危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)工藝控制對(duì)布袋除塵器運(yùn)行影響的探討

付 強(qiáng)

（北京北控環(huán)保工程技術(shù)有限公司，北京 100124）

國(guó)家法律法規(guī)對(duì)危險(xiǎn)廢物焚燒污染物煙塵排放濃度有明確要求[1]。布袋除塵器因除塵效率高，進(jìn)氣條件變化不易影響其除塵效率，在固體廢物處理中得到廣泛應(yīng)用[2]。危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的除塵設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選用袋式除塵器[3]。在危險(xiǎn)廢物焚燒實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，前端焚燒爐的風(fēng)、火、料工藝控制對(duì)布袋除塵器運(yùn)行與維護(hù)起到至關(guān)重要的作用。如焚燒系統(tǒng)操作不當(dāng)，將會(huì)造成布袋除塵器燒毀事故。

某危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)曾發(fā)生一起布袋除塵器濾袋燒毀事故。該系統(tǒng)主要工藝流程為：部分固態(tài)物料經(jīng)破碎、篩分后，與其他固態(tài)或半固態(tài)物料通過(guò)料坑抓斗混配，再上料、定量輸送至回轉(zhuǎn)窯。在窯內(nèi)800℃以上高溫及一次風(fēng)作用下，物料進(jìn)行預(yù)熱、烘干、熱解與燃燒?；剞D(zhuǎn)窯熱解產(chǎn)生的大部分可燃物質(zhì)隨煙氣排入二燃室進(jìn)行二次充分燃燒，二燃室溫度控制在1100℃以上。夾帶著飛灰的煙氣在引風(fēng)機(jī)作用下，進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行余熱利用和煙氣凈化，最終加熱至130℃以上達(dá)標(biāo)排放。其中，煙氣凈化系統(tǒng)主要包括：急冷噴淋塔、布袋除塵器、酸性洗滌塔。

1 濾袋燒毀事故過(guò)程

事故發(fā)生在煙道清灰后的啟窯帶料、升溫過(guò)程。經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)窯止料、停窯、煙道清堵、檢查工作后，回轉(zhuǎn)窯開(kāi)始點(diǎn)火。由于燃燒器出現(xiàn)故障，窯內(nèi)溫度一直維持600℃無(wú)法提升。采用包裝輕質(zhì)類(lèi)廢物入窯升溫3 h后，窯尾出口溫度達(dá)到900℃，外排煙氣CO濃度逐漸達(dá)標(biāo)。但運(yùn)行1.5 h后煙氣CO濃度又持續(xù)超標(biāo)，直至布袋除塵器發(fā)生濾袋燒毀事故。

中控室監(jiān)測(cè)顯示，布袋收塵器灰斗溫度首先出現(xiàn)異常，從160℃急劇上升到500℃?，F(xiàn)場(chǎng)采取降低引風(fēng)機(jī)頻率、停止進(jìn)料等措施，發(fā)現(xiàn)布袋卸出的飛灰處于燃燒狀態(tài)。當(dāng)灰斗溫度出現(xiàn)異常32 min后，除塵器出口煙氣溫度出現(xiàn)異常上升，從170℃逐步升到500℃，隨后濾袋壓差突降，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)焚燒系統(tǒng)采取停窯降溫措施。當(dāng)布袋除塵器冷卻后打開(kāi)上蓋板，顯現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部所有濾袋已燒毀。

2 濾袋燒毀事故分析

2.1 直接原因

對(duì)于除塵器裝置內(nèi)部發(fā)生燃燒的原因，人們可以從三個(gè)方面進(jìn)行初步分析。

2.1.1 裝置內(nèi)的可燃物質(zhì)

經(jīng)檢測(cè)除塵器出灰熱灼減率為40.38%，說(shuō)明除塵器截留下來(lái)的飛灰中含有高含量、未燃盡可燃物質(zhì)。這些可燃物質(zhì)主要以0.1～10 μm細(xì)微顆粒的炭黑形式存在。

