危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的工藝探討及優(yōu)化

盧衛(wèi)凌，黃開(kāi)東

(中化環(huán)境控股有限公司，北京 100071)

危險(xiǎn)廢物具有易燃易爆性、毒性、感染性、腐蝕性、化學(xué)反應(yīng)性等特性。同時(shí)危險(xiǎn)廢物具有種類多、危害大、性質(zhì)復(fù)雜、處理困難等特點(diǎn)，所以必須經(jīng)過(guò)專業(yè)處理后才能進(jìn)入環(huán)境。焚燒法是一種比較可靠、經(jīng)濟(jì)和安全有效的手段[1]。而回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝是危險(xiǎn)廢物處理中最有效的處置工藝，具有廢物處理種類多、處理量大等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)自20世紀(jì)90年代開(kāi)始，逐步開(kāi)始使用回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)處理危險(xiǎn)廢物，目前，全國(guó)90%以上的危險(xiǎn)廢物處置中心都采用了回轉(zhuǎn)窯焚燒處理系統(tǒng)[2]。

隨著回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，此系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中也表現(xiàn)出了許多缺陷和問(wèn)題，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和完善。本文對(duì)危廢回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)進(jìn)行分析研究，指出了目前回轉(zhuǎn)窯危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)中的一些常見(jiàn)問(wèn)題，對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，并提出了優(yōu)化方案，對(duì)回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供了一定的參考思路。

1 焚燒工藝流程

回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)包含預(yù)處理系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)等幾個(gè)部分。預(yù)處理系統(tǒng)包括廢物的破碎、配伍和進(jìn)料系統(tǒng)；焚燒系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)窯、二燃室、出渣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等；余熱回收系統(tǒng)包括余熱鍋爐和汽水管道系統(tǒng)等；煙氣處理系統(tǒng)包括急冷系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、脫酸系統(tǒng)、煙氣加熱器等。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程框圖

2 工藝流程簡(jiǎn)述及問(wèn)題分析

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

2.1.1 預(yù)處理

焚燒處理的廢物種類較多，形態(tài)和性質(zhì)存在一定的差異，為確保焚燒爐穩(wěn)定、正常運(yùn)轉(zhuǎn)，廢物入爐前需要進(jìn)行一定時(shí)間的暫存，以完成將大件破碎預(yù)處理，將不同含水率及熱值的廢物進(jìn)行配伍等前處理過(guò)程。

廢物進(jìn)廠后應(yīng)進(jìn)行元素分析和相容性分析，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行配伍和暫存。

大件固態(tài)廢物和80 L以上的包裝桶應(yīng)經(jīng)破碎系統(tǒng)破碎后送入料坑進(jìn)行配伍待燒；80 L以下包裝桶可直接進(jìn)爐焚燒；但是物料的破碎程度直接影響焚燒效果，影響爐渣的熱灼減率，所以在條件許可的情況下，應(yīng)盡量配置足夠大負(fù)荷的破碎機(jī)，盡量將所有物料全部破碎后再送入料坑配伍待燒。

2.1.2 配伍

危險(xiǎn)廢物入爐前，需依據(jù)物料的元素成分、熱值、相容性等參數(shù)進(jìn)行配伍，以便于焚燒系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。首先依據(jù)配伍后熱值確定輔助燃料量和助燃風(fēng)量；其次將配伍后的固態(tài)和液態(tài)廢物量按計(jì)算配伍比例加入爐內(nèi)，提高焚燒效果，降低焚燒殘?jiān)臒嶙茰p率，延長(zhǎng)回轉(zhuǎn)窯耐材壽命。

對(duì)入窯焚燒物料的配伍要求如表1所示。

表1 焚燒物料的設(shè)計(jì)要求

2.2 回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)

回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)窯、二燃室、出渣系統(tǒng)、輔助燃燒系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

2.2.1 回轉(zhuǎn)窯

回轉(zhuǎn)窯是一臺(tái)由減速機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的臥式圓柱形焚燒爐，通常傾斜布置，與水平面夾角為2°～5°，回轉(zhuǎn)窯結(jié)構(gòu)如圖2所示。危廢物料由回轉(zhuǎn)窯頭部進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，當(dāng)回轉(zhuǎn)窯旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們隨之向窯尾移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中依次經(jīng)歷烘干、熱解、焚燒、燃盡階段，最后焚燒產(chǎn)生的灰渣經(jīng)回轉(zhuǎn)窯尾部排入渣池，并由出渣機(jī)排至爐外。

