合成革廢渣焚燒處置系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵

高全喜 楊再興

（浙江博世華環(huán)?？萍加邢薰?浙江省杭州市 310015）

我國是世界最大的皮革生產(chǎn)國、消費大國和進出口貿(mào)易大國。最近十年，我國合成革行業(yè)平均每年都保持10%以上增長。近幾年，以我國為代表的東亞、東南亞地區(qū)皮革工業(yè)飛速發(fā)展，亞洲已成為世界皮革制造中心。目前全國共有人造革合成革企業(yè)2000多家，上千條生產(chǎn)線。[1]

合成革在產(chǎn)品的生產(chǎn)以及產(chǎn)品深度處理過程中都會產(chǎn)生廢水、廢氣和固廢等污染物。近年來，大量的污染物排到環(huán)境之中，環(huán)境問題日益凸顯，尤其是固體廢物。因此，在合成革行業(yè)快速發(fā)展的同時，如何妥善處置合成革行業(yè)產(chǎn)生的固體廢物，不但關(guān)系著合成革行業(yè)的生存、發(fā)展，也密切關(guān)系著區(qū)域經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。[2]

1 合成革廢渣性質(zhì)

本廢物來自于合成革生產(chǎn)中的高濃度有機殘液經(jīng)過精餾提煉后的釜殘物，根據(jù)《國家危險廢物名錄》，本廢物屬于HW11精(蒸)餾殘渣類的危險廢物。其成分除含有DMF等一些有機物之外，還含有一定量的碳酸鈉、固體碳、氧化鐵等，呈固-液相，且粘度高、流動性差，廢物熱值在4000 kcal/kg左右。[2]

2 廢物處置系統(tǒng)設(shè)計原則

根據(jù)國家有關(guān)政策和法規(guī)，處置系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

2.1 在嚴格達到相應(yīng)處理標準的前提下，力求最大限度地減少投資和日常運行費用；

2.2 采用的工藝必須能滿足對廢物的處理可靠達標并且穩(wěn)定運行；2.3設(shè)備做到先進、可靠、合理，平面布置力求流程順暢、合理緊湊、節(jié)省占地；

2.4 妥善處置焚燒過程中產(chǎn)生的殘渣、廢水、廢氣，竭盡全力減少對環(huán)境造成的二次污染。

3 設(shè)計關(guān)鍵

根據(jù)廢物的性質(zhì)可知，廢物中含有一定量的碳酸鈉、固體碳、氧化鐵等，在廢物焚燒時，其表面的有機物在高溫下被蒸發(fā)出來迅速燃燒，內(nèi)部的有機物與無機鹽在高溫下很快形成結(jié)晶碳化塊，從而可能致使廢物不能充分燃燒，排出的殘渣中還含有大量的有機質(zhì)，使殘渣的熱灼減率達不到國家相關(guān)標準要求，所以在設(shè)計時應(yīng)著重考慮如下幾個方面。

3.1 焚燒爐爐型

焚燒爐型和設(shè)備的選擇必須根據(jù)廢物的特點和處置特點來選定，選型應(yīng)符合《危險廢物焚燒污染物控制標準》(GB18484-2001)和《危險廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T176-2005)的技術(shù)要求。

