水泥回轉窯處置危險廢物技術研究（1）

水泥回轉窯處置危險廢物技術研究

上海萬安企業(yè)總公司 方偉

一、前言
　　危險廢物是指根據國家統(tǒng)一規(guī)定的方法鑒別認定的具有毒性、易燃性、易爆性、腐蝕性、化學反應等性質的，對人體健康和環(huán)境能造成危害的廢物。
　　上海是我國最大的工業(yè)城市，據1994年市環(huán)保局對185家單位所做的危險廢物重點調查資料提供，產生危險廢物315343噸/年，其中有機物為71902噸/年，能進入水泥窯焚燒的有5萬多噸/年。其中很大數(shù)量提供給鄉(xiāng)鎮(zhèn)磚瓦廠作燃料，也有了焚燒爐焚燒。但這些焚燒爐中，除少數(shù)外，普遍存在規(guī)模小、技術落后、管理不嚴等問題，這些處置方式不可避免地對環(huán)境造成污染。
　　國外工業(yè)化國家從七十年代開始采用水泥回轉窯處置工業(yè)危險廢物。大量的研究與實踐表明，水泥回轉窯燃燒溫度高，物料在窯內停留時間長，又處在負壓狀態(tài)下運行，工況穩(wěn)定。大量有害物質在窯內被降解，廢氣排放符合不環(huán)保規(guī)定，又不向外排出廢渣。同時，這種處置過程是利用水泥生產過程同步進行，處置成本低，因此被國外專家認為是種合理的處置方式。
二、國內外利用水泥回轉窯處置危險廢物現(xiàn)狀
　　水泥窯處置危險廢物技術在發(fā)達國家如美國、加拿大、日本等國早在七十年代就已開始采用。以美國為例，已有幾十家水泥廠將危險廢物作為替代燃料在水泥窯上進行焚燒處置，其替代量一般在20—60%。
　　美國國家環(huán)境保護局對水泥回轉窯的監(jiān)測結果表明，水泥回轉窯使用危險廢物為替代燃料，不僅對環(huán)境沒有危害，而且被列為最佳示范現(xiàn)有技術。根據日本麻省水泥株式會社的一份資料上顯示，日本在水泥窯上處置工業(yè)危險廢物具有面廣、量多的特點，目前已能處置包括生活污泥在內的多種危險廢物。
　　日本某水泥廠處置廢物系統(tǒng)圖：
　　我國目前危險廢物的利用和處置工作水平較低。普遍存在著處置不合理的地方，特別在將廢物作為能源使用的場合，這一點尤為特出。
　　我公司從95年開始，研究利用水泥回轉窯處置危險廢物的工作，96年進行了試燒工作，97年被列為上海建材集團重點科研項目，對該技術進行了較全面的探索和研究。
三、試燒工作
　　危險廢物中通常都含有一定量的有毒有害成份，焚燒后有可能造成環(huán)境污染。對于在水泥窯上進行處置，還應考慮對水泥生產及質量的影響。所以項目研究的重點為以下幾個方面：
1、處置危險廢物后對環(huán)境的影響
2、處置危險廢物后對水泥生產及質量的影響
3、進廠危險廢物的控制
4、處置危險廢物的工藝方案及關鍵設備研究
　　為了給研究提供較為完整的數(shù)據，有必要進行試燒工作。1996年10月，我公司與中美合資上海先靈葆雅制藥有限公司合作，由對方提供氟洛氛生產過程中產生的氟洛氛廢液（含氟異丙醇）在我公司水泥回轉窯中替代燃料進行試燒。
含氟異丙醇成份組成：
（1）異丙醇 （CH）2CHOH 70 80%
（2）水 份 H2O 10 20%
（3）Ishikawa（IA） CF3CHFCON（C2H5）2 8%
（4）氟代異丙醇（F） （CH3）2CHF 0.5%
（5）中間體（FFC-GH）
　　其中異丙醇屬易燃、易燃、微毒類化學物品。氟代異丙醇，因異丙醇分子結構中的氫離子被氟離子取代，毒性較異丙醇增加。IshiKawa胺的毒性與氟代異丙醇相近，但它在600—800℃高溫下會分解，產生含極毒物質氰化物的煙霧，進入人體會使人體細胞內氧化酶失去活性，產生呼吸內窒息，對人有害。顯然氟洛氛廢液是一種典型的危險廢物，氟洛氛廢液中含有10—20%水份，及F、S等微量元素，將其進行試燒，具有較強的代表性。
　　在試燒準備階段，我們委托美國波特蘭水泥協(xié)會（CTL）對該項目進行了論證。（CTL）的論證結論認為，氟洛氛廢液作為燃料進入水泥窯焚燒不存在問題，只是在窯的操作方面可能有些影響。
　　96年5月進行了上次預試燒，驗證試燒工藝的可靠性。
　　96年10月5日，正式進行試燒，地點在上海萬安企業(yè)總公司∮3.5×88m四級懸浮預熱器窯。