圖2 回轉(zhuǎn)窯簡(jiǎn)圖

回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速可在0.1～1.1 r/min進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整物料在爐內(nèi)的焚燒時(shí)間，廢物在爐內(nèi)經(jīng)過(guò)60 min左右的高溫焚燒后，被徹底焚燒成高溫?zé)煔夂蜌堅(jiān)?，并在爐內(nèi)壁形成約100 mm厚的穩(wěn)定渣層，可以起到保護(hù)耐火材料的作用。窯尾出口煙氣溫度控制在950 ℃左右，爐壓控制在-50 Pa左右，容積熱負(fù)荷應(yīng)控制在(4.2～104.5)×104kJ/(m3·h)。

目前，回轉(zhuǎn)窯在運(yùn)行過(guò)程中，物料焚燒后產(chǎn)生的爐渣的熱灼減率常常高于5%，達(dá)到6%～10%，甚至更高，不滿足《危險(xiǎn)廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范》中“爐渣熱灼減率應(yīng)﹤5%”的規(guī)定[2]，表明廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒不徹底。造成不充分燃燒的原因大致如下：

(1)由于爐內(nèi)燃燒溫度太低，造成回轉(zhuǎn)窯容積熱負(fù)荷過(guò)低，燃燒不充分。

(2)入爐焚燒的物料量過(guò)高，或爐內(nèi)一次風(fēng)量供應(yīng)不足。

(3)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速過(guò)快，廢物在窯內(nèi)的停留時(shí)間不足。

可以根據(jù)以上幾點(diǎn)逐項(xiàng)檢查、排除以及調(diào)整相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)，以降低爐渣的熱灼減率。

2.2.2 二燃室

高溫?zé)煔膺M(jìn)入二燃室后，被進(jìn)一步分解和焚燒。二燃室的尺寸應(yīng)能保證煙氣在1 100 ℃以上的溫度下>2 s的滯留時(shí)間。使得煙氣中的成分幾乎被徹底分解。

二燃室頂部設(shè)置一個(gè)緊急排放門，當(dāng)整條焚燒線發(fā)生故障時(shí)，由此排放煙氣，緊急排放門由氣缸控制，強(qiáng)制開(kāi)啟。

2.2.3 回轉(zhuǎn)窯及二燃室內(nèi)結(jié)焦問(wèn)題

回轉(zhuǎn)窯尾端、二燃室上部與余熱鍋爐間的煙道等部位經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)焦問(wèn)題，這是由于廢物特性不同，灰熔點(diǎn)低于焚燒溫度產(chǎn)生融渣后冷卻造成的。

結(jié)焦問(wèn)題是業(yè)內(nèi)普遍存在的難題，一直沒(méi)有特別好的方法和設(shè)施來(lái)解決。根據(jù)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了以下幾點(diǎn)解決措施。

(1) 采用熔渣式焚燒爐，由于回轉(zhuǎn)窯的高溫(約1 000 ℃)焚燒，焚燒殘?jiān)^大部分變成黏稠的融渣，尚未完全熔融的殘?jiān)脖话菰诶锩媾懦龇贌隣t外。

(2) 在窯尾部位的二燃室側(cè)壁上設(shè)置清焦燃燒器。當(dāng)窯尾結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，減少焚燒入爐物料量，提高回轉(zhuǎn)窯溫度，打開(kāi)窯尾清焦燃燒器，增大回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速，使得窯尾結(jié)焦從新熔化并由窯尾排出爐外。

(3)控制二燃室溫度，二燃室溫度過(guò)低會(huì)導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯尾部和二燃室底部結(jié)焦，二燃室溫度過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致二燃室出口煙道部位結(jié)焦。所以二燃室的溫度應(yīng)控制在1 100～1 200 ℃，如超過(guò)1 200 ℃，則會(huì)導(dǎo)致大量熔渣氣化，并在二燃室出口煙道內(nèi)冷卻結(jié)焦。

