含铜工业污泥危废高温熔池处置技术工艺路线
作者：吴迪，刘玉坤--上海环境工程设计研究院有限公司
摘要：本文阐述了一种含铜工业污泥危废高温富氧熔池处置工艺。经过高温富氧熔池熔炼炉处理后，含铜工业污泥中的铜可以实现有效回收。通过余热利用回收烟气中的热能，熔炼过程产生的烟气会产生高温蒸汽，然后经过急冷、干法脱酸、活性炭喷射、布袋除尘、湿法脱酸、SNCR 以及烟气再热后低温 SCR 脱硝等工艺处理，烟气可以实现达标排放。
我国每年产生的工业危险废物数量巨大，以HW22、HW46、HW48 等危废代码的工艺污泥为例，目前主要的处置方式是稳定化处理后直接送入填埋场进行填埋处理，不仅占用大量土地，存在二次污染土壤的风险，而且造成极大的资源浪费。
通过熔池熔炼工艺，在含Cu的工业污泥中，按照一定的配比关系加入一定量的造渣剂，并通入富氧空气，在1300℃的高温熔融过程中，氧化渣相与铜相分离并分层，从而实现Cu的资源化回收利用，具有良好的经济效益和环保效益。同时，熔炼过程产生的烟气经过净化系统达标排放至大气。高温熔池处置成套工艺主要包括危废预处理系统，高温熔池熔炼系统、余热利用系统、烟气净化系统、公用辅助系统等。具体工艺流程如图1所示。
图1 含Cu工业污泥高温富氧熔池处置技术工艺流程
计量后，物料采用连续加料方式从富氧高温熔池熔炼炉顶部加入，物料在从炉体两侧风口鼓入的富氧空气的反应下进行高温熔化，熔化温度约为1350℃。熔化造渣过程所需的热量主要来自焦炭或天然气燃烧热和造渣反应热。
熔融态氧化渣由炉子底部流入还原区，由出渣口连续排出，进入冲渣池水淬后送往固废暂存库。黑铜和冰铜由出铜口排出，经溜槽流至模具冷却，冷却后的铜块在车间暂存。
高温熔池熔炼炉出口烟气温度高达1300℃左右，通过余热锅炉可有效回收烟气中的热能。
余热锅炉采用膜式水冷壁蒸汽锅炉。余热锅炉为自然循环，自带有一个汽包。余热锅炉所需要的水为化学软化水。化学水处理车间的化学水送至锅炉房内的软化水箱，水箱内的软化水经清水离心泵送至除氧器除氧，除氧器处理后的合格除氧软水，经锅炉给水泵分别送入余热锅炉汽包内。
锅炉出灰：烟气冷却室下部布置了出灰斗，采用埋刮板输送机出灰。
烟气净化工艺主要包括酸性气体的脱除（主要HCl、SO2 等）、粉尘的捕集与脱除、NOx 的脱除、重金属的脱除等，高温熔池熔炼炉烟气净化工艺采用“SNCR+ 急冷系统 + 干法脱酸 + 活性炭喷射 + 布袋式除尘器 + 湿法脱硫 + 烟气加热系统 +SCR”。
1、急冷系统
急冷水在压缩空气的作用下形成雾化的液滴，从急冷喷枪喷入急冷塔顶部，物化液滴与烟气直接接触并迅速汽化，使烟气温度急速下降，使烟气在 1s 之内从 500-550 ℃骤冷至200℃以下，从而避开二噁英再合成的温度段，达到抑制二噁英再生成的目的。部分烟尘从急冷塔底部排出，和余热锅炉产生的烟尘一起返回至配料间。
2、干法脱酸系统
经过急冷后的烟气进行干法脱酸，消石灰粉（或小苏打粉）储存在仓内，通过圆盘给料机、罗茨风机连续均匀地将其喷入干式反应器内，Ca(OH)2和烟气中的SO2、SO3、HCl和HF等发生化学反应，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2、CaF2等，可脱除一部分的酸性气体，减轻后续湿法脱酸的负荷。同时烟气中有CO2存在，还会消耗一部分Ca(OH)2生成CaCO3。
3、活性炭喷射系统
