林的回转窑污染物排放进行了监测,其结果远远低于国家规定的排放标准（砷标准为1.0mg/m3,实际排放小于1.6×10－4mg/m3；铬标准为0.1mg/m3,实际排放小于5×10－4mg/m3；二噁英类标准为0.5ng TEQ/m3,实际排放均小于0.009ng TEQ/m3）。

根据枟水泥工业大气污染物排放标准枠（GB 4915—2001）和枟危险废物焚烧污染控制标准枠（GB 18484—2001）,对水泥回转窑处理危险废物前后,其窑尾布袋除尘器出口烟道排放的废气中的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物、氟化物等指标进行了现场取样检测分析,结果见表4-23。

表4-23　北京水泥厂大气污染物监测结果

注:括号中数据为吨产品排放量。

烟尘、二氧化硫、氮氧化物、氟化物排放标准执行枟水泥厂大气污染物排放标准枠（GB 4915—2004）,水泥厂旋窑系统危险废物大气污染物排放执行枟危险废物焚烧污染控制标准枠（GWKB 2—1999）。将排放物浓度和相应的标准进行对比分析可以发现,在用回转窑焚烧处理危险废物时,通过除尘器后的烟尘、氮氧化物、氟化物等的排放浓度和吨产品排放量均不超过枟水泥厂大气污染物排放标准枠（GB 4915—2004）中的有关限值,烟气中氯化氢和汞、铬、铅、镉、镍等重金属的排放浓度也远低于枟危险废物焚烧污染控制标准枠（GWKB 2—1999）中相应标准值。因此在当前的废物混烧量和操作条件下,水泥窑的工况没有受到任何不良影响,水泥窑处置危险废物完全符合相应的环境要求。

②水泥产品浸出毒性检测

水泥产品浸出毒性检测情况见表4-24。

表4-24　水泥产品浸出毒性检测记录单