危險廢物熱解氣化爐焚燒工程改造

申巧蕊，張 超，栗恒才，王中成，申金永，韓曉軍，姜 斌

（中材建設(shè)有限公司，北京 100176）

危險廢物熱解氣化爐焚燒工程改造

申巧蕊，張 超，栗恒才，王中成，申金永，韓曉軍，姜 斌

（中材建設(shè)有限公司，北京 100176）

焚燒是危險廢物處置最有效的手段之一，由于危險廢物來源多樣、成分復(fù)雜，在焚燒過程中常出現(xiàn)生產(chǎn)線運行不穩(wěn)定，生產(chǎn)指標不達標等問題。文章根據(jù)危險廢物熱解氣化焚燒工程中出現(xiàn)的問題，對其主要原料進行成分分析；通過工藝計算及熱平衡分析，設(shè)計出合理的搭接機制，使二燃室燃燒溫度可穩(wěn)定保持在1100℃以上，保證煙氣在二燃室停留時間＞2s，滿足了焚燒爐穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)的需要，使煙氣排放達到國家排放標準。

熱解氣化；焚燒；危險廢物；搭接機制

引言

危險廢物是指列入國家危險廢物名錄或者根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有危險性的固體廢棄物[1]。危險廢物因其來源繁雜、種類多、成分復(fù)雜，具有毒性、腐蝕性、易燃易爆等特性，對人體健康和環(huán)境造成嚴重威脅。

現(xiàn)有的危險廢物處置方式主要為填埋和焚燒。焚燒技術(shù)可以有效去除危險廢物中的有毒有害成分，回收利用其中的熱能，可以同時達到減量、無害化和綜合利用的目的，是危險廢物處置中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)[2]。其中熱解氣化爐因其低能耗、結(jié)構(gòu)簡單、易于操作等優(yōu)勢，是危險廢物焚燒處置（尤其是高熱值醫(yī)療廢物等）常用爐型之一。本文根據(jù)熱解氣化爐焚燒工程中出現(xiàn)的問題，對焚燒原料成分進行分析，通過工藝計算，優(yōu)化設(shè)計及氣化爐搭接機制，使二燃室溫度穩(wěn)定保持在1100℃以上，保證煙氣停留時間>2s，滿足了焚燒爐穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)的需要，使尾氣排放濃度達標。

1 項目概況

該危險廢物熱解氣化爐焚燒處置工程總規(guī)模為9500t/a，一期工程處置規(guī)模為5400t/a，二期工程處置規(guī)模為4500t/a。主要處置對象為蒸餾殘渣、污泥、有機樹脂廢物、廢乳化液、表面處理廢物等。危險廢物元素成分及工業(yè)分析見表1，燃燒系統(tǒng)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表1 危險廢物元素成分及工業(yè)分析表

表2 燃燒系統(tǒng)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2 焚燒系統(tǒng)及工藝流程

熱解爐焚燒系統(tǒng)主要由進料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。燃燒系統(tǒng)主要由熱解氣化爐、燃燒爐、二燃室3個系統(tǒng)組成。熱解氣化爐主要是危險廢物缺氧燃燒熱解氣化區(qū)，3個熱解氣化爐交替使用。熱解氣化爐內(nèi)的危險廢物經(jīng)由助燃氣點火開始燃燒，通過控制給氧量使危險廢物在氣化爐內(nèi)逐步進行干燥、裂解、燃燒和燃盡。危險廢物熱解過程中形成可燃氣體，可燃氣體的主要成分是：H2、CO、CmHn等[3-4]。該可燃氣體通過管道導(dǎo)入噴燃爐，與新鮮空氣混合后進入到燃燒爐充分燃燒。燃燒爐的溫度通常控制在1100℃以上，煙氣在二燃室停留時間>2s，使大部分有害氣體徹底被破壞轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、SO2等氣體[3-4]。

