危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐窯內(nèi)結(jié)圈原因分析及對(duì)策探討

田東磊

危險(xiǎn)廢物焚燒處置技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展已有近百年的歷史，二十世紀(jì)初期一些國(guó)家就開(kāi)始采用焚燒處置技術(shù)處置工業(yè)固體廢物。在工業(yè)危險(xiǎn)廢物焚燒處理行業(yè)中，回轉(zhuǎn)窯+二燃室的組合因其適應(yīng)性強(qiáng)、工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、操作性強(qiáng)等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。危險(xiǎn)廢物焚燒處置技術(shù)因具有低成本、燃燒效率高、資源合理利用等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠徹底分解有害物質(zhì)，在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。隨著國(guó)內(nèi)危廢處置中心的逐漸投運(yùn)，在回轉(zhuǎn)窯焚燒爐實(shí)際運(yùn)行中如果操作不當(dāng)，很容易產(chǎn)生窯內(nèi)結(jié)圈的問(wèn)題，對(duì)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)一定的影響。本文將根據(jù)筆者的多年工程設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)，針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行分析，并嘗試給出一些建議措施，以期對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)和工程設(shè)計(jì)提供一些參考。

1.回轉(zhuǎn)窯焚燒爐

針對(duì)危險(xiǎn)廢物的焚燒處置，一般有兩種方式：以回轉(zhuǎn)窯為代表的專(zhuān)業(yè)焚燒技術(shù)及以水泥窯為代表的協(xié)同處置技術(shù)?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐是一個(gè)略為傾斜而內(nèi)敷耐火磚的鋼制空心圓筒，最早是用來(lái)制造水泥、石灰、鐵礦砂、焦炭等固體物質(zhì)的主要設(shè)備，后來(lái)逐漸被應(yīng)用于工業(yè)廢物的焚燒處置上，由于其能夠有效地處理各種不同物態(tài)（固體、液體、污泥等）的廢物，已經(jīng)被各國(guó)普遍采用。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在回轉(zhuǎn)作用的影響下高效攪動(dòng)廢料，它能根據(jù)危險(xiǎn)廢物變化情況提供相應(yīng)的燃燒操作，同時(shí)，它能起到良好的隔熱效果，支持長(zhǎng)時(shí)間停留，最終實(shí)現(xiàn)理想的焚燒目標(biāo)。一般回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在回轉(zhuǎn)窯后端裝置一個(gè)二次燃燒室，以確保燃燒完全?；剞D(zhuǎn)窯本身是用來(lái)熱解、焚燒廢物中的可燃物，廢物中的惰性固體則隨著回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)向另一端移動(dòng)，然后由底部排出。熱解及未充分燃燒的煙氣及經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)窯后端，進(jìn)入二次燃燒室在高溫下再進(jìn)行氧化，回轉(zhuǎn)窯和二次燃燒室都配備有助燃器以維持爐內(nèi)溫度穩(wěn)定，以保證危廢焚燒的完整性。

2.回轉(zhuǎn)窯焚燒爐窯內(nèi)的結(jié)圈的原因分析

由于國(guó)內(nèi)環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格，處置成本越來(lái)越高，因此外送危廢處置中心的廢物一般都盡量做到濃縮，導(dǎo)致危廢處置中心的廢物熱值普遍較高，多數(shù)情況下熱值在3000～5000Kcal/kg之間。為了保持較好的燃盡效果，回轉(zhuǎn)窯普遍運(yùn)行在950～1150℃之間運(yùn)行，而危廢灰渣的熔點(diǎn)普遍在1000～1200之間（接近或者稍高于最高燃燒溫度）。加上送入回轉(zhuǎn)窯的物料一般都較為復(fù)雜、熱值波動(dòng)較大、物料進(jìn)料不均勻，且物料在窯內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)（一般在60～90分鐘），比較難做到及時(shí)調(diào)整燃燒過(guò)程，因此窯內(nèi)溫度一般都會(huì)有一定的波動(dòng)，不可避免會(huì)出現(xiàn)窯內(nèi)局部溫度過(guò)高導(dǎo)致灰渣熔融，進(jìn)而粘附在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)壁上，隨著轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)動(dòng)及內(nèi)襯溫度的不均勻，部分熔融的灰渣可能會(huì)在內(nèi)襯材料上凝固下來(lái)，形成新的窯皮。隨著窯的轉(zhuǎn)動(dòng)，部分可能會(huì)被熔融，并達(dá)到一定的平衡，這樣窯皮就不會(huì)增厚。但是如果沒(méi)有達(dá)到平衡，掉落下來(lái)的少，窯皮就會(huì)逐步增厚，達(dá)到一定程度后就形成結(jié)圈，其中形成結(jié)圈的主要原因有如下幾點(diǎn)：

