回轉(zhuǎn)窯焚燒處置危廢煙氣CO超標(biāo)原因分析

李 琪 梁 淼

(鹽城新宇輝豐環(huán)?？萍加邢薰荆K 鹽城 224100)

1 回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)

焚燒可以實現(xiàn)危險廢物的無害化、減量化和資源化，在危險廢物處置行業(yè)中占據(jù)重要地位[1]。目前處理固體廢物的焚燒爐主要有爐排式、爐床式、流化床式、回轉(zhuǎn)窯式等形式，由于適用廢物種類多、技術(shù)成熟、運(yùn)行穩(wěn)定等特點，回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐在危險廢物處置行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[2-3]。

圖1 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐系統(tǒng)

注：未超標(biāo)數(shù)據(jù)默認(rèn)為0。 圖2 CO排放曲線

回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐主體是由回轉(zhuǎn)窯、二燃室構(gòu)成。回轉(zhuǎn)窯是一個略微傾斜的內(nèi)襯耐火磚的鋼制空心圓筒，以固定的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，可以起到攪拌固廢的作用[3]。根據(jù)危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[4]，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在處理危險廢物時，需要控制各項運(yùn)行參數(shù)，保證爐溫≧1100℃，熱解產(chǎn)生的氣態(tài)物質(zhì)在二燃室停留時間≧2s，以此保證燃燒效率≧99.9%和焚毀去除率≧99.99%的要求。

焚燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔夂蠧O、HCl、SO2等，經(jīng)熱量回收、半干法和干法脫酸、活性炭吸附、布袋除塵凈化處理達(dá)標(biāo)后排至大氣。然而，煙氣中CO濃度超標(biāo)問題時有發(fā)生，本文以某危廢焚燒企業(yè)為例，對其焚燒煙氣中CO濃度(CO排放濃度限值為80mg/Nm3[4])超標(biāo)問題進(jìn)行了探討。

2 煙氣排放影響因素

圖2為該企業(yè)某一個焚燒周期內(nèi)，危險廢物焚燒煙氣中CO濃度情況，在該周期內(nèi)，CO排放濃度不穩(wěn)定、超標(biāo)頻繁等問題。CO濃度超標(biāo)主要與燃燒不充分有關(guān)，受爐內(nèi)溫度、升溫速率、氧氣含量、配伍等因素影響；同時CO濃度超標(biāo)間接佐證了其他有機(jī)氣體未充分燃燒的可能。

2.1 爐內(nèi)溫度

根據(jù)該企業(yè)回轉(zhuǎn)窯焚燒爐運(yùn)行溫度變化曲線(圖3)，危廢處理過程中CO超標(biāo)主要集中在回轉(zhuǎn)窯焚燒爐升溫、降溫及窯內(nèi)溫度不足這三個時間段。

圖3 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐溫度圖

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的焚燒系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)窯與二燃室，危險廢物先進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進(jìn)行焚燒熱解，熱解氣體進(jìn)入二燃室進(jìn)一步焚燒，其中回轉(zhuǎn)窯溫度控制在850℃以上，二燃室溫度控制在1100～1150℃?；剞D(zhuǎn)窯、二燃室均有燃燒器，啟動時，開啟燃燒器以提高窯內(nèi)溫度。由于使用柴油作為燃料時的二燃室燃燒器功率偏低，二燃室內(nèi)溫度無法迅速升至1100℃以上，熱解煙氣燃燒不充分，產(chǎn)生了CO。同時，為使二燃室溫度達(dá)標(biāo)，還需打開回轉(zhuǎn)窯柴油噴槍進(jìn)行溫度補(bǔ)充，但溫度不達(dá)標(biāo)情況下，使用的柴油也無法充分燃燒反應(yīng)，也產(chǎn)生了一定量的CO。煙氣凈化工序只能對煙塵、酸性氣體進(jìn)一步凈化，無法去除CO，從而造成煙氣中CO超標(biāo)情況發(fā)生。

圖4 更換燃燒器后CO排放圖

二燃室燃燒器如果滿足二燃室升溫需要，不僅要考慮二燃室空間，還需要考慮熱損失的問題。以該企業(yè)回轉(zhuǎn)窯燃燒爐的二燃室為例，其室內(nèi)體積100m3，以6小時升至850℃為計算標(biāo)準(zhǔn)，考慮到回轉(zhuǎn)窯進(jìn)入到二燃室的氣體自身溫度可以達(dá)到300℃和二燃室自身熱損失，燃燒器功率應(yīng)至少達(dá)到1.3×105kcal/h，為滿足燃燒器功率要求，該企業(yè)使用天然氣燃燒器替換了柴油燃燒器以改進(jìn)燃燒效果。

