医疗废物焚烧高浓度酸性烟气制酸减排技术研究

阮剑波

摘要：本文试图研究烟气制酸减排技术。第一，将烟气中的HCl气体转移到水中形成稀酸，稀酸经浓缩后产生工业级盐酸;第二，烟气去除HCl后再与消石灰乳液反应产生硫酸钙，经脱水后（脱硫石膏）可资源化利用。焚烧烟气经以上两步处理后，危废产生量将大幅下降，脱酸基本不用碱性药剂，还可产生大量副产物供资源化利用，大大减少焚烧处置对环境的压力。

关键词：医疗废物焚烧;高浓度酸性烟气;制酸减排技术

一、焚烧烟气脱酸工艺的现状

根据烟气脱酸工艺采用的吸收剂的状态以及是否有废水排出，将烟气脱酸工艺分为干法、半干法和湿法三大类。第一，干法。传统的干法脱酸工艺是余热锅炉出口温度范围在l80℃—240℃的烟气中的酸性污染物在反应器内与Ca（OH）2干粉直接反应。第二，半干法。半干法脱酸一般采用氧化钙（CaO）或氢氧化钙（Ca（OH）2）为吸收剂，制备成氢氧化钙溶液。利用喷嘴或旋转雾化器将氢氧化钙溶液喷入反应器中，形成粒径30μm—50μm的液滴，与酸性气体进行反应。第三，湿法脱酸。湿式净化工艺是指碱性吸收剂（一般采用NaOH）在湿状态下与酸性气体反应并去除反应产物。

二、医疗废物焚烧烟气制酸减排技术研究

（一）医疗废物焚烧烟气制酸工艺的研究

本文的研究方案分为三个步骤。第一，医废焚烧烟气酸浓度测试。分别在生产线的急冷塔出口、干式反应塔出口、布袋除尘器出口等三个位置测定烟气中氯化氢的浓度。第二，医废焚烧烟气制酸位置及方式研究。在50～60 L/min的流量下，分别在急冷塔出口、干式反应塔出口、布袋除尘器出口等三个位置进行小试试验。试验分别在高温和冷凝条件下制酸，利用水做吸收剂，测定一定时间内的制酸效果，选择确定制酸条件。试验在三个不同位置进行制酸试验，选择最合适的制酸位置。第三，医废焚烧烟气制酸试验。研究酸性气体的防腐技术，试制医废焚烧烟气制酸中试装置，并在选定位置进行制酸中试试验。试验测定制酸浓度随时间的变化，并调节工况确定最佳制酸条件，计算烟气制酸的减排效率。

（二）医疗废物焚烧烟气制酸防腐技术研究

1、设备防腐材料

对盐酸腐蚀适应性较强的材料为哈氏合金C-276、钽、特氟龙、石墨材料。第一，哈氏合金C-276属于镍-钼-铬-铁-钨系镍基合金，耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸与氧化性盐，在低温与中温盐酸中均有很好的耐蚀性能，该材料的产生主要应对化工过程环境，且该材料在温度较高时，易吸收有害元素使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。第二，钽的腐蚀性能和玻璃类似，除了氢氟酸、氟、发烟硫酸、碱外，几乎耐一切化学介质的腐蚀。但该材料价格较为昂贵，用作仪表防腐膜片。第三，聚四氟乙烯材料是一种使用了氟代替聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料，该材料具有抗酸碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有溶剂。同时，聚四氟乙烯可耐高温，且摩擦系数极低。第四，石墨对于一切浓度的盐酸、磷酸与氢氟酸包括含氟介质均有较好的耐蚀性，且能耐一定高温。

2、试验装置高浓度酸性气体防腐技术

本文研究烟气制酸中试试验设备可能面临的腐蚀环境包括高温、高浓度酸性气体等两大难题，综合考虑多方面的因素，选择PTFE材料为中试装置的防腐材料。相比于其他各材料，聚四氟乙烯面对高温条件下具有较好的防腐性能，且在洗涤塔、烟囱等设备的防腐材料使用也较为广泛。经过实验表明，该材料可以应对实际生产过程中存在的盐酸腐蚀现象。

（三）医疗废物焚烧烟气制酸减排效率研究

第一，烟气制酸HCl减排效率。根据小试装置在3#位置测定的酸浓度，以及中试装置测定的酸浓度，可大致估算烟气制酸过程中HCl的减排效率。随着制酸时间增加，每天的制酸量均有所下降，制酸过程中烟气中HCl去除浓度大致为486—796 mg/m3，制酸的六天内平均可去除烟气中HCl浓度629 mg/m3。

第二，烟气制酸对液碱用量的减少。中试试验一、二、三的平均制酸量达到1.26 kg/h，根据中试规模2000 m3/h和实际生产规模42000 m3/h对比，如将烟气制酸设备用于固处中心3号焚烧线的实际生产，则每日平均可制酸635 kg，每年制酸210 t，相应可节省NaOH用量696 kg/d，按30%液碱折算，可节省2320 kg/d的液碱。

第三，二噁英減量生成与去除。一是高温气相生成。在500℃—800℃范围内，多氯联苯、氯酚等前驱物在过量氧气和极短的反应时间内可以反应生成二噁英。二是前驱物的异相催化反应。前驱物分子形成后，当遇到炉温不高或随烟气、灰烬冷却后在低温区（约250℃—450℃）时，会被飞灰上的催化剂（如Cu、Fe等过渡金属或其氧化物）吸附、催化作用，发生复杂的前驱物缩合反应而生成二噁英。三是从头合成反应。考虑到制酸浓度，烟气在进入急冷塔前HCl浓度较高，如在该位置直接安装烟气制酸装置，能去除部分烟气中的HCl气体，能一定程度减少氯化物引起的氧化反应，从而降低二噁英的从头合成。此外，在二噁英的去除方面，无论在何处进行烟气制酸，都需要将烟气首先通过布袋除尘，去除烟气中的飞灰，以减少烟气中二噁英的量。该举措不仅保证烟气处理达标排放，也为制得盐酸回用生产提供了保障。

三、结论与建议

针对医疗废物焚烧所产生的高浓度酸性气体常用的三种处理方法各自存在的缺点，本文采用制酸的方式对目标烟气进行回收利用，并依托固处中心3号焚烧生产线进一步通过小试、中试装置验证了该方法的可行性。对此，本文提出以下两个建议：

第一，烟气制酸设备最适安装位置。在本研究中，出于烟气达标排放及安全等因素的衡量，将中试装置安装于焚烧生产线布袋除尘器后（即3#位置），在实际生产中，该位置的HCl浓度与生产线其他可选位置相比均较低，如考虑烟气制酸浓度、效率及对部分污染物有效脱除等因素，烟气制酸设备也可安装于尾气前处理设施中，甚至可尝试利用高温布袋，安装在急冷塔之前。由于现场条件等原因，本研究没有在这些位置进行试验，因此最适安装位置也需通过更多试验来确定。

第二，循环制酸的相关控制。在本研究的中试试验中，虽设置了石墨换热器和补水，但几乎都没有启用，导致循环制酸过程中酸体积持续减少。如将该工艺用于生产，可通过温控方式使酸体积保持不变，也可通过补水与液位联动，确保制酸过程往复循环，以避免酸体积不断减少造成的生产安全隐患。

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