含銅工業污泥危廢高溫熔池處置技術工藝路線
摘要：本文闡述了一種含銅工業污泥危廢高溫富氧熔池處置工藝。經過高溫富氧熔池熔煉爐處理后，含銅工業污泥中的銅可以實現有效回收。通過余熱利用回收煙氣中的熱能，熔煉過程產生的煙氣會產生高溫蒸汽，然后經過急冷、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，煙氣可以實現達標排放。
我國每年產生的工業危險廢物數量巨大，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定化處理后直接送入填埋場進行填埋處理，不僅占用大量土地，存在二次污染土壤的風險，而且造成極大的資源浪費。
通過熔池熔煉工藝，在含Cu的工業污泥中，按照一定的配比關系加入一定量的造渣劑，并通入富氧空氣，在1300℃的高溫熔融過程中，氧化渣相與銅相分離并分層，從而實現Cu的資源化回收利用，具有良好的經濟效益和環保效益。同時，熔煉過程產生的煙氣經過凈化系統達標排放至大氣。高溫熔池處置成套工藝主要包括危廢預處理系統，高溫熔池熔煉系統、余熱利用系統、煙氣凈化系統、公用輔助系統等。具體工藝流程如圖1所示。
圖1 含Cu工業污泥高溫富氧熔池處置技術工藝流程
一、熔煉系統
計量后，物料采用連續加料方式從富氧高溫熔池熔煉爐頂部加入，物料在從爐體兩側風口鼓入的富氧空氣的反應下進行高溫熔化，熔化溫度約為1350℃。熔化造渣過程所需的熱量主要來自焦炭或天然氣燃燒熱和造渣反應熱。
熔融態氧化渣由爐子底部流入還原區，由出渣口連續排出，進入沖渣池水淬后送往固廢暫存庫。黑銅和冰銅由出銅口排出，經溜槽流至模具冷卻，冷卻后的銅塊在車間暫存。
二、余熱利用系統
高溫熔池熔煉爐出口煙氣溫度高達1300℃左右，通過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，自帶有一個汽包。余熱鍋爐所需要的水為化學軟化水。化學水處理車間的化學水送至鍋爐房內的軟化水箱，水箱內的軟化水經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，經鍋爐給水泵分別送入余熱鍋爐汽包內。
鍋爐出灰：煙氣冷卻室下部布置了出灰斗，采用埋刮板輸送機出灰。
三、煙氣凈化系統
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 + 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 +SCR”。
1、急冷系統
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 之內從 500-550 ℃驟冷至200℃以下，從而避開二噁英再合成的溫度段，達到抑制二噁英再生成的目的。部分煙塵從急冷塔底部排出，和余熱鍋爐產生的煙塵一起返回至配料間。
2、干法脫酸系統
經過急冷后的煙氣進行干法脫酸，消石灰粉（或小蘇打粉）儲存在倉內，通過圓盤給料機、羅茨風機連續均勻地將其噴入干式反應器內，Ca(OH)2和煙氣中的SO2、SO3、HCl和HF等發生化學反應，生成CaSO3、CaSO4、CaCl2、CaF2等，可脫除一部分的酸性氣體，減輕后續濕法脫酸的負荷。同時煙氣中有CO2存在，還會消耗一部分Ca(OH)2生成CaCO3。
3、活性炭噴射系統
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，因此系統中考慮通過噴入活性炭方式來吸附煙氣中的二噁英及重金屬。通過在干法脫酸塔內噴入干活性炭粉，活性炭與煙氣強烈混合，利用活性炭具有極大的比表面積和極強的吸附能力的特點，對煙氣中的二噁英和重金屬等污染物進行凈化處理。
4、布袋除塵系統
布袋除塵器有非常高的除塵效率，可達99.9%，甚至更高，能有效捕集亞微米粒子。布袋除塵器關鍵設備為濾袋，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，達到空氣污染控制標準。清灰采用脈沖壓縮空氣噴吹，為防止布袋結露，下部灰斗設電加熱裝置。灰斗上設計有電加熱裝置，容量滿足最大含塵量8h滿負荷運行的要求。
5、濕法脫硫系統
煙氣經過布袋除塵器后進入濕法脫硫吸收塔中，煙氣經過尾氣處理后，SO2、HF 和 HCl 的濃度滿足《危險廢物焚燒污染控制標準》（GB 18484—2001）的排放要求。
脫酸系統根據煙氣排放口的在線監測儀檢測SO2、HCl 等酸性氣體排放濃度，根據酸性氣體排放濃度通過DCS來自動調節消石灰投加量、脫酸塔堿液噴入量和調節堿液循環泵的 pH，從而達到控制煙氣中酸性氣體排放濃度的目的。
6、煙氣加熱系統
為了確保低溫SCR反應器入口煙氣溫度能夠穩定保持在170-200℃，采用“GGH 煙氣換熱 +SGH蒸汽加熱 + 輔助燃燒器”三級加熱工藝。設置 GGH 利用 SCR 反應器出口相對于高溫煙氣的余熱，與出口的煙氣進行換熱，可以起到回收余熱、節約能耗的效果。SGH 主要利用余熱蒸汽作為熱側熱源與冷側（濕法單元出口）煙氣進行換熱，將濕法出口煙氣進一步加熱。因下游設有 SCR 催化脫硝單元，為滿足催化劑所需的溫度，SCR 反應系統設置一臺輔助燃燒器，燃燒器燃料為天然氣。
7、脫硝系統
考慮到熔煉爐煙氣溫度高達1300℃，存在大量的熱力型 NOx生成情況，脫硝過程采用 SNCR+ 低溫SCR工藝。
SNCR 一種非催化還原 NOx的過程，其合適的溫度范圍為 850-1000 ℃，尿素通過噴嘴靠壓力霧化噴入余熱鍋爐爐膛內，煙氣中 NOx組分在 O2的存在下與 CO(NH2)2 發生還原反應，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，通過催化劑的作用，將 NOx選擇性還原為無害的 N2和 H2O。由于催化劑對粉塵、SO2含量均有一定要求，因而 SCR 過程選擇在煙氣濕法脫硫且煙氣升溫至 200 ℃后進行。
8、煙氣排放系統
排煙系統主要包括引風機和煙囪。引風機可以實現抽送系統煙氣以維持爐膛的負壓操作狀態的功能，進行變頻調節控制，引風機出口設消音器。風機采用離心風機。煙囪為內襯耐溫、耐酸防腐材料。煙囪上設置取樣孔和取樣平臺等輔助設施，安裝煙氣在線檢測系統，頂部設置有指示燈和避雷針，并設置人孔。
四、結論
含銅工業污泥危廢通過高溫熔池處置技術，采用“干燥 + 造粒 + 高溫富氧熔池熔煉 + 余熱回收”工藝，不僅實現了危廢的無害化，還回收工業污泥中的Cu，實現了資源化利用，具有極大的經濟效益和環保效益。通過余熱利用回收煙氣中熱能并產生飽和蒸汽，具有良好的節能環保效益。同時，高溫煙氣余熱利用后，經過煙氣凈化系統處理，煙氣可以實現超低排放，具有良好的環保治理效果。隨著國家及企業對含銅污泥資源化項目的投入加大、技術的不斷發展和工藝的逐漸成熟，未來，含銅工業污泥危廢資源化綜合利用技術將具有極大的市場應用前景。
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