煙氣中CO是燃燒不完全過(guò)程中的代表性產(chǎn)物[2]。在運(yùn)行大部分時(shí)間段，煙氣CO排放濃度處于超標(biāo)狀態(tài)，這說(shuō)明系統(tǒng)處于不充分燃燒的狀態(tài)，煙氣中存在未燃盡物質(zhì)。由于焚燒系統(tǒng)二燃室出口煙氣夾帶的未燃盡炭黑粒徑細(xì)微，很難在余熱鍋爐、急冷塔內(nèi)沉降下來(lái)，進(jìn)入除塵器后在濾袋上附著或灰斗內(nèi)堆積，因此裝置內(nèi)存在可燃物質(zhì)成為燃燒的第一要素。

2.1.2 裝置內(nèi)的點(diǎn)燃溫度或能量

煙氣凈化系統(tǒng)采用的濾袋為PTFE材質(zhì)，其適用范圍為：連續(xù)工作溫度230℃以下，瞬間工作溫度280℃。根據(jù)運(yùn)行記錄，除塵器進(jìn)口溫度一直維持在200～210℃。飛灰中的炭黑燃點(diǎn)在600～700℃。從裝置內(nèi)運(yùn)行溫度來(lái)看，應(yīng)該不具備物料點(diǎn)燃溫度的條件。

飛灰在除塵器上截濾后，可形成約3 mm的附著層。當(dāng)壓縮空氣反向脈沖吹掃濾袋時(shí)，濾袋急劇膨脹與收縮，將出現(xiàn)籠骨與濾袋之間的強(qiáng)烈震打現(xiàn)象，使附著層上的飛灰與濾袋發(fā)生摩擦靜電作用。震落的大塊飛灰進(jìn)入灰斗過(guò)程中，有部分細(xì)粉狀飛灰在引風(fēng)的作用下再次附著到濾袋表面，與濾袋發(fā)生摩擦靜電作用。

從回轉(zhuǎn)窯止料清理煙道到啟窯入料期間，除塵器溫度一直維持200～210℃，濾袋并沒(méi)有蓄積水分。因此，飛灰與濾袋之間所產(chǎn)生的靜電不具備水介質(zhì)導(dǎo)出裝置的條件。此外，PTFE材質(zhì)濾袋絕緣性能較好，靜電無(wú)法通過(guò)濾袋馬鞍橋部位傳導(dǎo)至鋼質(zhì)孔板上，造成除塵器裝置內(nèi)靜電蓄積。

飛灰內(nèi)靜電電壓達(dá)到3000 V，會(huì)產(chǎn)生靜電放電火花。對(duì)細(xì)微顆粒炭黑點(diǎn)燃所需的最小靜電點(diǎn)火能量在幾十至數(shù)百毫焦。當(dāng)靜電放電相當(dāng)能量所形成的放電有效點(diǎn)燃能量大于可燃物質(zhì)點(diǎn)燃所需要的最小靜電點(diǎn)火能量時(shí)，靜電放電火花可點(diǎn)燃所在空間的可燃物質(zhì)[4]。由于煙氣中CO可燃?xì)怏w的存在，與可燃炭黑形成的雜混合物進(jìn)一步降低了點(diǎn)燃所需的最小靜電點(diǎn)火能量，從而增加了可燃物點(diǎn)燃的危險(xiǎn)性。因此，飛灰與絕緣濾袋之間產(chǎn)生靜電放電火花成為燃燒的第二要素。

危險(xiǎn)廢物焚燒處理一般會(huì)產(chǎn)生高溫、酸性腐蝕氣體。對(duì)于含有碳纖維等導(dǎo)電材質(zhì)的防靜電濾袋，導(dǎo)電材質(zhì)會(huì)與酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，造成導(dǎo)電性能衰減，使其失去防靜電功能。因此，危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)宜采用耐腐蝕好的高分子纖維材質(zhì)濾袋，而不采用防靜電材質(zhì)濾袋。