(4) 某大學(xué)提供阻結(jié)焦劑，理論上噴灑在煙道內(nèi)后，會(huì)使得煙道內(nèi)的結(jié)焦物變得蓬松，以便于人工清除。某項(xiàng)目實(shí)際使用后效果不太理想，可能跟物料成分有關(guān)，所以用在其他項(xiàng)目上有可能會(huì)有效果。

(5) 在二燃室出口水平煙道底部增加出灰斗，使得煙氣經(jīng)過(guò)此處時(shí)在灰斗內(nèi)結(jié)焦，不影響煙氣的正常流通，工人定期清理灰斗即可，避免煙道結(jié)焦影響到正常生產(chǎn)。

2.3 余熱回收系統(tǒng)

余熱回收系統(tǒng)由余熱鍋爐、軟水制備系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)等組成。高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱鍋爐后，溫度由1 100～1 150 ℃降至550 ℃左右。余熱鍋爐不但可以生產(chǎn)蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)，還可以降低煙氣溫度，保證系統(tǒng)后續(xù)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

目前比較常用的余熱鍋爐結(jié)構(gòu)型式為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，當(dāng)煙氣進(jìn)入余熱鍋爐的輻射換熱室后，煙氣流速降低，煙氣中粒徑較大的煙塵得以沉降，減少了對(duì)流管束的磨損，降低了煙氣含塵量，減輕了后續(xù)除塵器的除塵壓力。

2.4 煙氣處理系統(tǒng)

2.4.1 SNCR脫硝系統(tǒng)

SNCR氮氧化物去除系統(tǒng)，通過(guò)在余熱鍋爐高溫區(qū)間的水冷壁上均勻噴入5%～10%的尿素水溶液，使得尿素與煙氣中氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，降低煙氣中氮氧化物的濃度。

2.4.2 急冷系統(tǒng)

急冷塔在快速冷卻煙氣的過(guò)程中，煙氣溫度降低的同時(shí)，還去除了部分煙塵。煙塵在急冷塔底部由閥門排出塔外。急冷塔噴水量根據(jù)煙氣溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，增加急冷水量，反之，則減少水量，同時(shí)根據(jù)噴水量的變化自動(dòng)調(diào)整霧化用壓縮空氣量。

2.4.3 干法脫酸系統(tǒng)

煙氣經(jīng)過(guò)急冷后進(jìn)入干式脫酸塔中，石灰粉通過(guò)羅茨風(fēng)機(jī)吹送入反應(yīng)塔內(nèi)，與煙氣中的酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，達(dá)到脫酸效果。未反應(yīng)的石灰粉隨煙氣進(jìn)入布袋除塵器后，被吸附在除塵濾袋的表面，繼續(xù)與煙氣中的酸性氣體反應(yīng)，達(dá)到提高石灰粉利用率和脫酸效率的目的。

2.4.4 活性炭吸附

2.4.5 布袋除塵

煙氣進(jìn)入布袋除塵器后，經(jīng)過(guò)濾袋時(shí)粉塵被阻留在濾袋表面，凈化后的氣體通過(guò)濾袋口進(jìn)入清潔室，并由出風(fēng)口排出。

布袋除塵器運(yùn)行過(guò)程中，濾袋外表面附著的粉塵逐漸增多，導(dǎo)致煙氣阻力增大，所以需要定時(shí)吹灰。當(dāng)布袋除塵系統(tǒng)阻力大于設(shè)定值時(shí)(1 200 Pa，可調(diào))，同樣需要及時(shí)開(kāi)啟脈沖噴吹系統(tǒng)對(duì)濾袋進(jìn)行清灰。時(shí)間設(shè)定和壓差設(shè)定同時(shí)有效，以時(shí)間為主壓差優(yōu)先原則進(jìn)行清灰。

由于危險(xiǎn)廢物焚燒所產(chǎn)生煙氣中的氯化物具有很強(qiáng)的吸水性，所以需要在除塵器灰斗上安裝電加熱器進(jìn)行伴熱，避免出現(xiàn)飛灰板結(jié)搭橋等現(xiàn)象，電加熱器和灰斗外表面需要保溫，保證外表面溫度小于50 ℃。

2.4.6 兩級(jí)濕法脫酸系統(tǒng)

