回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在某縣危廢焚燒處理中的應(yīng)用

肖 燕，李 軍，伍長青

（中國天楹股份有限公司，江蘇 南通 226600）

1 危險廢物種類及規(guī)模

2013年末，某縣總?cè)丝?5萬人，產(chǎn)生的危險廢物總量約18000 t/a，其中適合焚燒處理的危險廢物量約為10000 t/a，約占處置總量的56%。此縣危險廢物產(chǎn)生量最大的行業(yè)是化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)，其次是紡織業(yè)。根據(jù)對此縣危險廢物產(chǎn)生情況的調(diào)查，需焚燒處理的廢物主要有農(nóng)藥廢物（HW04）、有機溶劑廢物 （HW06）、廢礦物油（HW08）、廢乳化液 （HW09）、精(蒸)餾殘渣（HW11）、染料涂料廢物（HW12）、有機樹脂類廢物（HW13）、有機磷化合物廢物（HW37）、含酚廢物（HW39）、含醚廢物（HW40）、廢鹵化有機溶劑（HW41）、廢有機溶劑 （HW42） 等。

根據(jù)危險廢物產(chǎn)生量，本工程設(shè)計焚燒系統(tǒng)處置能力為1250 kg/h，整套焚燒系統(tǒng)24 h連續(xù)運行，廢物低位熱值為14630kJ/kg，危險廢物混合物的元素成分見表1。

表1 危險廢物混合物元素成分 %

2 工藝選擇

在危險廢物焚燒處理技術(shù)和設(shè)備發(fā)展的歷程中，產(chǎn)生了多種技術(shù)，但基本工藝組合形式一般如圖1所示。其中，焚燒系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)是評價整個危險廢物焚燒工藝的關(guān)鍵。

圖1 危險廢物焚燒處理工藝流程

2.1 焚燒爐選擇

目前國內(nèi)外工業(yè)危險廢物焚燒爐應(yīng)用較多的處理工藝是回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、機械爐排爐和熱解氣化爐3種?；剞D(zhuǎn)窯一般用于處理工業(yè)危險廢物；機械爐排由于活動件多，設(shè)備維修較為復(fù)雜，投資也較高，多用于處理生活垃圾；對于10 t/d以下的焚燒爐，熱解氣化爐應(yīng)用較多。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐主體部分為臥式的鋼制圓筒，圓筒與水平線略傾斜安裝，進(jìn)料端略高于出料端，筒體可繞軸線轉(zhuǎn)動。運行時廢物從較高的一端進(jìn)入，焚燒殘渣從較低一端排出。與余熱鍋爐共同使用可以回收熱分解過程中產(chǎn)生的大量能量，能量額定值非常高。回轉(zhuǎn)窯能有效處理各種不同物態(tài)（固體、液體、半固體等）的危險廢物，對焚燒廢物的適應(yīng)性強，技術(shù)成熟，運行可靠，且運行操作相對簡單，可較好滿足各種危險廢物焚燒在進(jìn)料、出渣、燃燒完全等方面的要求。

此縣焚燒處理的危險廢物，有固態(tài)、半固態(tài)和液態(tài)，因此要求焚燒爐爐型對需處理的物料有廣泛的適用性和靈活性［3］。根據(jù)本工程特點，選擇回轉(zhuǎn)窯焚燒爐較為合適。

2.2 煙氣凈化工藝選擇

焚燒法處理廢物后產(chǎn)生的煙氣雖經(jīng)余熱回收，但為控制二惡英類物質(zhì)的重新生成，余熱鍋爐出口煙氣溫度要控制在550℃左右，加之煙氣中含一定量的粉塵、有毒氣體（氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氫等）、二惡英類物質(zhì)及重金屬汞、鎘、鉛等，為防止焚燒產(chǎn)生的煙氣對大氣環(huán)境造成二次污染，必須對煙氣進(jìn)行凈化處理。針對不同煙氣成分及不同的環(huán)境質(zhì)量控制要求，選用不同的煙氣凈化系統(tǒng)。去除煙氣中各種成分的常見方法有干式洗滌塔、半干式洗滌塔、濕式洗滌塔、靜電除塵及布袋除塵，煙氣中有的成分選用單獨一種方法即可，有的成分則需幾種方法組合使用。

