回轉(zhuǎn)窯在處理危廢鉻渣中的應(yīng)用

劉增蘋，汪洪偉，劉爭芬

（1.北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027；2.中石化華北分公司第一采氣廠，鄭州 450006）

回轉(zhuǎn)窯在處理危廢鉻渣中的應(yīng)用

劉增蘋1，汪洪偉1，劉爭芬2

（1.北京機(jī)電院高技術(shù)股份有限公司，北京 100027；2.中石化華北分公司第一采氣廠，鄭州 450006）

鉻渣主要指鉻鹽廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有毒廢渣，屬于危險(xiǎn)廢物，其危害源自于所含的毒性很大的六價(jià)鉻。文章介紹了危險(xiǎn)廢物處理行業(yè)中采用回轉(zhuǎn)窯焚燒處理鉻渣，及后續(xù)煙氣凈化、徹底無害化處理的工藝設(shè)計(jì)過程。為鉻渣的處理提供了一套系統(tǒng)高效的處理方式。

鉻渣;回轉(zhuǎn)窯;危險(xiǎn)廢物;煙氣凈化;工藝設(shè)計(jì)

引言

鉻渣所含的少量鉻酸鈣被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為已充分證實(shí)對動(dòng)物有致癌性的物質(zhì)。本文介紹了危險(xiǎn)廢物處理行業(yè)中，用回轉(zhuǎn)窯焚燒處理鉻渣的工藝方法及應(yīng)用。在處理場地將前期需要處理的鉻渣、進(jìn)場煤粉分別儲(chǔ)存在各自的儲(chǔ)坑內(nèi)，通過行車抓斗的計(jì)量，鉻渣與煤粉按照一定的比例通過抓斗充分混合后由鏈板輸送機(jī)輸送至焚燒車間爐前料坑內(nèi)，通過行車抓斗送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒處理?；剞D(zhuǎn)窯與一次風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，不斷通入空氣，確保鉻渣在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)處于還原狀態(tài)。

回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的可燃?xì)怏w和水蒸氣抽送到二燃室，在這里碳?xì)浠衔锉贿M(jìn)一步焚燒和分解。同時(shí)余熱鍋爐及尾氣凈化系統(tǒng)捕集的飛灰中，由于含有一部分未充分反應(yīng)完全的六價(jià)鉻，飛灰集中收集后送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)再次處理。煙氣凈化系統(tǒng)包括余熱鍋爐的高溫脫氮、旋風(fēng)除塵器除塵、急冷塔脫酸、袋除塵器進(jìn)一步除塵、濕式洗滌塔進(jìn)一步脫酸、煙氣加熱器除濕等多道凈化工序，確保最終排放煙氣達(dá)到國家有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。

1 鉻渣焚燒處理方案

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐應(yīng)對復(fù)雜的工業(yè)危險(xiǎn)廢物具有適應(yīng)性廣、技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、管理操作方便、設(shè)備維修簡單等優(yōu)點(diǎn)，與余熱鍋爐連用還可以回收熱分解過程中產(chǎn)生的能量， 能有效地處理危險(xiǎn)廢物，因此在國際危險(xiǎn)廢物焚燒領(lǐng)域中應(yīng)用最廣。

鉻渣和煤粉的混合物從回轉(zhuǎn)窯筒體的頭部進(jìn)入，為提高鉻渣的還原效率，該方案將鉻渣與煤粉的混合比例設(shè)定為3:2。助燃的空氣由筒體的頭部進(jìn)入，隨著筒體的轉(zhuǎn)動(dòng)緩慢地向筒體尾部移動(dòng)，完成干燥、燃燒、燃盡的全過程。在回轉(zhuǎn)窯尾部裝有CO測量儀，監(jiān)測回轉(zhuǎn)窯CO含量指標(biāo)。經(jīng)過還原的鉻渣及燃燒完全的煤渣從回轉(zhuǎn)窯尾部落入渣坑內(nèi)，此時(shí)Cr6+已被還原為Cr3+，實(shí)現(xiàn)了對鉻渣的解毒。剛出窯的渣要盡量隔絕空氣，渣坑的冷卻液采用硫酸亞鐵溶液，對還原的鉻有穩(wěn)定效果，不會(huì)再次被氧化?；剞D(zhuǎn)窯焚燒工藝示意如圖1所示。