常規(guī)設(shè)置兩級(jí)濕式脫酸系統(tǒng)，煙氣從布袋除塵器出口首先進(jìn)入預(yù)冷器中，進(jìn)行初步的脫酸，煙氣溫度由170 ℃降至70 ℃，然后進(jìn)入洗滌塔中進(jìn)行深度脫酸。濕法脫酸系統(tǒng)采用NaOH中和吸收煙氣中的酸性氣體(SO2、HCl、HF等)。堿液通過(guò)輸送泵送至濕法脫酸系統(tǒng)。

濕法脫酸是深度脫酸，采用兩個(gè)脫酸塔串聯(lián)的方式進(jìn)行，可以保證SO2、HCl等酸性氣體的去除率達(dá)到《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》GB18484—2014(征求意見(jiàn)稿)要求，脫酸效率高，即便是煙氣酸性污染物更高，也能保證煙氣達(dá)標(biāo)排放。

脫酸塔產(chǎn)生的含鹽廢水送污水處理站進(jìn)行處置。

2.4.7 煙氣加熱器

經(jīng)濕法脫酸后的煙氣含水率較高，如果直接排入大氣，則會(huì)在煙囪出口處因?yàn)闇囟冉档?，?dǎo)致水蒸氣冷凝，產(chǎn)生白色煙羽，影響視覺(jué)效果。所以需要采用蒸汽加熱煙氣，利用煙氣加熱器將煙氣溫度加熱到130 ℃后經(jīng)引風(fēng)機(jī)排入煙囪，避免水蒸氣在煙囪出口出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。

煙氣加熱器采用蒸汽來(lái)加熱煙氣，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本及維修費(fèi)用較低，便于維護(hù)，系統(tǒng)阻力小等特點(diǎn)。

2.4.8 煙氣處理系統(tǒng)問(wèn)題分析

煙氣處理系統(tǒng)普遍存在一些問(wèn)題，分析如下。

(1) 濕法脫酸系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的含鹽廢水，處置困難，污水處理成本高。有部分企業(yè)會(huì)將濕法脫酸系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水用于急冷塔噴淋，以達(dá)到減少污水的目的。但是由于廢水中的含鹽量高，會(huì)導(dǎo)致急冷塔噴槍結(jié)鹽堵塞，急冷塔底部結(jié)鹽等問(wèn)題。

(2) 某項(xiàng)目嘗試在脫酸廢水中加入阻鹽劑，以防止污水中的鹽分析出，再將此廢水引至急冷塔用于急冷。試驗(yàn)結(jié)果比較理想，噴槍很少出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

(3) 近些年來(lái)，部分企業(yè)采用小蘇打代替消石灰進(jìn)行干法脫酸，小蘇打的反應(yīng)效率比消石灰更高。但是，個(gè)人意見(jiàn)是要根據(jù)實(shí)際情況慎用小蘇打。

某危廢焚燒項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用的是小蘇打脫酸，但某段時(shí)期運(yùn)行時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)布袋除塵器阻力過(guò)大的現(xiàn)象。經(jīng)分析研究后發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)時(shí)入爐焚燒的物料灰分(<10%)過(guò)低，導(dǎo)致煙氣中含塵量過(guò)低，除塵器內(nèi)布袋表面吸附的煙塵很少，而小蘇打的吸潮能力強(qiáng)，結(jié)果就是布袋表面吸附了大量水分導(dǎo)致布袋孔堵塞，阻力升高。而更換入爐物料后(灰分>20%)，或者將小蘇打更換為消石灰后，布袋除塵器都恢復(fù)了正常運(yùn)行。所以應(yīng)該根據(jù)燃燒物料的實(shí)際情況選用脫酸藥劑。

3 結(jié) 論

回轉(zhuǎn)窯焚燒處理系統(tǒng)具有焚燒物料適應(yīng)性廣、焚燒徹底、尾氣處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，在危險(xiǎn)廢物處理方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于危險(xiǎn)廢物種類較多、成分復(fù)雜且波動(dòng)較大，在實(shí)際運(yùn)行中需要根據(jù)物料情況實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，對(duì)工人的理論水平和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)要求較高。

本文對(duì)該系統(tǒng)在應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題做了簡(jiǎn)單的分析和總結(jié)，并給出了經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明的解決方案，為回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)提供建議和參考。