⑥后期維護(hù)便利性。治理工程后期維護(hù)要方便簡捷，工程不需要頻繁維護(hù)，工程在遭到簡單破壞后能完成自我修復(fù)。

綜合考慮危險廢物的種類、成分、規(guī)模、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備投資、運行成本以及操作的難易程度，本工程采用半干法和干法相結(jié)合的煙氣處理系統(tǒng)，達(dá)到凈化酸性氣體（SO2、HCl、HF等） 和吸附煙氣中二惡英、汞的目的。具體煙氣凈化工藝為“急冷塔+半干反應(yīng)塔+干式脫酸塔+布袋除塵器”。

綜上所述，本工程采用“回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+半干反應(yīng)塔+干式脫酸塔+布袋除塵器”的危險廢物焚燒處理工藝。詳細(xì)工藝流程如圖2所示。

圖2 焚燒工藝流程

3 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐設(shè)計

焚燒處理只有在足夠高的溫度、足夠的氣體停留時間和良好的湍流接觸及過量氧（6%～10%）存在等條件下才能達(dá)到完全無害化燃燒。該過程可以分2步完成，先在轉(zhuǎn)窯內(nèi)使廢物經(jīng)過干燥、氣化、燃燒這一溫度較低的過程，分離灰渣后，煙氣再在一個固定的爐內(nèi)（即二燃室）高溫燃燒。如一次性完全燃燒則要求回轉(zhuǎn)窯容積大，耐溫高而且造價高，運行能耗也大。所以本工程采用“回轉(zhuǎn)窯+二燃室”2步走的工藝方法。

3.1 熱力計算

物料平衡與熱平衡的計算以危險廢物中的碳、氫、硫等可燃元素和空氣中氧的化學(xué)反應(yīng)方程式為依據(jù)，并假定焚燒所需空氣為干空氣、所需空氣和生成的煙氣均為理想氣體，空氣量以1 kg的危險廢物為計算基礎(chǔ)。

1）理論空氣量的計算公式為：

2）理論煙氣量的計算公式為：

當(dāng)過量空氣系數(shù)α＞1且完全燃燒時，實際煙氣的成分只比理論煙氣（α＝1） 多出1項：過?？諝狻；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐的總過量空氣系數(shù)通常維持在1.1～1.5，以促進(jìn)固體可燃物與氧氣的接觸［4］。

3.2 回轉(zhuǎn)窯

3.2.1 容積熱負(fù)荷

危險廢物焚燒回轉(zhuǎn)窯的容積熱負(fù)荷通常為（4.2～104.5） ×104kJ/(m3·h)。目前確定回轉(zhuǎn)窯尺寸采用的方法是：首先，根據(jù)危險廢物的成分計算出廢物的熱值，再根據(jù)廢物的處理量確定出每小時廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的熱量，然后根據(jù)選定的容積熱負(fù)荷確定回轉(zhuǎn)窯的容積，最后結(jié)合回轉(zhuǎn)窯的長徑比，確定回轉(zhuǎn)窯的尺寸。

3.2.2 停留時間

危險廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的停留時間可用下列公式估算：

式中：θ為固體停留時間，通常為0.5～2 h；L為回轉(zhuǎn)窯長度，m；Di為回轉(zhuǎn)窯焚燒爐內(nèi)徑，m；L/Di的比值為3～5；N為回轉(zhuǎn)窯焚燒爐轉(zhuǎn)速，通常為0.2～2 r/min；S為回轉(zhuǎn)窯焚燒爐傾斜度，為1°～2°。

各類危險廢物必須經(jīng)預(yù)處理和配伍才能送入回轉(zhuǎn)窯焚燒。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理和良好的摻混配比對危險廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的安全、有效焚燒十分必要，并有助于控制污染物的生成［5］。固體廢物經(jīng)電動橋式抓斗起重機混料后，抓起送入焚燒系統(tǒng)進(jìn)料斗中，位于料斗下方的板式給料機將廢物均勻送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)；半固體桶裝物由布置在窯頭的密封上料系統(tǒng)提升后送入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒；固體、半固體廢物入爐焚燒穩(wěn)定后，液體廢物通過液體進(jìn)料噴槍噴入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)焚燒。