2.1 回轉(zhuǎn)窯操作模式

根據(jù)操作溫度的不同，回轉(zhuǎn)窯有兩種操作模式，一種是干渣模式，一種是熔渣模式。干渣操作模式在危廢焚燒中最常見(jiàn)，也被證明是最為可靠的一種操作模式，常規(guī)一般認(rèn)為925℃以下為干渣模式，正常配伍可以保證灰渣不會(huì)熔融，此種操作模式結(jié)圈的可能性比較小。另外一種模式是熔渣模式，回轉(zhuǎn)窯會(huì)在較高的溫度運(yùn)行，使得焚燒后形成的灰渣融化并形成液態(tài)，常規(guī)的熔渣模式操作溫度大于1200℃，此種模式由于灰渣處于熔融態(tài)，一般也較難結(jié)圈。如果操作溫度運(yùn)行在950～1200℃之間，其操作正好介于干渣和熔渣操作模式中間，可以稱(chēng)為半熔融態(tài)操作模式，因此比較容易產(chǎn)生部分熔融，但是又不能完全熔融的工況出現(xiàn)，進(jìn)而隨著溫度變化及波動(dòng)，造成部分熔融的渣凝固在轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯上，窯皮逐漸加厚，進(jìn)而造成結(jié)圈。

2.2 回轉(zhuǎn)窯進(jìn)料的及配風(fēng)穩(wěn)定性

處置的危險(xiǎn)廢物包括液態(tài)、固態(tài)和半固態(tài)，特別是固廢成分、形態(tài)比較復(fù)雜。一般回轉(zhuǎn)窯焚燒以占主導(dǎo)地位的固廢的進(jìn)料基以抓斗+推料機(jī)或者溜槽等間歇進(jìn)料為主，部分轉(zhuǎn)窯還間歇處理一些直接入爐的低閃點(diǎn)的桶裝特殊廢液。由于間歇進(jìn)料會(huì)造成物料焚燒的波動(dòng)性，以及會(huì)影響配風(fēng)穩(wěn)定性，進(jìn)而造成回轉(zhuǎn)窯溫度的波動(dòng)較大，成為導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯窯內(nèi)結(jié)圈的重要原因之一。

2.2 灰渣的化學(xué)組分及灰熔點(diǎn)

回轉(zhuǎn)窯底部灰渣主要成分是一些無(wú)機(jī)氧化物，如SiO2、Al2O3、FeOx及CaO，另外由于部分危廢高含鹽，也普遍含有一定量的低熔點(diǎn)堿金屬如Na2O，K2O。若堿金屬組分含量較高，其不僅是熔融成分，也具有低熔點(diǎn)的特性，因此入爐廢料如果含鹽量較高，很容易在窯內(nèi)濃縮，導(dǎo)致窯內(nèi)結(jié)圈。而根據(jù)劉金魁[2]的實(shí)驗(yàn)研究，當(dāng)分別提高SiO2、Al2O3及CaO的含量時(shí)，其灰熔點(diǎn)溫度都有不同程度的上升，因此底渣的成分對(duì)于灰渣軟化溫度有較大的影響。根據(jù)筆者現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)，在此情況下，即使回轉(zhuǎn)窯在較低溫度運(yùn)行時(shí)在850～950℃時(shí)，窯內(nèi)也可發(fā)現(xiàn)較多的熔融物，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果可知，其中Na含量高達(dá)35%，也印證了此推論。

3.回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈的預(yù)防措施

綜上危險(xiǎn)廢物在回轉(zhuǎn)窯焚燒裝置中焚燒時(shí)，如果實(shí)際運(yùn)行中如果操作不當(dāng)，很容易產(chǎn)生窯內(nèi)結(jié)圈的問(wèn)題，當(dāng)結(jié)圈嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致窯內(nèi)重力負(fù)荷增加，物料運(yùn)行不通暢，耐火材料被拉裂損壞，焚燒系統(tǒng)被迫停運(yùn)等問(wèn)題，因此需要給出從操作運(yùn)行等源頭上進(jìn)行解決：

1.選擇合適的操作模式;

根據(jù)物料的灰分、熱值等條件，選擇合適的操作模式及配伍，使得回轉(zhuǎn)窯盡量在干渣或者熔渣模式下工作，盡量避開(kāi)半熔融態(tài)的操作模式。

