危险废物焚烧处置设施性能测试技术研究

危险废物焚烧处置设施性能测试技术研究 陈 曦

固废处置与处理

危险废物焚烧处置设施性能测试技术研究

StudyonTechnologyofPerformanceTestingforFacilitiesofHazardousWasteIncineration

陈 曦 祁国恕 刘 舒

(沈阳环境科学研究院 沈阳 110016)

摘要 危险废物集中焚烧处置是我国危险废物处置的最主要和最直接的方式之一。性能测试是检验危险废物焚烧处置设施能否达到正式运行要求的第一步,是保障焚烧处置设施安全稳定运行的必要手段,是颁发危险废物经营许可证的技术支撑。本文从标准废物选择及配置、性能测试指标体系建立、性能测试条件确定、性能测试监测技术研究、性能测试报告编制等方面开展适合我国国情的性能测试技术研究。

关键词 危险废物 焚烧设施 性能测试

Abstract Centralizedincinerationdisposalofhazardouswastesisoneofthemostimportantanddirectwaysforhazardouswastedis posalinChina.Performancetestingisthefirststeptoverifywhethertheincinerationdisposalfacilityforofhazardouswastescanmeettherequirementsofthenormaloperationornot.Itisalsothemeansnecessarytoguaranteesafeandstableoperationoftheincinerationdispos alfacilityandatechnicalsupportforissuanceofhazardouswasteoperationpermitaswell.Inthisarticle,technicalstudyontheperfor mancetestinginaccordancewiththesituationsinChinafromtheaspectsofstandardwasteselectionandpreparation,establishmentoftheperformancetestingindicatorsystem,identificationoftheperformancetestingconditions,technicalresearchofperformancetestingmonitor ing,developmentoftheperformancetestingreport,etc..

Keywords HazardousWaste IncinerationDisposalFacilities PerformanceTesting

性能测试是危险废物经营许可证的颁发(核发)及危险废物焚烧处置设施的环保验收等工作的重要技术支撑手段,是测试和评价危险废物焚烧处置设施性能指标的过程。通过对危险废物焚烧处置设施的相关性能指标进行测试和分析,得出性能测试结论,提出焚烧设施正常运行的主要运行参数限值,是保证焚烧处置安全稳定运行的技术关键,是焚烧处置设施正式运行前的必要环节。因此本研究从标准废物选择及配置、性能测试指标体系建立、性能测试条件确定、性能测试监测技术研究、性能测试报告编制等方面开展适合我国国情的性能测试技术研究。

测试要求配置的危险废物。由于危险废物种类繁多,地区差异较大,处置设施工艺各异,为了使性能测试结果具有可比性,需要对进行性能测试的危险废物进行统一规定,满足对危险废物焚烧处置设施进行性能测试的要求。由于标准废物主要用于边界条件下的性能测试,对环境污染危险较大,需要尽量选择环境风险小、有代表性并且比较容易获得的废物。本研究液体废物以废矿物油为主,固体废物以生化污泥和锯末为主,一方面最大限度降低了处置设施的环境风险,另一方面检测了处置设施的性能。由于性能测试的主要目的是考核处置设施的性能(焚毁去除率、重金属去除率等),标准废物中的有机物、重金属等含量需要达到一定要求,为使获得的数据具有广泛的代表性,至少需要加入两种热稳定性好、毒性小的(主要有机有害组分)POHCs来进行测试。

