危廢焚燒與煙氣凈化系統(tǒng)的設(shè)計難點及對策

王德鋒

（杭州臨江環(huán)境能源有限公司，浙江杭州 310000）

1 危廢焚燒處理技術(shù)概況

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判定的具有危險特性的廢物[1]。危險廢物通常具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性或者感染性等一種或者幾種危險特性，主要來自工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)，主要產(chǎn)生于化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、非金屬礦采選業(yè)、有色金屬冶煉及造紙業(yè)[2]。2016年，環(huán)保部印發(fā)《國家危險廢物名錄：2016版》[1]對危廢名錄進行了修訂，危廢處置的合規(guī)化問題引起社會的高度重視。

目前，危廢處理主要分為填埋法、焚燒法、固化法和化學(xué)法等。其中，焚燒處理是指將危險廢物置于焚燒爐內(nèi)，在高溫和足夠氧量的條件下進行氧化反應(yīng)，分解或降解危險廢物的過程。焚燒法適合有機物含量高、熱值較高的廢物，特別是對組分和來源復(fù)雜的廢物，具有減容、減量效果好，能回收廢物中所含的能量，無害化徹底的優(yōu)點，現(xiàn)已成為危險廢物無害化處理的主要選擇之一。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐作為危廢焚燒生產(chǎn)線中的主要設(shè)備，可同時處理固廢和廢液，且?guī)缀踹m用于所有可焚燒處置的廢液，具有設(shè)備投資小、運行成本較低的優(yōu)點[3]。

2 危廢焚燒處理工藝存在的問題及對策

危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒處理工藝包含廢物預(yù)處理系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)等幾個部分。其中,廢物預(yù)處理系統(tǒng)包括廢物的預(yù)處理和進料工序；焚燒系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)窯和二燃室、出渣及控制系統(tǒng)組成；煙氣處理系統(tǒng)由余熱回收、急冷和除塵設(shè)備、酸性氣體吸收組成。危險廢棄物經(jīng)過多個處理工藝單元、復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理變化，存在的突發(fā)風(fēng)險因素有很多，以下著重對其中4個主要工藝技術(shù)風(fēng)險因素及對應(yīng)的風(fēng)險處理對策進行分析。

2.1 固廢預(yù)處理及進料系統(tǒng)風(fēng)險及處理對策

由于危險廢棄物具有一定的易燃性，為防止危險廢物破碎過程中可能產(chǎn)生的火災(zāi)事故，破碎機系統(tǒng)配置了注氮控氧系統(tǒng)。當破碎機插板閥前后配置的氧含量檢測計檢測到氧體積分數(shù)高于6%時，控制系統(tǒng)自動關(guān)閉上下液壓閘門，進行注 N2、排料。考慮到回轉(zhuǎn)窯的窯頭進料時易發(fā)生回火現(xiàn)象，設(shè)計雙液壓翻板門來保證回轉(zhuǎn)窯運行時的安全。進料時，上部液壓門在進料斗料位到達設(shè)定值時自動打開，落料；上部液壓門關(guān)閉后，下部液壓門自動打開，固廢通過溜槽進入回轉(zhuǎn)窯。整個進料過程在密封和冷卻狀態(tài)下運行，確保安全運行[4]。

2.2 回轉(zhuǎn)窯燃燒系統(tǒng)風(fēng)險及處理對策

回轉(zhuǎn)窯是一個有一定斜度的圓筒狀物，運行時通過窯體的轉(zhuǎn)動來促進物料在窯內(nèi)充分混合并逐漸向窯尾移動?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)襯一定厚度的耐火材料。一般耐火材料分為3層，最外層為硅酸鈣板，中間一層耐火材料為高鋁輕質(zhì)磚，最內(nèi)層材料成分含60%Al2O3。通常回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)存在密封不嚴、窯頭窯尾過熱變形、窯內(nèi)結(jié)焦等問題，嚴重時甚至可能存在耐火磚坍塌、煙氣泄露、爆炸的風(fēng)險。其中，回轉(zhuǎn)窯尾部結(jié)焦問題經(jīng)常出現(xiàn)，是由于回轉(zhuǎn)窯窯頭和窯尾燃燒溫度的差異所造成的。當?shù)腿埸c鹽類肥料入窯燃燒，其熔融態(tài)灰渣在接近燃燒溫度低的窯尾時，容易粘結(jié)在耐火材料上[5]。因此，在設(shè)計時對回轉(zhuǎn)窯進行優(yōu)化，將回轉(zhuǎn)窯尾部直接插入二燃室底部，2個系統(tǒng)共用1個出渣口，同時在二燃室底部設(shè)置多組分燃燒機，為回轉(zhuǎn)窯窯尾供熱，保證達到一定的燃燒溫度，使灰渣不易粘結(jié)。在進料系統(tǒng)中，可對入爐廢物進行合適的配伍。如果含有低熔點鹽類的廢料，則必須提前進行摻合，再加入爐內(nèi)。焚燒后，出料口需進行密封處理，避免延期泄漏造成污染。另一方面，由于耐火材料屬于定期維護的損耗材料，耐火材料的質(zhì)量需要根據(jù)回轉(zhuǎn)窯溫度曲線、腐蝕曲線、使用壽命進行比選，避免出現(xiàn)由于材料選取不當導(dǎo)致的回轉(zhuǎn)窯垮塌、爐體變形等事故[6]。