2.加強(qiáng)進(jìn)料的及配風(fēng)的穩(wěn)定性

根據(jù)物料的特性，加強(qiáng)物料的分類(lèi)及配伍，使得固廢盡量采用螺旋或者SMP（破碎-混合-泵送系統(tǒng)）等連續(xù)進(jìn)料設(shè)備進(jìn)行進(jìn)料，同時(shí)加強(qiáng)回轉(zhuǎn)窯配風(fēng)，使得回轉(zhuǎn)窯的操作溫度處于較穩(wěn)定的狀態(tài)。為此，不同形態(tài)的物料進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)遵循相關(guān)原則，并合理設(shè)置年處理量和處理計(jì)劃。

3.加強(qiáng)廢物的配伍

盡量控制含有較多堿金屬等低熔點(diǎn)灰分的廢物的入爐量，若必須要處理部分高含堿金屬?gòu)U料時(shí)，可以適當(dāng)?shù)脑黾右恍〤aO或者含有SiO2或者Al2O3較高的黏土等物質(zhì)進(jìn)行配伍。同時(shí)根據(jù)廢物的熱值，合理的進(jìn)行配伍，保證廢物熱值的穩(wěn)定性。

4.結(jié)圈的清理措施

危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是對(duì)危險(xiǎn)廢物安全焚燒處置的基礎(chǔ)，而轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)圈是影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一，由于危廢國(guó)內(nèi)危廢的種類(lèi)繁多，部分廢物無(wú)相關(guān)的工業(yè)分析及元素分析數(shù)據(jù)，所以實(shí)際操作中可能還是存在結(jié)圈的可能性，且如果結(jié)圈比較嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)造成內(nèi)襯的脫落坍塌，如果停車(chē)清理一般至少2周以上的時(shí)間，因此如果能夠在保證安全的前提下，在線清理相應(yīng)的結(jié)圈有著比較現(xiàn)實(shí)的意義，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，建議采用如下兩種方式進(jìn)行清理。

4.1 自熔融措施

根據(jù)危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯灰渣的灰熔點(diǎn)數(shù)據(jù)可知，熔渣的熔點(diǎn)僅比回轉(zhuǎn)窯的穩(wěn)定運(yùn)行溫度高100℃左右，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，一般回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料的耐火溫度為1350℃，因此可以考慮在回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整燃燒工況，適當(dāng)?shù)奶岣呋剞D(zhuǎn)窯的運(yùn)行溫度在1200℃左右，在不危害回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯材料的前提下，將回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)圈熔融，采取熔融態(tài)的操作模式，可以有效的結(jié)圈轉(zhuǎn)窯內(nèi)部的結(jié)圈問(wèn)題，這種清理結(jié)圈的方式，已在國(guó)內(nèi)很多危廢處置中心得到的驗(yàn)證[1]。

4.2高壓水槍

高壓水槍使30-50MPa高壓水柱射入溫度在850-1050度左右的結(jié)皮物料內(nèi)部，在高溫物料內(nèi)水驟然汽化而產(chǎn)強(qiáng)烈爆炸，被擊中的部分物全被震動(dòng)而垮落，相鄰部分物料局部溫度迅速下降而變脆、變硬。爆炸水柱的射入深度與結(jié)皮厚度匹配，其結(jié)果是結(jié)皮物料因此而垮落，而耐火材料得到保護(hù)，爆炸的噴射角又使物料由于松軟而不會(huì)被大面積沖垮落而引起設(shè)備、人員傷害事故，但是對(duì)于相應(yīng)的操作角度和空間要求較高，較適用于窯尾部的結(jié)圈清理，如果操作不當(dāng)，也可能會(huì)損壞回轉(zhuǎn)窯內(nèi)襯。

5結(jié)論

回轉(zhuǎn)爐焚燒爐設(shè)備的應(yīng)用，有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略實(shí)施。該設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分顯著，能夠提高危險(xiǎn)廢物處理效率。本文對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，適當(dāng)升級(jí)回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)，不僅能夠及時(shí)規(guī)范廢物無(wú)序排放行為，還能保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳漢宏， 宋桂萍， ChenHanhong，等. 活性石灰回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈原因分析及處理方法[J]. 耐火與石灰， 2007， 32（1）：13-15.

[2]肖燕， 李軍， 伍長(zhǎng)青. 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐在某縣危廢焚燒處理中的應(yīng)用[J]. 環(huán)境衛(wèi)生工程， 2015（5）：74-77.