1 标准废物的选择及配置

1.1 标准废物的选择

标准废物是按照危险废物焚烧处置设施性能

收稿日期:2009-02-21

作者简介:陈曦(1978-),女,辽宁沈阳人,工程师。

环境保护科学 第35卷 第3期 2009年6月1.1.1 POHCs的选择 加入POHCs是为了测定设施的焚毁去除率、氯去除率、氯元素最大/最小进料量等,按照!危险废物焚烧污染控制标准∀的规定焚毁去除率应#99.99%或#99.9999%,根据进行性能测试焚烧处置设施的实际要求,对进行测试的标准废物进行配置,含氯量、热值、热稳定性应该达到一定的标准,否则,无法满足性能测试的需求。因此本研究选择加入容易得到、毒性较小的四氯化碳配置标准废物,由于四氯化碳属于低热值易燃物,本研究同时加入另一种热值较高、热稳定性较好的多环化合物配置标准废物,使配置的标准废物能够满足性能测试的要求。1.1.2 重金属的选择 加入重金属主要是为了测试焚烧设施的最大/最小重金属进料量和重金属去除率。按照!危险废物焚烧污染控制标准∀的规定需要的重金属包括:汞及其化合物、镉及其化合物、砷、镍及其化合物、铅及其化合物、铬、锡、锑、铜、锰及其化合物,由于铜、铅、汞具有广泛的代表性,本研究通过加入这3种重金属的化合物来调配重金属的含量(最好加入铜、铅、汞的氧化物)。

1.2 标准废物的配置

根据标准废物选择的要求和进行性能测试的实际需要,需要按照相关的计算公式对进行性能测试的标准废物的各成分(POHCs、有机氯、重金属)的添加量进行计算。根据计算结果,按照相关的采样要求,进行标准废物的配置。

含量;重金属含量;氮、硫、磷含量;含水量;热值。

(2)系统性能指标基本上是!危险废物焚烧污染控制标准∀中已规定的技术指标,但考虑到重金属去除率、氯化氢去除率、尘去除率等指标是直接体现尾气净化设施技术水平的重要指标,因此本研究在考核时增加了这3项指标以全面系统的考察系统性能指标。系统性能指标包括POHCs焚毁去除率、燃烧效率、烟气停留时间、焚烧残渣热灼减率、重金属去除率、氯化氢去除率、尘去除率。其中POHCs焚毁去除率、燃烧效率、烟气停留时间、焚烧残渣热灼减率。

(3)烟气排放指标内容包括!危险废物焚烧污染控制标准∀(GB18484)中规定的各项大气污染物排放指标。

(4)焚烧系统设备运行参数是在总结现有各项焚烧设施技术规范要求、工艺设计、安全考虑事项以及设备制造厂家的建议基础上根据运行参数的不同特点将其分为∃、%和&3组参数。其中,∃组参数为描述焚烧工况并需连续监测的工艺参数,受制于废物进料自动切断系统,主要包括焚烧系统二燃室出口处温度、烟气急冷之前某烟道处的烟气中氧气浓度、烟气急冷之前某烟道处的烟气流量、焚烧炉最小负压等;%组参数为废物进料的特性参数,应有详细的运行记录,主要包括废物进料量、重金属进料量、有机氯进料量、POHCs进料量等;&组参数为描述烟气净化设备运行的工艺参数,其中的部分参数需要持续监测并与自动切断系统互锁,主要包括急冷塔进出口温度、烟气污染控制系统入口气体温度、碱性物喷入量、活性炭喷入量、布袋除尘器压差等。

2 性能测试指标体系的确立

性能测试指标体系中的各项指标是为了全面评价危险废物焚烧处置设施的运行状况,通过对影响焚烧处置设施运行效果的主要因素、危险废物焚烧处置设施的工况指标、污染物排放指标以及设施运行指标进行分类分析,确定了性能测试指标体系包括:废物特征指标、系统性能指标、设备运行参数、烟气排放指标等4类指标。性能测试指标体系的全面测试能够成为考核焚烧处置设施性能的基础数据,这些数据是进行性能测试报告编制的前提条件。

(1)废物特征指标是体现危险废物焚烧处置设施对处置废物要求的关键指标,也是完成试烧和性能测试的基础条件,包括POHCs含量;有机氯3 性能测试条件的选择

性能测试条件是焚烧系统进行性能测试时对设施运行条件的选择过程。性能测试的目的是考察在焚烧设施边界条件下焚烧单元运行能够达到的限值,性能测试过程中焚烧单元的运行状况参数会成为设施运行的限制,这种限制将会变成颁发危险废物经营许可证的依据,焚烧设施计划选择的条件应该能够对未来运行提供限值要求,而这种要求是通过测试边界条件获得的,例如:预期