圖1 回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝示意圖

1.1 回轉(zhuǎn)窯的結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)窯由前端板、筒體、驅(qū)動(dòng)及支撐機(jī)構(gòu)組成。采用順流式，即物料流動(dòng)方向與產(chǎn)生的煙氣流動(dòng)方向一致。為保證物料順利向后輸送，窯體傾角2o?？紤]到設(shè)備需要具有一定的超負(fù)荷運(yùn)行能力，回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)尺寸為Ф4.0×16.0（m），此尺寸根據(jù)項(xiàng)目處理規(guī)模在一定范圍內(nèi)可調(diào)。為防止冷空氣進(jìn)入和煙氣粉塵溢出筒體，在回轉(zhuǎn)窯窯頭與筒體連接部位和窯尾與二燃室連接部位設(shè)有可靠的密封裝置，采用獨(dú)特的摩擦式金屬密封技術(shù)，由耐熱鋼片、彈簧鋼片、耐火纖維氈組成，以適應(yīng)窯體上下竄動(dòng)、窯體長度伸縮、直徑變化以及懸臂端輕微變形的要求?；剞D(zhuǎn)窯密封示意圖如圖2所示。

圖2 回轉(zhuǎn)窯密封示意圖

回轉(zhuǎn)窯是一個(gè)有一定斜度的圓筒，廢物通過上料機(jī)由高的一端（筒體頭部）進(jìn)入窯內(nèi)，依靠窯筒體的斜度及窯的轉(zhuǎn)動(dòng)在窯內(nèi)向后運(yùn)動(dòng)。物料借助窯的轉(zhuǎn)動(dòng)來促進(jìn)物料在窯內(nèi)的攪拌混合，使物料在燃燒的過程中與助燃空氣充分接觸，完成干燥、燃燒、燃盡的全過程，灰渣由窯爐尾部排出。窯頭面板除設(shè)有進(jìn)料裝置外，還設(shè)有燃燒器、廢液接口、一次風(fēng)等設(shè)施。窯頭設(shè)有漏灰收集裝置。

1.2 回轉(zhuǎn)窯控制系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)窯的控制系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、爐膛壓力自動(dòng)控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯溫度控制系統(tǒng)等。其中壓力調(diào)節(jié)和溫度控制通過PID遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)。

1.2.1 回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)

回轉(zhuǎn)窯是慢速轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，載荷的特點(diǎn)為：恒力矩；起動(dòng)力矩大；要求均勻地進(jìn)行無級變速。傳動(dòng)裝置主要由以下幾部分組成：

（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)。采用單邊傳動(dòng)，功率22kW，變頻調(diào)速。

（2）減速機(jī)。電機(jī)的轉(zhuǎn)速都比較高，而窯的轉(zhuǎn)速一般都在0.1～1.1r/m in。兩者間需要有減速機(jī)進(jìn)行減速傳動(dòng)?；剞D(zhuǎn)窯電機(jī)變頻拖動(dòng)，根據(jù)物料的不同，轉(zhuǎn)窯速度在上述范圍調(diào)節(jié)以滿足物料的處理要求。

（3）小齒輪?；剞D(zhuǎn)窯的小齒輪與大齒輪之間要留有合適的間隙，以適應(yīng)窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)。若兩者間隙太小，則容易發(fā)生磨損等現(xiàn)象。小齒輪安裝在大齒輪斜下方。小齒輪受水平與垂直兩個(gè)方向上的力，基座受的水平力就小些，可延長使用壽命。

（4）大齒輪。鑄鋼材質(zhì)。大齒輪由兩半經(jīng)螺栓聯(lián)接組成，大齒輪通過彈簧片與窯殼連接而具有一定的彈性，可以保持平穩(wěn)運(yùn)行，減少開、停窯過程對大小齒輪的沖擊，延長使用壽命。

1.2.2 爐膛壓力自動(dòng)控制調(diào)節(jié)

在爐膛壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，爐膛負(fù)壓測量值經(jīng)過慣性延滯處理后與給定值一起送入PID中進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果傳送到引風(fēng)機(jī)變頻器，從而調(diào)節(jié)爐膛負(fù)壓滿足機(jī)組運(yùn)行要求。

1.2.3 回轉(zhuǎn)窯溫度控制

回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)溫度1200℃，焚燒溫度控制在850℃～950℃，降低NOx的生成。同時(shí)廢物灰渣在窯內(nèi)停留30～120min，滿足爐渣熱灼減率＜5%的要求。回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的絕熱設(shè)計(jì)保證其外表溫度在180℃左右，避免HCl氣體結(jié)露而造成爐殼腐蝕。