圖4為更換燃燒器后一個焚燒周期內(nèi)CO排放情況，圖5是更換燃燒器后一個焚燒周期內(nèi)回轉(zhuǎn)窯焚燒爐運(yùn)行溫度圖；更換大功率的天然氣燃燒器后，二燃室溫度可迅速達(dá)到指定溫度，且回轉(zhuǎn)窯焚燒爐系統(tǒng)運(yùn)行溫度更加平穩(wěn)，進(jìn)而CO超標(biāo)次數(shù)、超標(biāo)濃度均大幅度降低。

圖5 更換燃燒器后回轉(zhuǎn)窯焚燒爐溫度圖

2.2 升溫速率

升溫速率對廢物熱解特性的影響是顯而易見的，升溫速率過快會導(dǎo)致廢物微孔孔體積和孔表面積有所下降，因此溫度升溫快雖然使廢物反應(yīng)時間縮短，但反應(yīng)不完全程度卻開始增加[6]。

2.3 氧氣含量

C+CO2?2CO

公式(1)

2CO+O2→2CO2

公式(2)

C+O2→CO2

公式(3)

2C+O2→2CO

公式(4)

結(jié)合公式(1)(2)(3)(4)可以看出氧含量對CO產(chǎn)生量有著重要影響，雖然在低溫中C與CO2的氣化反應(yīng)并不占據(jù)主導(dǎo)作用，但正常運(yùn)行時爐中溫度是超過900℃的，在高溫下CO2已具備了反應(yīng)活性，若C過量且氧含量不足，C很可能搶奪CO2中的氧生成CO(如公式(1))[7，8]，為確保C與CO2的氣化反應(yīng)速度遠(yuǎn)低于C與O2的燃燒反應(yīng)速度，充足的氧氣含量是必須的。

2.4 配伍

危險廢物的組分、結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，其燃燒過程中產(chǎn)生的熱量、產(chǎn)物也不盡相同。熱值低的危廢要在焚燒爐中徹底分解，需要啟動輔助燃料系統(tǒng)，增加了企業(yè)運(yùn)行成本；熱值太高則需要燃燒爐啟用冷循環(huán)限制爐溫，降低焚燒爐的處理能力，減少爐體的使用壽命。為此需要對危廢進(jìn)行配伍，一般而言配伍后廢物熱值在3000～3500kCal/kg。

目前危廢處置企業(yè)很少對危廢進(jìn)行分析、分類，進(jìn)行合理的配伍，廢物進(jìn)入焚燒爐后很難穩(wěn)定、均勻、平衡的燃燒[9]，因此焚燒爐溫度、煙氣成分也就無法保持相對穩(wěn)定，如圖2和圖3中的(d)(e)。

要實現(xiàn)合理、安全的配伍必須考慮廢物之間的相容性，兩種及以上廢物混合發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量、壓力、有毒氣體等情況的配伍應(yīng)該避免，否則會造成爆炸、著火等危險后果。除此之外儲存危廢的容器、料倉也需要考慮相容性、安全性問題。

3 總結(jié)

根據(jù)該危險廢物焚燒處置企業(yè)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，可采取以下措施改善焚燒煙氣中CO濃度超標(biāo)問題：

(1)回轉(zhuǎn)窯焚燒爐開啟后，保證回轉(zhuǎn)窯溫度達(dá)到800～850℃，二燃室溫度達(dá)到1100℃后再投料有利于減少煙氣中CO的含量；可以通過改善燃燒器效率保證溫度迅速達(dá)到指定溫度。

(2)保證充足的氧氣量，有利于碳完全轉(zhuǎn)化成CO2，減少煙氣中CO的含量；

(3)危險廢物的合理配伍不僅可以延長焚燒爐壽命、降低運(yùn)行成本，還可以提高廢物處理效果、降低煙氣超標(biāo)率。

[1]王少權(quán)，呂自強(qiáng)，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(qiáng).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]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)：81-83.

[4]《危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(國家環(huán)境保護(hù)總局)，GB 18484-2001.

[5]Q.Z.Li，C，S.Zhao，X.P.Chen，et al.Comparison of pulverzed coal combustion in air and in O-2/CO2 mixtures by thermo-gravimetric analysis[J].Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2009，85(1-2)：521-528.

[6]K.Erhard H.Wolfgang.On the suitability of agricultural by-products for the manufacture of granular activated carbon[J].Fuel，1995，74(12)：1786-1791.

[7]P.Szabo G.Varhegyi，E.Jakab，F(xiàn).Till，J.R.Richard.Mathematical modeling of char reactivity in Ar-O2and CO2-O2mixtures[J].Energy and fuels，1996，10(6)：1208-1214.

[8]M.B.Toftegaard，J.Brix，P.A.Jensen，et al.Oxy-fuel combustion of solid fuels[J].Progress in Energy and Combustion Science，2010，36(5)：581-625.

[9]邢楊榮.危險廢物焚燒配伍與燃燒反應(yīng)分析[J].環(huán)境工程，2008，26：203-205.