由于焚烧烟气中通常含有一定浓度的二噁英、重金属等危害物，因此系统中考虑通过喷入活性炭方式来吸附烟气中的二噁英及重金属。通过在干法脱酸塔内喷入干活性炭粉，活性炭与烟气强烈混合，利用活性炭具有极大的比表面积和极强的吸附能力的特点，对烟气中的二噁英和重金属等污染物进行净化处理。
4、布袋除尘系统
布袋除尘器有非常高的除尘效率，可达99.9%，甚至更高，能有效捕集亚微米粒子。布袋除尘器关键设备为滤袋，滤袋选用PTFE薄膜滤料，可以有效地控制各种焚烧污染物的排放，达到空气污染控制标准。清灰采用脉冲压缩空气喷吹，为防止布袋结露，下部灰斗设电加热装置。灰斗上设计有电加热装置，容量满足最大含尘量8h满负荷运行的要求。
5、湿法脱硫系统
烟气经过布袋除尘器后进入湿法脱硫吸收塔中，烟气经过尾气处理后，SO2、HF 和 HCl 的浓度满足《危险废物焚烧污染控制标准》（GB 18484—2001）的排放要求。
脱酸系统根据烟气排放口的在线监测仪检测SO2、HCl 等酸性气体排放浓度，根据酸性气体排放浓度通过DCS来自动调节消石灰投加量、脱酸塔碱液喷入量和调节碱液循环泵的 pH，从而达到控制烟气中酸性气体排放浓度的目的。
6、烟气加热系统
为了确保低温SCR反应器入口烟气温度能够稳定保持在170-200℃，采用“GGH 烟气换热 +SGH蒸汽加热 + 辅助燃烧器”三级加热工艺。设置 GGH 利用 SCR 反应器出口相对于高温烟气的余热，与出口的烟气进行换热，可以起到回收余热、节约能耗的效果。SGH 主要利用余热蒸汽作为热侧热源与冷侧（湿法单元出口）烟气进行换热，将湿法出口烟气进一步加热。因下游设有 SCR 催化脱硝单元，为满足催化剂所需的温度，SCR 反应系统设置一台辅助燃烧器，燃烧器燃料为天然气。
7、脱硝系统
考虑到熔炼炉烟气温度高达1300℃，存在大量的热力型 NOx 生成情况，脱硝过程采用 SNCR+ 低温SCR 工艺。
SNCR 一种非催化还原 NOx 的过程，其合适的温度范围为 850-1000 ℃，尿素通过喷嘴靠压力雾化喷入余热锅炉炉膛内，烟气中 NOx 组分在 O2 的存在下与 CO(NH2)2 发生还原反应，将 NOx 还原成 N2。
低温 SCR 脱硝原理是在温度 180-200 ℃的低温下，利用氨水或尿素作为还原剂，通过催化剂的作用，将 NOx 选择性还原为无害的 N2 和 H2O。由于催化剂对粉尘、SO2 含量均有一定要求，因而 SCR 过程选择在烟气湿法脱硫且烟气升温至 200 ℃后进行。
8、烟气排放系统
排烟系统主要包括引风机和烟囱。引风机可以实现抽送系统烟气以维持炉膛的负压操作状态的功能，进行变频调节控制，引风机出口设消音器。风机采用离心风机。烟囱为内衬耐温、耐酸防腐材料。烟囱上设置取样孔和取样平台等辅助设施，安装烟气在线检测系统，顶部设置有指示灯和避雷针，并设置人孔。
含铜工业污泥危废通过高温熔池处置技术，采用“干燥 + 造粒 + 高温富氧熔池熔炼 + 余热回收”工艺，不仅实现了危废的无害化，还回收工业污泥中的Cu，实现了资源化利用，具有极大的经济效益和环保效益。通过余热利用回收烟气中热能并产生饱和蒸汽，具有良好的节能环保效益。同时，高温烟气余热利用后，经过烟气净化系统处理，烟气可以实现超低排放，具有良好的环保治理效果。随着国家及企业对含铜污泥资源化项目的投入加大、技术的不断发展和工艺的逐渐成熟，未来，含铜工业污泥危废资源化综合利用技术将具有极大的市场应用前景。
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