2.1.3 裝置內(nèi)的氧氣

根據(jù)運(yùn)行記錄，濾袋事故發(fā)生前1 h內(nèi)，煙囪排放煙氣氧含量在14%～16%，而余熱鍋爐出口煙氣氧含量在2%～6%。這說(shuō)明余熱鍋爐至引風(fēng)機(jī)之間有漏風(fēng)現(xiàn)象，使除塵器內(nèi)存在充足氧氣條件。震落下來(lái)并已達(dá)到點(diǎn)燃所需最小靜電點(diǎn)火能量的炭黑與裝置內(nèi)氧充分接觸，就會(huì)產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象。因此，裝置內(nèi)的氧氣是燃燒的第三要素。

2.2 間接原因

除塵器截濾下來(lái)的飛灰含有大量未燃盡的炭黑是事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。飛灰中含有炭黑可燃物與焚燒系統(tǒng)的風(fēng)、火、料工藝控制有關(guān)。因此，人們可以從工藝控制角度對(duì)事故原因作進(jìn)一步分析。

2.2.1 一次風(fēng)與二次風(fēng)控制異常

一次風(fēng)機(jī)與二次風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量分別為3880 Nm3/h和3000 Nm3/h。在事故發(fā)生前，曾出現(xiàn)幾段非常明顯的不正常調(diào)節(jié)：一次風(fēng)與二次風(fēng)的風(fēng)機(jī)頻率分別達(dá)到30～38 Hz與5～12 Hz，持續(xù)約30 min；一次風(fēng)與二次風(fēng)的風(fēng)機(jī)頻率分別達(dá)到23～26 Hz與12～16 Hz，持續(xù)約25 min。這些異常調(diào)節(jié)造成一次風(fēng)過(guò)大、窯內(nèi)風(fēng)速過(guò)高，來(lái)不及熱解的輕質(zhì)類(lèi)物料通過(guò)煙氣夾帶進(jìn)入二燃室。二次風(fēng)供風(fēng)量不足，且二燃室內(nèi)煙氣停留時(shí)間過(guò)短，被夾帶的輕質(zhì)類(lèi)物料無(wú)法在二燃室完成熱解與燃燒，造成尚未燃盡炭黑與CO隨煙氣進(jìn)入后續(xù)的煙氣凈化系統(tǒng)。

2.2.2 回轉(zhuǎn)窯與二燃室溫度不足

從啟爐入料升溫直至濾袋燒毀事故發(fā)生，回轉(zhuǎn)窯與二燃室出口溫度基本在700～850℃。通常，提高焚燒溫度有利于廢物中可燃物質(zhì)的分解，并可抑制黑煙的產(chǎn)生[2]。二燃室焚燒溫度偏低，不足以保證從回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分、炭黑可燃物質(zhì)充分燃燒。

2.2.3 入窯物料未進(jìn)行合理配伍

根據(jù)出庫(kù)危險(xiǎn)廢物臺(tái)賬記錄，停窯清理煙道后，啟爐入窯物料為破碎后的廢包裝類(lèi)輕質(zhì)物料，含有薄膜及纖維類(lèi)廢物。此類(lèi)輕質(zhì)物料在窯內(nèi)熱解與焚燒過(guò)程中將產(chǎn)生大量漂浮物，在一次風(fēng)作用下很容易帶入二燃室，無(wú)法完成熱解與燃燒。

3 工藝控制的建議

通過(guò)以上濾袋燒毀事故分析，風(fēng)、火、料焚燒工藝控制不當(dāng)，將導(dǎo)致大量未燃盡炭黑產(chǎn)生，這是濾袋燒毀事故發(fā)生的間接原因。因此，只有焚燒系統(tǒng)采取適當(dāng)?shù)墓に嚳刂品侥鼙苊忸?lèi)似事故的發(fā)生。

3.1 供風(fēng)量控制

在危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需完成物料預(yù)熱、烘干、熱解、燃燒的功能。大部分熱解產(chǎn)物在二燃室完成充分燃燒?；剞D(zhuǎn)窯與二燃室由不同的供風(fēng)量控制。其中，一次供風(fēng)用于物料熱解、部分熱解產(chǎn)物燃燒、固定碳趨近燃盡；二次供風(fēng)用于進(jìn)入二燃室的揮發(fā)分與炭黑等可燃物質(zhì)充分燃燒。