危险废物焚烧处置设施性能测试技术研究 陈 曦

废物的最大进料量、预期POHCs的最大浓度、预期废物的最大灰含量、预期废物的最大氯含量、预期的最低焚烧温度。为了在各种条件下考察焚烧单元的DRE,有必要进行多次的系统测试。美国关于危险废物焚烧设施的性能测试进行了3个条件的测试:高温金属焚烧、低温DRE焚烧和正常运行条件的焚烧,考虑到我国目前焚烧处置设施的运行状况,本研究将性能测试条件分为:标准废物在焚烧炉最高温度、重金属最大进料量和有机氯最大进料量条件下的性能测试(测试1);标准废物在焚烧炉最低温度、POHCs进最大料量和有机氯最大进料量条件下的性能测试(测试2);常规废物在正常条件下的性能测试(测试3)。

焚烧炉的温度越高POHCs的DRE指标越好,重金属的挥发量越大,对尾气净化设施的重金属去除率要求越高,直接影响烟气中重金属的达标排放。焚烧炉的温度越低POHCs的DRE指标越差,重金属的挥发量越小,对尾气净化设施的重金属去除率要求越低,直接影响DRE指标的达标。烟气中HCL的产生量与废物中有机氯的含量、重金属的含量、焚烧温度的高低也都有着密切的关系。根据国内的实际情况,为了降低试烧的费用,本标准要求根据焚烧系统的工艺设计或实际运行情况设定不同的进料速率,最低进料速率应不低于设计最大进料速率的75%,并应有不少于两个不同进料速率的运行阶段。其中每个进料速率阶段的测试前稳定运行时间不少于1h,完成3次测试的运行时间应不少于4h。焚烧烟气进行二恶英测试时,测试前的稳定运行时间及测试运行时间应按照!危险废物(含医疗废物)焚烧处置设施二恶英排放监测技术规范∀(HJ/T365)执行。而按照美国的有关规定要求,3种试烧测试的每种测试要包括3次重复的运行,每天完成一次运行。每次采样运行期间的实际采样时间至少持续8h。在每次采样运行前,至少提前1h向焚烧炉添加测试废物以在工艺测试条件下建立稳定运行。因此,每天总的测试时间至少为9h,在每个测试条件下采样3次。假定焚烧炉运行的间断最小,那么3种试烧测试持续至少为9d。本研究通过处置标准废物分别用(测试1)和(测试2)的性能测试来

考察危险废物焚烧处置设施的极限运行条件。测试3主要是考查危险废物焚烧处置设施连续运行稳定性、安全性。

4 测试和监测技术要求

性能测试监测是性能测试过程中获得基础数据的重要手段,通过监测获得的数据是评估设施性能的直接依据。性能测试监测的目的是收集能够用于计算组分进料量的分析数据、记录CO2、O2和其它组分的排放量以及确定供给系统的主要有机有害组分量(POHCs)。性能测试期间,至少监测几个具体参数并对这些监测的参数建立许可的限值,包括CO浓度、烟气流量、焚烧温度、APCS入口气体温度以及压力。监测这些数据是因为它们对确保有良好的焚烧和APCS运行条件及合法运行非常重要。尽管目前就某一单项指标都有相应监测和分析技术,但其只局限于常规的分析测试和监测上,没有做过设施性能评价的集成化研究,因此本研究开展了投入废物的分析检测、焚烧炉的性能指标的测试、尾气排放指标的测试、主要运行参数测试等。

4.1 投入废物的分析检测

对投入物的采样位置及频次、投入物采样方法、投入物采样仪器、投入物样品制样及保存、采样质量控制、投入物样品等进行相关研究。4.2 焚烧炉的性能指标的测试

按照性能测试计划在不同的测试条件下对焚烧处置设施的重金属去除率、烟气停留时间、HCl去除率、DRE、焚烧残渣热灼减率、焚烧炉燃烧效率、除尘效率等根据相关标准要求进行测试。4.3 尾气排放指标的测试

尾气排放指标的监测分析方法根据!危险废物焚烧污染控制标准∀相关要求进行。4.4 主要运行参数测试

通过对焚烧处置设施主要运行参数的测试,测试出焚烧处置设施运行的限值。主要包括测试焚烧温度、烟气流量;急冷塔进、出口温度;进料主要参数;烟气中氧气浓度;活性炭的喷入量;APCS入口的气体温度;通过布袋除尘室的压差;干式脱酸塔的碱性物进量的测试点位、测试时间、测试工