目前國內(nèi)應(yīng)用的焚燒爐爐型較多，但在危險廢物焚燒處置領(lǐng)域，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是應(yīng)用最廣泛，也是最成熟的焚燒爐，可同時處置固體、液體、氣體和膠體狀等廢物，如污泥、化工漆渣、有機廢液、工業(yè)固廢、醫(yī)療廢物等，是危險廢物處置中心的首選爐型，也是國際危險廢物處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的焚燒設(shè)備，在危險廢物焚燒領(lǐng)域的市場占有率為80%左右。因此，根據(jù)國家有關(guān)危險廢物焚燒處置的相關(guān)標準規(guī)范，結(jié)合本類廢物的性質(zhì)，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐為優(yōu)選爐型。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是活動爐床式焚燒爐的一種，結(jié)構(gòu)為一可旋轉(zhuǎn)的圓柱體，有一定的傾斜角度，廢物隨著窯體的轉(zhuǎn)動，由高端進入，沿著爐體長度方向移動，同時產(chǎn)生強烈的翻動，使廢物能夠充分的進行反應(yīng)。在移動過程中廢物先后完成干燥、熱解、焚燒、燃燼等過程。其特點是將廢物投入連續(xù)、緩慢轉(zhuǎn)動的筒體內(nèi)焚燒直到燃燼，廢物在窯內(nèi)850℃左右的高溫環(huán)境下停留1小時以上，故能夠?qū)崿F(xiàn)廢物與空氣的良好接觸和均勻充分的燃燒。[3]

3.2 余熱利用

對廢物焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馊舨捎眠m當?shù)男问娇梢越?jīng)濟利用，可以降低整個系統(tǒng)的運行成本，提高經(jīng)濟效益，同時亦可減輕尾氣處理的負荷。然而，廢物焚燒爐又不同于一般的工業(yè)爐窯，其運行介質(zhì)和運行條件具有特殊性，余熱利用必須在保證焚燒系統(tǒng)運行的安全性、防止堵塞和防止二惡英的再次合成的前提下進行。尤其是堵塞問題，危險廢物在高溫焚燒時，部分鹽分可能會氣化，當溫度下降時，易在受熱面上結(jié)晶，不僅影響傳熱效果，嚴重時會堵塞煙氣通道，甚至?xí)斐赏t等事故。

由本廢物的成分可知，廢物含有部分鐵鹽、鈉鹽等堿性氧化物，其熔點一般較低，在廢物焚燒的高溫區(qū)域，這些鹽分氣化后隨煙氣進入余熱鍋爐，煙氣經(jīng)鍋爐吸熱降溫后，氣化的鹽分又凝結(jié)成固態(tài)。因此在余熱鍋爐設(shè)計時應(yīng)盡可能采用一定的技術(shù)措施降低結(jié)渣幾率，盡量避免堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

◆合理分配爐膛內(nèi)各段的溫度；

◆合理設(shè)計爐膛內(nèi)各段的煙氣流速；

◆如有對流管束換熱面，應(yīng)確定合理的管束排列方式、間距和煙氣流速。

3.3 煙氣凈化

根據(jù)《危險廢物集中焚燒處置工程技術(shù)規(guī)范》、《危險廢物焚燒污染控制標準》等中的相關(guān)要求，結(jié)合本廢物的性質(zhì)，煙氣凈化工藝在設(shè)計時應(yīng)著重如下幾點。

3.3.1 二惡英的抑制

二惡英是由兩類含氯有機化合物組成，不同單體的毒性變化很大，其毒性隨氯代級別的增加而減小，其中毒性最大的是2，3，7，8－四氯代二苯二惡英/呋喃。根據(jù)目前的研究結(jié)果，在焚燒系統(tǒng)中，二惡英主要是在低溫下不完全燃燒過程中以及在200℃-600℃范圍內(nèi)的煙氣飛灰上發(fā)生異相催化反應(yīng)而生成的。[3]根據(jù)二惡英的生成機理和化學(xué)形態(tài)，在設(shè)計中應(yīng)采取以下幾點抑制二惡英產(chǎn)生及凈化措施：

◆二燃室內(nèi)燃燒溫度維持在1100℃的高溫并停留2s以上；

◆在中溫段(200－600℃)采用急冷方式，減少煙氣二惡英合成段的時間；

◆吸附處理，并且采用高效率袋式除塵器對煙氣中的顆粒物和活性碳顆粒進行捕集。

3.3.2 重金屬的防治

去除尾氣中重金屬污染物質(zhì)的機理如下：

◆重金屬降溫達到飽和，凝結(jié)成粒狀物后被除塵設(shè)備收集去除；

◆飽和溫度較低的重金屬元素?zé)o法充分凝結(jié)，但飛灰表面的催化作用會促使重金屬元素形成飽和溫度較高且較易凝結(jié)的氧化物或氯化物，而易被除塵設(shè)備收集去除；

