含銅工業(yè)污泥危廢高溫熔池處置技術(shù)工藝路線
摘要：本文闡述了一種含銅工業(yè)污泥危廢高溫富氧熔池處置工藝。經(jīng)過(guò)高溫富氧熔池熔煉爐處理后，含銅工業(yè)污泥中的銅可以實(shí)現(xiàn)有效回收。通過(guò)余熱利用回收煙氣中的熱能，熔煉過(guò)程產(chǎn)生的煙氣會(huì)產(chǎn)生高溫蒸汽，然后經(jīng)過(guò)急冷、干法脫酸、活性炭噴射、布袋除塵、濕法脫酸、SNCR以及煙氣再熱后低溫SCR脫硝等工藝處理，煙氣可以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。
我國(guó)每年產(chǎn)生的工業(yè)危險(xiǎn)廢物數(shù)量巨大，以HW22、HW46、HW48等危廢代碼的工藝污泥為例，目前主要的處置方式是穩(wěn)定化處理后直接送入填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋處理，不僅占用大量土地，存在二次污染土壤的風(fēng)險(xiǎn)，而且造成極大的資源浪費(fèi)。
通過(guò)熔池熔煉工藝，在含Cu的工業(yè)污泥中，按照一定的配比關(guān)系加入一定量的造渣劑，并通入富氧空氣，在1300℃的高溫熔融過(guò)程中，氧化渣相與銅相分離并分層，從而實(shí)現(xiàn)Cu的資源化回收利用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。同時(shí)，熔煉過(guò)程產(chǎn)生的煙氣經(jīng)過(guò)凈化系統(tǒng)達(dá)標(biāo)排放至大氣。高溫熔池處置成套工藝主要包括危廢預(yù)處理系統(tǒng)，高溫熔池熔煉系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、公用輔助系統(tǒng)等。具體工藝流程如圖1所示。
圖1 含Cu工業(yè)污泥高溫富氧熔池處置技術(shù)工藝流程
一、熔煉系統(tǒng)
計(jì)量后，物料采用連續(xù)加料方式從富氧高溫熔池熔煉爐頂部加入，物料在從爐體兩側(cè)風(fēng)口鼓入的富氧空氣的反應(yīng)下進(jìn)行高溫熔化，熔化溫度約為1350℃。熔化造渣過(guò)程所需的熱量主要來(lái)自焦炭或天然氣燃燒熱和造渣反應(yīng)熱。
熔融態(tài)氧化渣由爐子底部流入還原區(qū)，由出渣口連續(xù)排出，進(jìn)入沖渣池水淬后送往固廢暫存庫(kù)。黑銅和冰銅由出銅口排出，經(jīng)溜槽流至模具冷卻，冷卻后的銅塊在車間暫存。
二、余熱利用系統(tǒng)
高溫熔池熔煉爐出口煙氣溫度高達(dá)1300℃左右，通過(guò)余熱鍋爐可有效回收煙氣中的熱能。
余熱鍋爐采用膜式水冷壁蒸汽鍋爐。余熱鍋爐為自然循環(huán)，自帶有一個(gè)汽包。余熱鍋爐所需要的水為化學(xué)軟化水?；瘜W(xué)水處理車間的化學(xué)水送至鍋爐房?jī)?nèi)的軟化水箱，水箱內(nèi)的軟化水經(jīng)清水離心泵送至除氧器除氧，除氧器處理后的合格除氧軟水，經(jīng)鍋爐給水泵分別送入余熱鍋爐汽包內(nèi)。
鍋爐出灰：煙氣冷卻室下部布置了出灰斗，采用埋刮板輸送機(jī)出灰。
三、煙氣凈化系統(tǒng)
煙氣凈化工藝主要包括酸性氣體的脫除（主要HCl、SO2 等）、粉塵的捕集與脫除、NOx 的脫除、重金屬的脫除等，高溫熔池熔煉爐煙氣凈化工藝采用“SNCR+ 急冷系統(tǒng) + 干法脫酸 + 活性炭噴射 + 布袋式除塵器 + 濕法脫硫 + 煙氣加熱系統(tǒng) +SCR”。
1、急冷系統(tǒng)
急冷水在壓縮空氣的作用下形成霧化的液滴，從急冷噴槍噴入急冷塔頂部，物化液滴與煙氣直接接觸并迅速汽化，使煙氣溫度急速下降，使煙氣在 1s 之內(nèi)從 500-550 ℃驟冷至200℃以下，從而避開(kāi)二噁英再合成的溫度段，達(dá)到抑制二噁英再生成的目的。部分煙塵從急冷塔底部排出，和余熱鍋爐產(chǎn)生的煙塵一起返回至配料間。
2、干法脫酸系統(tǒng)
經(jīng)過(guò)急冷后的煙氣進(jìn)行干法脫酸，消石灰粉（或小蘇打粉）儲(chǔ)存在倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)圓盤(pán)給料機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)連續(xù)均勻地將其噴入干式反應(yīng)器內(nèi)，Ca(OH)2和煙氣中的SO2、SO3、HCl和HF等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2、CaF2等，可脫除一部分的酸性氣體，減輕后續(xù)濕法脫酸的負(fù)荷。同時(shí)煙氣中有CO2存在，還會(huì)消耗一部分Ca(OH)2生成CaCO3。
3、活性炭噴射系統(tǒng)
由于焚燒煙氣中通常含有一定濃度的二噁英、重金屬等危害物，因此系統(tǒng)中考慮通過(guò)噴入活性炭方式來(lái)吸附煙氣中的二噁英及重金屬。通過(guò)在干法脫酸塔內(nèi)噴入干活性炭粉，活性炭與煙氣強(qiáng)烈混合，利用活性炭具有極大的比表面積和極強(qiáng)的吸附能力的特點(diǎn)，對(duì)煙氣中的二噁英和重金屬等污染物進(jìn)行凈化處理。