　生產數(shù)據如下：
　使用廢液前:窯產量(噸/時)43.7窯速(rpm)2.3廢液噴入量(噸/時)0減煤量(噸/時)0
　使用廢液后:窯產量(噸/時)43.7窯速(rpm)2.3廢液噴入量(噸/時)1減煤量(噸/時)1.2
　　試燒過程中熟料送中國建材設計研究院檢驗，廢氣排放由上海環(huán)境監(jiān)測中心測試。
　　在試燒先靈葆雅公司氟洛氛廢液取得成功經驗后，我們對上海也斯夫梁料公司的固體廢梁料通過煤粉制備系統(tǒng)進行了試燒，后又繼續(xù)對上海展華公司的半固態(tài)二甲苯精餾殘渣，美國蓓亞公司的含油硅藻土進行試燒，以研究各種形態(tài)的廢物在水泥窯進行處置的可能性。
　　為了進一步的掌握焚燒其它危險廢物對環(huán)境污染的影響，我們將三種廢物：含氟異丙醇，廢丁苯膠乳、含油硅藻土同時噴入窯中焚燒，并請上海建材待業(yè)環(huán)境監(jiān)測站進行了廢氣排放測試，這次測試還增加了有機三苯的項目，以觀察處置效果。
生產數(shù)據如下：
使用廢液前:窯產量(噸/時)44運速(rpm)2.3含氟異丙醇噴入量(噸/時)0廢丁苯膠乳噴入量(噸/時)0含油硅藻土噴入量(噸/時)0
使用廢液后:窯產量(噸/時)44運速(rpm)2.3含氟異丙醇噴入量(噸/時)1.0丁苯膠乳噴入量(噸/時)0.3含油硅藻土噴入量(噸/時)0.2
　　由于輸送固體物料設備能力有限，廢丁苯膠乳和含油硅藻土的噴入量較小。
四、對環(huán)境影響
　　利用水泥回轉窯處置危險廢物是一種環(huán)境保護措施，那么工業(yè)危險廢物在回轉窯內焚燒以后竟是否會對環(huán)境造成二次污染？
　　一般用焚燒方法處置有機碳氫化合物須將廢物置于1000℃的高溫下持續(xù)2秒鐘，才能達到99.99%的完全處理。對于鹵素有機化合物，需要1200℃以上高溫。水泥回轉窯是一種體積較大的工業(yè)窯爐。以萬安企業(yè)總公司為例，窯型為∮3 .5×88米，物料在窯內有充分停留時間，物料從進口到出口需1小時以上，氣體在窯內的停留時間也在8秒左右?；剞D窯正常運轉時，窯內最高溫度達1650℃。窯內供氧充分，使廢物有充分的燃燒時間、空間和溫度，保證有機物99.99%以上被燒毀，即使是最穩(wěn)定的有機物也無一例外。
　　由于水泥回轉窯內呈堿性工作狀態(tài)，所以廢料中酸性物質可以和窯內堿性物料中和，如HC1、HF和堿性物料生成鹽類物質固熔在熟產熔體內。水泥熟料形成的化學反應過程，包括無機化合物與熟料熔體結合的過程。無機化合物與熟料熔體或粉塵結合意味著不單獨產生有毒無機化合物，這些都是其它焚燒爐做不到的。
　　以氟洛氛廢液為例，氟洛氛廢液中主要成份是有機醇類化學物，這類物質在1000℃以上高溫焚燒成，變成了CO2和H2O。由于利用廢料代替了煤，等于焚燒廢料產生的CO2被水泥窯接收，所以不但對環(huán)境沒有污染，地球上排出的CO2還可以減少。其中含量較高鹵族元素氟，根據美國CTL的咨詢報告，焚燒后88—98%，被熟料吸收成為鹽類固定下來，也不會造成污染。這在廢氣監(jiān)測報告中可以看出，是否參燒廢液對廢氣中F的含量幾乎沒有影響。
　　在試燒氟洛氛廢液時，我公司對不摻燒廢液的工況（工況1）與摻燒廢液的工況（工況2），請上海市環(huán)境保護局監(jiān)測中心對尾氣排放進行昆對此監(jiān)測。
　　監(jiān)測結果表明：（1）我公司回轉窯系統(tǒng)排放的尾氣，其有害氣體的排放量均低于上海市的排放標準；（2）在摻燒一定比例的氟洛氛廢液以后，尾氣的有害氣體成份非但沒有上升，反而有所下降，不存在加大對大氣二次污染的問題。
　　美國有關水泥廠在摻燒廢有機溶劑后，也得出了類似的結論。
試燒氟洛氛廢液廢氣排放對照表：
有害物質排放量（kg/h）
工況1:H2S--0.0024 F--0.671 NO2--18.9 Cl2--0.036 HC1--1.95
工況2:H2S--0.0021 F--0.641 NO2--9.79 Cl2--0.058 HC1--1.18
排放標準:H2S--2.2 F--3.9 NO2--31.0 Cl2--20.0 HC1--10.0