焚燒系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。焚燒廢物經(jīng)過投料裝置一次性分別投入氣化爐中，A、B、C三爐交替搭接投料焚燒，焚燒系統(tǒng)可以連續(xù)運行。焚燒系統(tǒng)工藝流程圖見圖1。

圖1 焚燒系統(tǒng)工藝流程圖

3 熱解氣化爐系統(tǒng)運行說明

危險廢物通過配伍后，由提升裝置直接投入熱解氣化爐A，A爐先氣化點火，二燃室通過助燃器加熱至設(shè)定溫度1100℃，A爐中的氣化氣體進入二燃室，開始混合燃燒。A爐運行過程中，B爐開始投料。當A爐中的危險廢物溫度達到350℃～400℃時，垃圾中的有機物趨于1%～3%，呈灰白色狀態(tài)，此時B爐也投料完畢，開始點火。A爐殘余可燃氣體加上B爐的初始氣化量正好可使燃燒爐溫度始終保持在1100℃以上。系統(tǒng)采用全自動控制原理，整個系統(tǒng)為一個常壓系統(tǒng)，通過壓力傳感器變頻控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速來自動控制熱解氣化爐和燃燒爐的空氣量（模糊理論）。當二燃室設(shè)定溫度為1100℃自燃時，熱解爐氣體量不夠，燃燒溫度從1100℃降至1095℃時，熱解爐氣閥開度開大。同時，燃燒室空氣閥自動關(guān)小，燃燒溫度又恢復(fù)上升到1100℃，當燃燒溫度高于設(shè)定溫度1100℃時，空氣閥自動關(guān)小，穩(wěn)定燃燒系統(tǒng)。當B爐進入灰化過程，C爐又開始點火，如此循環(huán)往復(fù)，達到全自動連續(xù)不間斷的燃燒過程。

4 問題分析及解決方案

由于危險廢物來源多樣，設(shè)備運行中易出現(xiàn)不可靠問題，生產(chǎn)運行不穩(wěn)定。項目主要存在問題如下：1）熱解氣化爐的內(nèi)筒因缺陷、腐蝕等原因漏水；2）每批物料的焚燒時間過長，導(dǎo)致一、二期生產(chǎn)線配置的3臺氣化爐熱解過程中可燃氣體產(chǎn)量過低，不能滿足氣化搭接機制的要求，無法保證燃燒爐連續(xù)生產(chǎn)的需要；3）燃燒爐內(nèi)部耐火材料損壞嚴重，導(dǎo)致保溫效果差，熱損失大；爐膛尺寸過大，散熱面積大，導(dǎo)致燃燒爐內(nèi)溫度過低。

危險廢物的熱解氣化主要是通過控制送風(fēng)量和溫度來實現(xiàn)的。送風(fēng)量越大，燃燒越充分，產(chǎn)生的可燃氣體越少。因此，在熱解氣化過程中應(yīng)嚴格控制給風(fēng)量，盡可能得使有機分子轉(zhuǎn)化為可燃氣體。氣化爐供氧量過高，危險廢物主要在熱解爐內(nèi)完全燃燒，產(chǎn)生的可燃氣體不足以維持二燃室的溫度要求；氣化爐供氧量過低，危險廢物熱解速率降低，單位時間產(chǎn)氣量減少，也不能維持二燃室的溫度要求。

氣化爐和二燃室設(shè)備是根據(jù)危險廢物焚燒產(chǎn)生的煙氣量選型。煙氣量取決于危險廢物的熱值。根據(jù)現(xiàn)有物料的配伍方案分析，配伍后的危險廢物綜合熱值相對二燃室選型偏低。且二燃室內(nèi)部的耐火材料損壞嚴重，造成熱損失增大，從而導(dǎo)致二燃室的溫度無法維持在預(yù)設(shè)的1100℃，造成燃燒不完全，煙氣排放不達標。