4、布袋除塵系統(tǒng)
布袋除塵器有非常高的除塵效率，可達(dá)99.9%，甚至更高，能有效捕集亞微米粒子。布袋除塵器關(guān)鍵設(shè)備為濾袋，濾袋選用PTFE薄膜濾料，可以有效地控制各種焚燒污染物的排放，達(dá)到空氣污染控制標(biāo)準(zhǔn)。清灰采用脈沖壓縮空氣噴吹，為防止布袋結(jié)露，下部灰斗設(shè)電加熱裝置?；叶飞显O(shè)計(jì)有電加熱裝置，容量滿足最大含塵量8h滿負(fù)荷運(yùn)行的要求。
5、濕法脫硫系統(tǒng)
煙氣經(jīng)過(guò)布袋除塵器后進(jìn)入濕法脫硫吸收塔中，煙氣經(jīng)過(guò)尾氣處理后，SO2、HF 和 HCl 的濃度滿足《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18484—2001）的排放要求。
脫酸系統(tǒng)根據(jù)煙氣排放口的在線監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)SO2、HCl 等酸性氣體排放濃度，根據(jù)酸性氣體排放濃度通過(guò)DCS來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)消石灰投加量、脫酸塔堿液噴入量和調(diào)節(jié)堿液循環(huán)泵的 pH，從而達(dá)到控制煙氣中酸性氣體排放濃度的目的。
6、煙氣加熱系統(tǒng)
為了確保低溫SCR反應(yīng)器入口煙氣溫度能夠穩(wěn)定保持在170-200℃，采用“GGH 煙氣換熱 +SGH蒸汽加熱 + 輔助燃燒器”三級(jí)加熱工藝。設(shè)置 GGH 利用 SCR 反應(yīng)器出口相對(duì)于高溫?zé)煔獾挠酂?，與出口的煙氣進(jìn)行換熱，可以起到回收余熱、節(jié)約能耗的效果。SGH 主要利用余熱蒸汽作為熱側(cè)熱源與冷側(cè)（濕法單元出口）煙氣進(jìn)行換熱，將濕法出口煙氣進(jìn)一步加熱。因下游設(shè)有 SCR 催化脫硝單元，為滿足催化劑所需的溫度，SCR 反應(yīng)系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)輔助燃燒器，燃燒器燃料為天然氣。
7、脫硝系統(tǒng)
考慮到熔煉爐煙氣溫度高達(dá)1300℃，存在大量的熱力型 NOx生成情況，脫硝過(guò)程采用 SNCR+ 低溫SCR工藝。
SNCR 一種非催化還原 NOx的過(guò)程，其合適的溫度范圍為 850-1000 ℃，尿素通過(guò)噴嘴靠壓力霧化噴入余熱鍋爐爐膛內(nèi)，煙氣中 NOx組分在 O2的存在下與 CO(NH2)2 發(fā)生還原反應(yīng)，將 NOx還原成 N2。
低溫SCR脫硝原理是在溫度 180-200 ℃的低溫下，利用氨水或尿素作為還原劑，通過(guò)催化劑的作用，將 NOx選擇性還原為無(wú)害的 N2和 H2O。由于催化劑對(duì)粉塵、SO2含量均有一定要求，因而 SCR 過(guò)程選擇在煙氣濕法脫硫且煙氣升溫至 200 ℃后進(jìn)行。
8、煙氣排放系統(tǒng)
排煙系統(tǒng)主要包括引風(fēng)機(jī)和煙囪。引風(fēng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)抽送系統(tǒng)煙氣以維持爐膛的負(fù)壓操作狀態(tài)的功能，進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)控制，引風(fēng)機(jī)出口設(shè)消音器。風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī)。煙囪為內(nèi)襯耐溫、耐酸防腐材料。煙囪上設(shè)置取樣孔和取樣平臺(tái)等輔助設(shè)施，安裝煙氣在線檢測(cè)系統(tǒng)，頂部設(shè)置有指示燈和避雷針，并設(shè)置人孔。
四、結(jié)論
含銅工業(yè)污泥危廢通過(guò)高溫熔池處置技術(shù)，采用“干燥 + 造粒 + 高溫富氧熔池熔煉 + 余熱回收”工藝，不僅實(shí)現(xiàn)了危廢的無(wú)害化，還回收工業(yè)污泥中的Cu，實(shí)現(xiàn)了資源化利用，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。通過(guò)余熱利用回收煙氣中熱能并產(chǎn)生飽和蒸汽，具有良好的節(jié)能環(huán)保效益。同時(shí)，高溫?zé)煔庥酂崂煤?，?jīng)過(guò)煙氣凈化系統(tǒng)處理，煙氣可以實(shí)現(xiàn)超低排放，具有良好的環(huán)保治理效果。隨著國(guó)家及企業(yè)對(duì)含銅污泥資源化項(xiàng)目的投入加大、技術(shù)的不斷發(fā)展和工藝的逐漸成熟，未來(lái)，含銅工業(yè)污泥危廢資源化綜合利用技術(shù)將具有極大的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
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