3.3 二燃室

設(shè)置二燃室的目的是使從回轉(zhuǎn)窯出來的未完全燃燒的顆粒物在此進(jìn)一步燃盡。為了避免輻射和二燃室外殼過熱，二燃室設(shè)計成由鋼板和耐火材料組成的圓柱筒體。根據(jù)焚燒理論，煙氣充分焚燒的原則是3 T＋1 E原則，即保證足夠的溫度（危險廢物焚燒爐＞1100℃）、足夠的停留時間（危險廢物焚燒爐1100℃時＞2 s）、足夠的擾動（二燃室喉口用二次風(fēng)或燃燒器燃燒讓氣流形成漩流）、足夠的過剩氧氣，其中前3個作用是由二燃室來完成。在二燃室下部設(shè)置二次風(fēng)和2個組合燃燒器，保證二燃室煙氣溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)以及煙氣有足夠的擾動?；剞D(zhuǎn)窯本體內(nèi)少量沒有完全燃燒的氣體在二燃室內(nèi)得到充分燃燒。

二燃室設(shè)置緊急排放閥，在發(fā)生緊急停爐條件時，開啟急排煙囪，煙氣由二燃室頂部排到大氣中。急排煙囪頂端安裝氣動排煙閥，在每次排煙后能恢復(fù)原位。排煙口采用水封，防止在二燃室正常運行時煙氣泄漏。

4 工程實例分析

本工程采用“回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+半干反應(yīng)塔+干式脫酸塔+布袋除塵器”的焚燒處理工藝。焚燒系統(tǒng)設(shè)計處置能力1250 kg/h，危險廢物配伍后低位熱值為14630 kJ/kg。

回轉(zhuǎn)窯采用順流式，溫度控制在850℃左右，危險廢物經(jīng)過60 min左右的高溫焚燒被徹底焚燒成高溫?zé)煔夂突以?，爐渣熱酌減率＜5%。由于危險廢物物料的波動性，焚燒時間長短不一，焚燒爐需要較大程度的調(diào)節(jié)，設(shè)計轉(zhuǎn)速為0.2～1.0 r/min。為保證物料向下的傳輸，回轉(zhuǎn)窯必須保持一定的傾斜度，本焚燒爐傾斜角度為2°。焚燒后的爐渣由窯尾排出，落入出渣機內(nèi)，爐渣經(jīng)冷卻降溫后由出渣機帶出，運至固化車間處理。

焚燒產(chǎn)生的煙氣，由窯尾進(jìn)入二燃室。根據(jù)設(shè)計計算，二燃室內(nèi)溫度始終維持在1100℃以上，煙氣在二燃室內(nèi)停留時間將大于2 s，在此條件下，煙氣中的二惡英和其它有害成分的99.99%以上將被分解掉。

根據(jù)過量空氣系數(shù)α=1.5，計算得出焚燒煙氣量為11536 m3/h，焚燒爐物料平衡如圖3所示。

圖3 焚燒爐物料平衡

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐焚燒產(chǎn)生煙氣量11536 m3/h，經(jīng)余熱回收、煙氣凈化達(dá)標(biāo)后由引風(fēng)機引入煙囪排向大氣。

5 結(jié)論

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐能有效處理不同種類的危險廢物，根據(jù)現(xiàn)有工程檢測結(jié)果，焚燒殘渣的熱灼減率＜5%，燃燒效率＞99.9%，飛灰去除率＞99.99%，煙氣中一氧化碳、二氧化硫、二惡英類的排放濃度分別＜80mg/m3、＜300mg/m3、＜0.1T EQng/m3，滿足GB18484—2001危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)。

［1］ 王少權(quán)，呂自強，王輝，等.危險廢物焚燒煙氣凈化工藝研究［J］.能源環(huán)境保護(hù)，2012，26（2）：30-32.

［2］ 陳強.回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)處理危險廢物［J］.福建環(huán)境，2003，20（6）：65-67.

［3］ 周苗生，李春雨，蔣旭光，等.危險廢物焚燒處置煙氣達(dá)標(biāo)排放研究［J］.中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2011（1）：30-33.

［4］ 陳敬軍.危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的工藝設(shè)計［J］.有色冶金設(shè)計與研究，2007，28（2/3）：81-87.

［5］ 岳強，范亞民，耿磊,等.危險廢物焚燒工程煙氣治理工藝設(shè)計［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2012，20（4）：28-30.