◆仍以氣態(tài)存在的重金屬物質(zhì)，因吸附于飛灰上或噴入的吸附物質(zhì)上而被除塵設(shè)備一并收集去除。

◆部分重金屬的氯化物為水溶性，即使無法在上述的凝結(jié)及吸附作用中去除，也可利用其溶于水的特性，在脫酸系統(tǒng)中去除。

3.3.3 高低溫腐蝕

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范的要求，危險廢物焚燒必須在高溫階段進行，而對于后續(xù)的煙氣凈化，則需在低溫階段較適宜，因此在降溫的過程中應(yīng)考慮煙氣的高溫腐蝕和低溫腐蝕。

高溫腐蝕是指金屬高溫受熱面在高溫?zé)煔猸h(huán)境下在管壁溫度較高處所發(fā)生的煙氣側(cè)金屬腐蝕。如廢物中含有大量硫分，煙氣中的酸性成分對設(shè)備內(nèi)金屬受熱面會產(chǎn)生腐蝕作用，金屬的腐蝕速率與金屬表面溫度有關(guān)，因此設(shè)法加大冷卻水循環(huán)速度和面積，以降低管壁溫度，減少腐蝕速度。

低溫腐蝕也稱露點腐蝕，在危險廢物焚燒處置領(lǐng)域尤為關(guān)注，危險廢物焚燒后產(chǎn)生的煙氣應(yīng)采取急冷處理，使煙氣溫度在1秒內(nèi)降到200℃以下，減少煙氣在200-500℃溫區(qū)的滯留時間。因而危險廢物焚燒尾氣凈化系統(tǒng)運行溫度一般都不高于200℃。[4]

國外經(jīng)濟發(fā)達國家的研究和實踐表明，“低溫控制”和“高效顆粒物捕集”是危險廢物焚燒煙氣凈化系統(tǒng)成功的關(guān)鍵因素。為此，在危險廢物焚燒煙氣凈化過程中，必須將溫度控制得盡可能低。但與此同時，若焚燒煙氣凈化系統(tǒng)運行溫度過低，焚燒煙氣中某些易冷凝物質(zhì)較易腐蝕處理設(shè)備。如何確定危險廢物焚燒煙氣凈化系統(tǒng)最佳設(shè)計運行溫度（即不低于酸露點溫度）是本系統(tǒng)重點解決的話題。

根據(jù)廢物成分和煙氣性質(zhì)，主要通過如下幾點控制低溫腐蝕：

3.3.3.1 煙氣急冷后溫度控制在200℃左右。

3.3.3.2 排煙溫度在160℃以上，始終使煙氣溫度高于酸的露點溫度。

5 結(jié)論

合成革行業(yè)產(chǎn)生的固廢具有行業(yè)的特性，在設(shè)計焚燒系統(tǒng)時，應(yīng)結(jié)合廢物特性，對系統(tǒng)的核心工藝進行針對性的設(shè)計，并且從技術(shù)角度，解決或避免系統(tǒng)今后可能出現(xiàn)的問題，這樣方可確保整個系統(tǒng)設(shè)計完成投運后的正常運行。

[1]周志展.溫州合成革行業(yè)調(diào)研報告[J].今日科苑，2010（24）.

[2]麻朝暉.合成革產(chǎn)業(yè)“污染物”資源化利用研究[J].企業(yè)經(jīng)濟，2007（06）.

[3]陳昆柏.固體廢物處理與處置工程學(xué)[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社.2005.

[4]HJ/T176-2005，危險廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范[S].