專業(yè)回轉窯焚燒與水泥窯協(xié)同處置技術的差異分析

文_葉新國 廣東鴻發(fā)環(huán)境投資有限公司

目前，危險廢物的處置越來越多樣化，而在最終處理方面，焚燒是減量化及無害化程度最高的手段，在危廢焚燒領域逐步形成以東江環(huán)保等為代表的回轉窯專業(yè)焚燒處置技術和以海螺創(chuàng)業(yè)等為代表的水泥窯協(xié)同處置技術。兩種技術均重在關注廢物的精確配伍問題，尤其是水泥窯協(xié)同處置技術，處置廢物以不影響水泥的產量和質量為前提，其對硫、氯、氟、重金屬等要求更為苛刻。水泥窯協(xié)同處置，是依托水泥熟料燒制系統(tǒng)對危險廢物進行協(xié)同焚毀處置，因此掌握水泥燒成工藝對協(xié)同處置廢物工藝設計至關重要。

1 危險廢物的焚燒處置技術

1.1 回轉窯專業(yè)焚燒技術

為確保危險廢物的徹底焚毀，相關標準規(guī)定，燃燒時需要達到以下幾個指標：①二然室出口溫度≥1100℃。②煙氣停留時間（1100℃）≥2Sec。③煙氣含氧量≥6%。此外，目前國內專業(yè)焚燒系統(tǒng)一般以200～500℃溫度范圍的煙氣一般采取急冷措施，防止二噁英的再次生成，目前主流的回轉窯專業(yè)焚燒系統(tǒng)如圖1所示。

固態(tài)及低熱值廢液從窯頭進料，固態(tài)廢物在窯內旋轉過程中與空氣充分接觸燃燒，窯出口煙氣溫度一般為850～950℃；在二燃室段，由于補充高熱值廢液，煙氣溫度達1100℃以上，在此溫度下，NOX以燃料型為主，因此過量的空氣不會造成NOX的大幅增加。

1.2 水泥窯協(xié)同處置技術

水泥窯協(xié)同處置主要是依托熟料燒成系統(tǒng)增加進料系統(tǒng)。根據廢物的物性不同，一般分為生料磨進料、窯頭廢液噴槍進料、窯頭氣力輸送進料、分解爐進料等，其中分解爐進料是主要進料點，溫度在900℃左右，見圖2。相較于專業(yè)焚燒技術，水泥窯協(xié)同處置危險廢物具有以下幾個優(yōu)點：①其熱負荷大，處置能力為專業(yè)回轉窯的2～5倍；②廢物處置噸成本低，一般為專業(yè)回轉窯的1/3～1/5；③處置不產生爐渣飛灰等二次污染物。

2 水泥窯協(xié)同處置與專業(yè)回轉窯焚燒的異同分析

2.1 主要熱源來源不同

水泥窯協(xié)同處置的熱源主要來自煤粉的燃燒放熱，廢物熱量占總體熱負荷的2%～3%，表1為某水泥廠5500t/d熟料生產線協(xié)同處置廢物熱量來源計算。

表1 水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)熱量計算

專業(yè)焚燒熱源主要來源于所焚燒的廢物的熱值，一般來講，當廢物平均熱值≥3300kcal，且含水率≤25%時，可滿足二燃室溫度≥1100℃的要求，如圖3所示。當廢物平均熱值降低或者含水率升高時，通常需要額外補充天然氣或柴油，從而保證燃燒的溫度要求。

2.2 物料經過的溫度區(qū)間不同

無論是水泥窯焚燒系統(tǒng)還是回轉窯焚燒系統(tǒng)，物料均可分為廢物及產生的煙氣，二者物料所經過的溫度區(qū)間如圖4所示。

由于回轉窯內溫度不高、風量及停留時間不足，熱灼減率一直是回轉窯運行中難點；在水泥窯系統(tǒng)處置中，大部分廢物分別經過分解爐后進入水泥窯，水泥窯內最高溫度可達1450℃，遠高于回轉窯，且廢物在水泥窯內停留時間更久，因此水泥窯系統(tǒng)更容易控制廢物熱灼減率。此外，由于煙氣經過1100℃的高溫作用及過量氧環(huán)境氛圍，專業(yè)焚燒技術的焚毀去除率更有保障。

2.3 窯內反應原理不同

專業(yè)回轉窯內主要發(fā)生的氧化燃燒放熱反應，設計空氣過量系數1.5以上；水泥窯內主要發(fā)生的是碳酸鹽的分解及產生3CaO·SiO2等的化合反應，為非氧化反應、吸熱反應。此外，水泥窯內高溫段溫度可達1450℃，為防止熱力型NOX的大量生成，水泥窯主體段內一般為缺氧環(huán)境，表2為某水泥廠懸浮預熱器段O2及CO濃度分布情況。

表2 某水泥廠懸浮預熱器段煙氣參數

從表2可知，在整個懸浮預熱器段測試的O2濃度都較低，尤其在C5段，此處離分解爐段的煤粉投加點最近，由于缺氧而產生大量的CO，雖然在分解爐段補充三次風， CO在懸浮預熱器段被氧化成CO2，在C2段測試的CO的濃度大大降低，但不完全氧化的概率仍高于專業(yè)焚燒系統(tǒng)。

3 結論

（1）水泥窯協(xié)同處置技術不依賴廢物的熱值，對于低熱值廢物或低熱值廢物，尤其是無機工業(yè)固廢具有很好的資源化效果。而專業(yè)回轉窯焚燒對硫、氯、重金屬的敏感性低于水泥窯協(xié)同，因此水泥窯協(xié)同處置與專業(yè)焚燒窯可形成相輔相成的關系，從而實現(xiàn)廢物的最優(yōu)化的處置方式。

（2）兩種技術最大的區(qū)別之一在于窯內的氧氣環(huán)境，由于缺氧環(huán)境，水泥窯協(xié)同處置的固體廢物在水泥窯內更有可能首先發(fā)生的高溫熱解過程，產生CO、H2及小分子烴類等煙氣，缺氧環(huán)境及未采取急冷措施將不利于對二噁英的控制。

（3）以某水泥廠5500t/d熟料生產線為例，實際消耗5200kcal/kg煤粉約32t/h，按過量空氣系數按1.05，實際所需空氣量214000Nm3/h；當協(xié)同處置10萬t/a危險廢物后，計算消耗5200kCal/kg煤粉約31t/h，共需空氣量235000Nm3/h，較協(xié)同處置前大10%?？梢钥紤]適當降低窯頭去余熱鍋爐煙風量，增加窯尾三次風量，這對于控制窯尾排氣筒總有機碳（TOC）意義重大。

（4）兩種技術在燃燒控制方面各有優(yōu)勢，水泥窯更有利于廢物熱灼減率的控制，回轉窯更有利于有機物的焚毀去除率。