焚燒系統(tǒng)供風(fēng)量應(yīng)以危險(xiǎn)廢物處理量與配伍后物料組分分析為依據(jù)，并考慮過(guò)?？諝庀禂?shù)，核算焚燒總需氧量與供風(fēng)量。標(biāo)定風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率與風(fēng)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，初步設(shè)定一次風(fēng)與二次風(fēng)風(fēng)量。根據(jù)生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，一次風(fēng)與二次風(fēng)分配比例一般約為6:4，具體分風(fēng)比例需考慮實(shí)際焚燒系統(tǒng)漏風(fēng)因素,再通過(guò)窯尾及余熱鍋爐出口煙氣氧含量監(jiān)測(cè)，對(duì)一次風(fēng)量與二次風(fēng)量進(jìn)行微量調(diào)整。

供風(fēng)量以確保焚燒系統(tǒng)有充足氧氣燃燒為原則，一次風(fēng)不宜過(guò)大，二次風(fēng)不宜過(guò)小。如一次風(fēng)量過(guò)大，物料熱解產(chǎn)生的大部分可燃分會(huì)在窯內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃燒，造成二燃室“斷糧”而無(wú)法保證燃燒室內(nèi)溫度。另外，它還會(huì)造成窯內(nèi)風(fēng)速偏高，輕質(zhì)物料容易被帶入二燃室，無(wú)法進(jìn)行充分熱解與燃燒；如二次風(fēng)量過(guò)小，進(jìn)入二燃室的可燃分與供風(fēng)無(wú)法充分混合，供氧不足造成燃燒不充分。

在生產(chǎn)運(yùn)行中，窯尾出口氧含量應(yīng)控制在2%～3%，二燃室出口氧含量應(yīng)控制在6%～10%。另外，需嚴(yán)格控制焚燒系統(tǒng)的漏風(fēng)現(xiàn)象，使一次風(fēng)、二次風(fēng)、引風(fēng)控制更為有效，保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

3.2 焚燒爐溫度控制

焚燒爐溫度與進(jìn)料量、物料形態(tài)與熱值、一次風(fēng)與二次風(fēng)的控制相關(guān)。應(yīng)確?；剞D(zhuǎn)窯出口溫度在850～950℃。一旦回轉(zhuǎn)窯出口溫度低于850℃，應(yīng)投入窯頭燃燒器補(bǔ)燃或噴入高熱值廢液，提升回轉(zhuǎn)窯溫度。同時(shí)，保證二燃室溫度控制在1100～1150℃，使系統(tǒng)達(dá)到≥99.99%的焚毀去除率。

3.3 物料控制

危險(xiǎn)廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱解后，熱解產(chǎn)物方能在二燃室實(shí)現(xiàn)充分燃燒。薄輕質(zhì)類(lèi)物料入窯，很容易隨煙氣漂浮進(jìn)入二燃室，在二燃室內(nèi)進(jìn)行熱解并產(chǎn)生黑煙。因此，對(duì)薄輕質(zhì)類(lèi)物料的調(diào)節(jié)控制，可采取與黏性物料混配入窯的方式，以減少窯內(nèi)漂浮物料的產(chǎn)生量，保證其在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱解。

4 結(jié)語(yǔ)

可燃物質(zhì)、靜電放電火花和氧氣是燃燒的三個(gè)要素，它們會(huì)直接造成除塵器濾袋燒毀事故，人們必須予以關(guān)注。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，“風(fēng)、火、料”的關(guān)聯(lián)工藝控制需綜合考慮，不能孤立處理。生產(chǎn)人員需要根據(jù)焚燒基本原理與工藝進(jìn)行靈活運(yùn)用，通過(guò)不斷摸索，獲得并確定適合危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)的工藝控制運(yùn)行參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

1 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB18484-2001 危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

2 聶永豐.固體廢物處理工程技術(shù)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

3 中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)總局.HJ/T176-2005 危險(xiǎn)廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)環(huán)境出版社,2005.

4 周本謀，范寶春.靜電放電火花點(diǎn)燃危險(xiǎn)性分級(jí)方法研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（25）：85-88.