通過分析，決定根據(jù)二燃室的技術(shù)參數(shù)，重新確定危險廢物配伍方案；將二期燃燒爐一次風(fēng)機改為變頻調(diào)速。根據(jù)生產(chǎn)需要，可以實現(xiàn)6臺熱解氣化爐搭接連續(xù)生產(chǎn)的操作。根據(jù)熱工計算，6臺熱解氣化爐搭接連續(xù)生產(chǎn)的情況下，產(chǎn)量約達到40t/d，與原有產(chǎn)量相比增加13%，廢氣在燃燒爐內(nèi)的停留時間仍大于規(guī)范要求的2s，以上措施除了會增加保溫效果、減少熱損失，不會對生產(chǎn)產(chǎn)生任何負作用。改造后二燃室的溫度曲線如圖2。

圖2 二燃室溫度曲線

5 結(jié)語

通過設(shè)備工藝改造，熱解氣化焚燒產(chǎn)量從原來的31.6t/d提高到35t/d，二燃室的燃燒溫度可以持續(xù)保持在1100℃以上，煙氣停留時間達到3s以上，滿足國家規(guī)范要求，煙氣排放達標。但在目前運行過程中，由于倉儲形式為老式倉儲，占地面積較大，配伍還是生產(chǎn)人員根據(jù)經(jīng)驗來操作，物料成分波動大、效率低且危害人體健康。未來危險廢物焚燒可借鑒現(xiàn)代物流倉儲的形式，實現(xiàn)倉儲及配伍的自動化，提高生產(chǎn)效率。

[1] 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.

[2] 張林.危險廢物焚燒處置的理論和實踐[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（11）：36-38.

[3] 鄧小燕. 基于CAO技術(shù)的干餾熱解氣化焚燒系統(tǒng)的研發(fā)[J].南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009（4）：69-73.

[4] 羅永勝.工業(yè)固體廢棄物干餾氣化焚燒的溫度控制過程[D].南京：河海大學(xué)，2006．

[5] 趙由才，宋立杰，張華.固體廢物污染控制與資源化（實用環(huán)境工程手冊）[K].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

聲 明

為適應(yīng)我國信息化建設(shè)需要，擴大作者學(xué)術(shù)交流渠道，本刊已加入“中國期刊全文數(shù)據(jù)庫”“中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫”“中文科技期刊數(shù)據(jù)庫”“中國核心期刊（遴選）數(shù)據(jù)庫”“中國學(xué)術(shù)文獻網(wǎng)絡(luò)出版總庫”“萬芳數(shù)據(jù)庫”“重慶維普數(shù)據(jù)庫”“博看網(wǎng)數(shù)據(jù)庫”“中郵訂閱網(wǎng)數(shù)據(jù)庫”“超星訂閱數(shù)據(jù)庫”等。作者著作權(quán)使用費與本刊稿酬一次性給付。如作者不同意將文章編入以上數(shù)據(jù)庫，請在來稿時聲明，本刊將做適當處理。

《中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)》編輯部

Incineration Engineering Reform on Pyrolysis Gasifier of Hazardous Wastes

SHEN Qiao-rui, ZHANG Chao, LI Heng-cai, WANG Zhong-cheng, SHEN Jin-yong, HAN Xiao-jun, JIANG Bin

(CBMI Construction Co., Ltd, Beijing 100176, China)

In accordance with the problems appeared in the pyrolysis gasification incineration engineering of hazardous waste, the paper makes the element analysis on the main raw materials. Based on the technological calculation and heat balance analysis, the paper works out a reasonable joint mechanism so to keep the temperature in secondary combustion chamber to reach at over 1100℃. The joint mechanism ensures the flue gas to keep the retention period ＞2s in the secondary combustion chamber, and to meet the requirement of the incinerator and to keep the stable and continuous production, and to make the flue gas emission to comply with the national standard of emission.

pyrolysis gasification; incineration; hazardous waste; joint mechanism

X701

A

1006-5377（2017）03-0061-03