2.3 鍋爐積灰腐蝕問題及處理對策

目前，焚燒系統(tǒng)余熱鍋爐設(shè)備通常采用膜式壁式余熱鍋爐、單鍋筒自然循環(huán)低壓鍋爐。余熱鍋爐采用膜式壁圍合的方式形成3個輻射直立煙道，內(nèi)部不再設(shè)置換熱面。膜式壁采用懸吊方式，壁外設(shè)有剛性梁，整個膜式壁組成剛性吊箍式結(jié)構(gòu)懸吊在頂梁上，并可以向下自由膨脹。膜式壁式余熱鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)形成如圖1所示[7]。

圖1 膜式壁式余熱鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)形式

由于余熱鍋爐內(nèi)煙氣的氣體成分不同，高溫腐蝕的問題常發(fā)生在不同的煙氣溫度下。例如當煙氣溫度高于350℃時，煙氣中的硫化物、鹵化物將對管壁造成高溫腐蝕；煙氣溫度在120～170℃范圍內(nèi)，含HCL、SO2和SO3的煙氣也會對管壁造成腐蝕。煙氣的腐蝕會造成鍋爐壁穿孔、煙氣逃逸等一系列問題，因此余熱鍋爐出口溫度的設(shè)計是一大難點。根據(jù)《危險廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范》要求，為防止二噁英在低溫段再生，危險廢物焚燒的熱能利用應(yīng)避開200~500℃的溫度區(qū)間；同時考慮避開管壁會發(fā)生HCl和SOx露點腐蝕的120~170℃溫度區(qū)域，以及高于350℃的區(qū)域。綜合上述考慮，為了有效地預(yù)防余熱鍋爐系統(tǒng)風(fēng)險，通常將余熱鍋爐出口溫度設(shè)計在550℃以上，輸送的飽和蒸汽溫度應(yīng)設(shè)計在190~300℃之間[8]。

2.4 急冷塔濕壁腐蝕問題及處理對策

急冷蒸發(fā)塔在危廢焚燒中應(yīng)用廣泛，其主要作用是利用噴霧冷卻技術(shù)對余熱鍋爐出口的煙氣進行急冷（通常要求是1 s內(nèi)將高溫?zé)煔獾臏囟冉抵?00℃左右），在此過程中最大程度地降低焚燒煙氣中二噁英的含量。塔內(nèi)設(shè)有多支雙流體霧化噴槍，主要將霧化后的水與高溫?zé)煔獬浞只旌?，利用水的瞬間氣化帶走高溫?zé)煔庵械拇罅繜崃縖9]。急冷蒸發(fā)塔結(jié)構(gòu)見圖2。

影響急冷塔濕壁腐蝕的主要因素有高溫?zé)煔?、冷卻水量、噴槍及其布置位置等。由于多種因素的影響，焚燒后的煙氣量會隨著物料的質(zhì)量及熱值的變化而發(fā)生改變。例如，進料熱值發(fā)生較大波動時，急冷塔會需要更多的冷卻水量來維持急冷塔的出口溫度。如果霧化噴槍的冷卻水量超過其最大設(shè)定值，噴槍的霧化效果就會變差。

圖2 蒸發(fā)急冷塔結(jié)構(gòu)

因此，在危廢焚燒系統(tǒng)中，需要均衡使用噴槍，且盡可能多布置噴槍以減小每支噴槍的負荷，改善急冷塔霧化冷卻效果。噴槍布置的位置也直接決定了霧化顆粒的區(qū)域重疊情況，大面積的重疊區(qū)域會導(dǎo)致霧化顆粒變大，延長蒸發(fā)時間，同時也會造成現(xiàn)蒸發(fā)急冷塔濕底現(xiàn)象。反之，如果霧化顆粒并未完全將急冷塔內(nèi)徑范圍覆蓋，則可能出現(xiàn)部分煙氣不能有效地在短時間內(nèi)冷卻的情況，致使低溫段二噁英的再生。為充分混合進入急冷塔的高溫?zé)煔馀c霧化后的冷卻水霧，高溫?zé)煔膺M入蒸發(fā)急冷塔煙道的形狀最好有5倍直徑的直管段煙道，以改善進入蒸發(fā)急冷塔的高溫?zé)煔獾牧鲌龇植?，且對蒸發(fā)急冷塔做到不濕壁，也不濕底。

另外，建議在采購蒸發(fā)急冷塔內(nèi)部澆注料的時候優(yōu)先考慮其耐高溫、耐酸堿、耐沖刷等特性，以降低塔內(nèi)高速混合煙氣沖刷、減薄、腐蝕澆注料表面的風(fēng)險。急冷塔外殼需做外保溫，使其外殼溫度始終高于酸露點腐蝕溫度，避免在殼體產(chǎn)生酸冷凝腐蝕的情況。以上措施可確保蒸發(fā)急冷塔的長期穩(wěn)定運行[10]。

3 結(jié)語

在今后很長一段時間內(nèi)，國內(nèi)處理處置危險廢物仍以回收綜合利用、填埋和焚燒為主。危廢焚燒系統(tǒng)工程對危廢無害化處理意義重大，不僅具備經(jīng)濟效益，還具備一定的社會效益。針對目前焚燒系統(tǒng)存在的問題進行分析，并提出了相應(yīng)的改進措施，相信未來焚燒能量回收率將不斷提高，焚燒處置方法會更少完善。