PID控制回路自動(dòng)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)窯燃燒器的燃料油供給量以使其溫度維持在設(shè)定范圍內(nèi)。PID調(diào)節(jié)輸出控制燃燒器所用一次助燃空氣調(diào)節(jié)閥，而燃料油通過一個(gè)比例調(diào)節(jié)閥與一次助燃空氣之間保持一定的比例關(guān)系，使得燃燒器即能實(shí)現(xiàn)完全燃燒又不至于助燃風(fēng)量過大而白白損耗燃料。

2 煙氣凈化系統(tǒng)

煙氣凈化系統(tǒng)設(shè)備包括煙氣急冷塔、旋風(fēng)除塵器、干法增濕脫酸反應(yīng)器、活性炭噴射器、袋除塵器、濕式脫酸塔、煙氣再加熱器、引風(fēng)機(jī)、煙囪、急冷水輸送、活性炭粉貯存及輸送、洗滌水循環(huán)系統(tǒng)、堿液制備等附屬設(shè)備。煙氣凈化系統(tǒng)如圖3所示。

為確保煙氣達(dá)標(biāo)排放，結(jié)合同類項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，煙氣凈化工藝采用煙氣急冷 +干法脫酸 + 活性炭吸附 + 袋除塵+濕法脫酸的煙氣凈化工藝和技術(shù)。以下以急冷塔、袋除塵器和濕式脫酸塔為重點(diǎn)，介紹煙氣凈化工藝原理。

圖3 煙氣凈化系統(tǒng)示意圖

2.1 急冷塔

急冷塔由急冷塔筒體、雙流體噴霧系統(tǒng)和供水系統(tǒng)組成。立式布置，內(nèi)襯防腐隔熱層。采用噴水降溫，噴水采用壓縮空氣霧化。急冷塔直徑2.8m，從噴嘴至煙氣出口中心的高度為11m。急冷塔進(jìn)口煙溫550℃，出口煙溫200℃，煙氣急冷時(shí)間小于1s。急冷塔結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 急冷塔

急冷塔采用噴堿液降溫，采用壓縮空氣霧化。由于在急冷塔內(nèi)發(fā)生脫酸反應(yīng)，會(huì)生成一定量的鹽顆粒隨煙氣中脫除的飛灰落入塔底，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行溫度，在急冷塔底設(shè)置清灰槽，內(nèi)襯KPI膠泥，設(shè)置檢修清灰門。

2.2 袋除塵器

袋除塵器脈沖反吹式。袋除塵器基本結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：上箱體、中箱體、下箱體，排灰系統(tǒng)、噴吹系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，其中包括上蓋板、噴吹管、濾袋框架、多孔板、進(jìn)出風(fēng)口、檢查門、電磁閥、氣包灰斗等。袋除塵器的容量按焚燒廢物設(shè)計(jì)處理量增加12%進(jìn)行選型。設(shè)計(jì)阻力＜1800Pa，殼體的耐壓能力為≤6000Pa，正常壓力下殼體漏風(fēng)率≤2%，除塵效率＞99.9%。

袋除塵器采用PLC控制吹灰。其除塵原理如圖5所示。

圖5 袋除塵器工作原理

袋除塵器的外殼帶有保溫材料，采用巖棉100mm + 0.5mm彩鋼。外表面溫度＜50℃。防止過度降溫致使濾袋結(jié)露堵塞以造成除塵器外殼的腐蝕。袋籠材質(zhì)選用碳鋼 +硅油防腐。袋籠質(zhì)量符合GB5917-90標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足在使用溫度和煙氣條件下的安全運(yùn)行。此外，在危險(xiǎn)廢物焚燒爐中煙氣負(fù)荷波動(dòng)較大，且含濕量較大，煙塵比重小且黏，該方案采用加密龍骨，延長了濾袋的使用壽命。

2.3 篩板式洗滌塔

洗滌除霧塔塔內(nèi)裝有旋流塔板，除霧波紋板。旋流塔板材質(zhì)為316L，塔體材質(zhì)為Q235，襯玻璃鋼防腐。板式塔內(nèi)裝有數(shù)層穿流式篩板，煙氣呈發(fā)散狀進(jìn)入吸收塔底部，然后繼續(xù)垂直往上通過篩板，酸性氣體的吸收就發(fā)生在這個(gè)部位。通過噴淋管上帶噴嘴的噴頭將循環(huán)液擴(kuò)散到整個(gè)塔截面，確保所有氣體都能夠與循環(huán)液充分接觸。噴淋管由上下兩根布置構(gòu)成一組，用來確保煙氣進(jìn)入篩板之前達(dá)到露點(diǎn)溫度。吸收塔本體Ф3000×15,300（mm），筒體材質(zhì)為碳鋼，厚度10mm，內(nèi)襯玻璃鋼防腐。濕式洗滌塔為成套供應(yīng)，出口煙溫為70℃。