环境保护科学 第35卷 第3期 2009年6月具等内容。

及其他相关标准判定相关指标的达标情况,综合评价该焚烧设施的性能指标,得出性能测试的结论性意见,并对通过性能测试的焚烧设施提出∃组、%组、&组运行参数限值,同时也对存在的问题提出建议。

目前!全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划∀已经实施了4年,我国大部分的危险废物和医疗废物焚烧处置设施已经建成并投入运行和使用,因此管理工作的重点已经转为处置全过程的运行及管理、设施技术升级、性能测试检测及监管等方面。但由于我国对危险废物、医疗废物的无害化处置起步比较晚,还缺乏有关处置设施建设后及设备更新改造后相应的试运行技术导则和与其相配套的性能测试方法,大批的危险废物焚烧处置设施运行的安全性、可靠性等方面所存在的问题逐渐凸显。尤其是!危险废物经营许可证管理办法∀颁布实施后,由于缺乏下位支撑性标准,致使许可证的核发、换证及阶段性核查面临依据不足,许可证的全过程管理手段缺乏以及设施运行单位在设施的性能测试方面无章可循的状态。因此,开展危险废物(含医疗废物)焚烧处置设施性能测试技术研究对于实现我国危险废物和医疗废物焚烧处置设施运行监督管理的规范化,确保危险废物处置设施的安全运行和管理,推进许可证制度的实施,进而有效防止危险废物和医疗废物焚烧处置过程中的环境污染具有重要的意义。

参 考 文 献

1.Chen.Y,Li.P.J,Lupi.C.,etal.SustainableManagementMeasuresforHealthcareWasteinChina∋J(.WasteManagement,2009(29):1996-2004.

2.Diaz.L.F,Savage.G.M.Eggerth.L.L.Alternativesforthetreatmentanddisposalofhealthcarewastesindevelopingcountries∋J(.WasteMan agement,2005(25):626-637.

3.MochammadChaerul,MasaruTanaka,AshokV.Shekdar.Asystemdy namicsapproachforhospitalwastemanagement∋J(.WasteManagement,2008(28):442-449.

4.孙宁,吴舜泽,蒋国华.全国危险废物处置设施普查的分析和思考∋J(.有色冶金设计与研究,2007b(2-3):8-17.

5.黄文平.对危险废物焚烧监测的几点建议∋J(.环境监测管理与技术,2004(2):35-36.

5 性能测试报告的编制

性能测试报告是性能测试结果的总结和分析,是对焚烧处置设施性能的综合评价,既可以为管理部门颁发(核发)许可证提供技术依据,也可以为处置设施运行单位改善处置设施工艺提供技术依据,根据性能测试报告,提出焚烧处置设施的运行限值。5.1 运行条件总结

汇总测试1、测试2、测试3运行的数据并进行总结,找出实际运行条件与计划运行条件造成偏差的原因。

(1)汇总测试1的运行条件,具体包括焚烧炉运行温度、废物进料速率、重金属进料速率、有机氯的进料速率、焚烧系统负压。

(2)汇总测试2的运行条件,具体包括焚烧炉运行温度、废物进料速率、POHCs进料速率、有机氯进料速率、焚烧系统负压。

(3)汇总测试3的运行条件,包括焚烧炉运行温度、废物进料速率、焚烧系统负压。5.2 数据整理

(1)对废物特征参数分别进行整理,包括PO HCs含量;有机氯含量;重金属含量;氮、硫、磷含量;含水量;热值。

(2)对各工况的运行参数分别进行整理,包括焚烧炉温度、废物进料速率、POHCs进料速率、氯进料速率、烟气中含氧量、焚烧炉负压。

(3)通过计算对各工况的性能指标分别进行整理,包括焚毁去除率、燃烧效率、烟气停留时间、氯化氢去除率、重金属去除率、热灼减率、尘去除率。

(4)对各工况的烟气排放指标的测试数据分别进行整理,包括烟气黑度、烟尘、一氧化碳、二氧化硫、氟化氢、氯化氢、氮氧化物、汞及其化合物、镉及其化合物、铅及其化合物、铬、锡、锑、铜、锰及其化合物、二恶英类。5.3 数据分析

全面分析测试1、测试2、测试3的测试结果,并对照!危险废物焚烧污染控制标准∀(GB18484)