篩板上面有一個(gè)波紋狀除霧器，通過該除霧器可從煙氣流中去除所有液滴。除霧器帶有沖洗噴頭，可間歇地噴入高壓清潔水清洗除霧器，去除可能沉淀其上的鹽類物質(zhì)。篩板塔下部設(shè)循環(huán)水槽，用于收集來自吸收塔內(nèi)的循環(huán)堿液。循環(huán)泵從水槽抽取循環(huán)堿液，供篩板塔使用。篩板式洗滌塔的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 篩板式洗滌塔結(jié)構(gòu)

噴淋液循環(huán)系統(tǒng)由洗滌水池、碳酸鈉儲(chǔ)罐、pH計(jì)、洗滌噴淋泵及管路等組成。洗滌塔回水、藥液均進(jìn)入池內(nèi)，經(jīng)過濾、沉淀后，上清液進(jìn)入循環(huán)堿液池，由洗滌噴淋泵提升至洗滌塔內(nèi)。

碳酸鈉通過螺旋輸送機(jī)直接加入到循環(huán)水池中，加入量由循環(huán)堿液pH值控制。pH計(jì)在線監(jiān)測冷卻塔出水管堿濃度，控制投加藥液的量，以保證循環(huán)液對堿濃度的要求，使酸性氣體與藥液中和后不腐蝕系統(tǒng)設(shè)備。

3 結(jié)語

針對鉻鹽生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染日益嚴(yán)重的問題，設(shè)計(jì)了一套有針對性的用于處理危險(xiǎn)廢物鉻渣的焚燒凈化工藝流程。運(yùn)用已經(jīng)成熟的危廢焚燒處理設(shè)備，對鉻渣進(jìn)行焚燒，進(jìn)一步凈化煙氣，使鉻渣處理最終產(chǎn)生的固態(tài)廢渣和氣體均對環(huán)境無害。送入回轉(zhuǎn)窯的鉻渣鉻含量為20～30mg/L，還原后降為0.1～0.2mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值0.5mg/L。數(shù)據(jù)證明該方法具有很好的處理效果，可以在環(huán)保行業(yè)推廣應(yīng)用。

回轉(zhuǎn)窯焚燒處理鉻渣具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）危廢處理行業(yè)中，回轉(zhuǎn)窯焚燒凈化系統(tǒng)具有一套成熟的工藝設(shè)備。

（2）回轉(zhuǎn)窯中鉻渣高溫焚燒，鉻渣與煤粉的混合比例適當(dāng)，還原效率很高。

（3）回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的尾氣有一套完整的凈化處理工藝，可防止排入大氣中的煙氣造成二次污染。

[1] 石玉敏，李俊杰，都興紅，隋志通.采用固相還原法利用工業(yè)廢渣治理鉻渣[J].中國有色金屬學(xué)報(bào)，2006（5）.

[2] 景學(xué)森，蔡木林，楊亞提.鉻渣處理處置技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境技術(shù)，2006（3）.

[3] 王彥君，朱軍，劉漫博.鉻渣無害化綜合利用的實(shí)踐[J].甘肅冶金，2008（2）.

[4] 張茂山，肖勇，朱元洪，等.鉻渣治理技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].中國資源綜合利用，2007（10）.

[5] 張錫民.綜述鉻渣治理與利用[J].資源節(jié)約和綜合利用，1990（12）.

Application of Rotary Furnace in Treatment of Hazardous and Waste Chromium Residues

LIU Zeng-ping1, WANG Hong-wei1, LIU Zheng-fen2
(1.Beijing Mechanical and Electrical Institute Co., Ltd, Beijing 100027; 2. First Gas Production Plant of North China Branch, Sinopec, Zhengzhou 450006, China)

The chrom ium residue mainly refers to the toxic waste residues produced from the production course in chrom ium salt p lant, belonging to hazardous wastes. The hazardous source comes from the heavy toxicity sexavalent chrome. The paper introduces the treatment of chrom ium residues by adopting rotary furnace incineration in hazardous waste treatment industries and technology design of purification of flue gas and harm less treatment; and provides one set of treatment method with high efficiency system in chromium residue treatment.

chromium residue; rotary furnace; hazardous waste; purification of flue gas; technology design

X701

A

1006-5377（2014）03-0024-04