危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的探討

程元舒

摘要：近年來，隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，資源開發(fā)和資源消耗持續(xù)增加，帶來了嚴(yán)重的固體廢物環(huán)境的污染。固廢的安全處置，特別是危險廢棄物的處理尤為關(guān)鍵。目前危險廢物的處置以焚燒及安全填埋為主，采用焚燒處置方式處理既可以實現(xiàn)危險廢物的減量化和無害化，同時可以進行熱能的回收利用。焚燒處置中，以回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝的應(yīng)用最為廣泛。本文探討了不同型式的回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的技術(shù)特點。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯焚燒危險廢物工程應(yīng)用

0. 引言

焚燒法是近年來主流的危險廢棄物熱處置技術(shù)，危險廢棄物中的有毒有害物質(zhì)在高溫爐膛內(nèi)氧化和徹底分解，實現(xiàn)固廢的無害化和減量化。其中以回轉(zhuǎn)窯焚燒爐技術(shù)最為成熟，應(yīng)用最為廣泛?；剞D(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)具有廣泛的適用性，可適用于處理大部分的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的可燃危險廢物，同時可以回收焚燒熱能及部分重金屬。

回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的工藝路線主要為：預(yù)處理系統(tǒng)+料坑+上料系統(tǒng)+回轉(zhuǎn)窯（配撈渣機）+二燃室+余熱鍋爐+煙氣處理系統(tǒng)+引風(fēng)機+煙囪排放及相關(guān)的輔助系統(tǒng)。

本文以回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的主要設(shè)備：回轉(zhuǎn)窯和二燃室為主，對回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)進行探討和研究。

1. 回轉(zhuǎn)窯

按照回轉(zhuǎn)窯內(nèi)煙風(fēng)和物料的流動方向，回轉(zhuǎn)窯可以分為順流式和逆流式兩種。按照運回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料的燃燒狀態(tài)，回轉(zhuǎn)窯可以分為灰渣式、熔渣式及熱解式回轉(zhuǎn)窯。目前順流灰渣式回轉(zhuǎn)窯為國內(nèi)處置危廢的主要形式。

1.1順流式回轉(zhuǎn)窯

順流式中物料和煙風(fēng)運動方向一致，物料的干燥段、燃燒段和燃盡段較為比較明顯。順流式回轉(zhuǎn)窯的進料、進風(fēng)以及輔助燃燒器的布置方便，設(shè)備操作維護方便并有利于進料和物料的前處理，同時煙氣在窯內(nèi)停留時間較長，反應(yīng)充分。在實際運行中，順流式回轉(zhuǎn)窯存在著窯內(nèi)物料混合不均勻?qū)е乱捉Y(jié)焦等問題。在處置濕度較大和可彈性較低的危廢物料時，回轉(zhuǎn)窯入口的耐火材料易受物料水分侵蝕，導(dǎo)致處置成本提高，同時也增加了工藝操作運行的難度。

1.2逆流式回轉(zhuǎn)窯

逆流式回轉(zhuǎn)窯中物料和煙氣的運動方向相反，物料的干燥、燃燒和燃盡段沒有明顯分界。逆流式回轉(zhuǎn)窯的窯內(nèi)氣固充分混合，傳熱效率較順流式回轉(zhuǎn)窯高，燃燒速率快;可減少回轉(zhuǎn)窯入口的侵蝕問題，延長爐體壽命，因此適用于濕度大、可彈性較低的廢料。通過窯內(nèi)的配風(fēng)調(diào)節(jié)，可沿回轉(zhuǎn)窯軸向形成氧氣的濃度梯度，有利于形成“熱解-燃燒”工況，可控制二惡英的生成并緩解窯內(nèi)結(jié)焦的情況;回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w可在二燃室內(nèi)燃燒，降低燃料成本;燃燼的殘渣與窯尾的一次風(fēng)換熱，利用殘渣加熱一次風(fēng)的同時冷卻爐渣溫度。但逆流式回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的氣固相對速度較大，隨煙氣帶走的粉塵量較高，增加了后續(xù)煙氣處理的成本。

逆流式回轉(zhuǎn)窯在處置危險廢物的實際工程應(yīng)用中，受溫度和物料湍流程度等因素的影響會出現(xiàn)運行問題，如窯頭溫度過低導(dǎo)致物料不能充分揮發(fā)，使后續(xù)窯體符合過大造成耐火材料的腐蝕，以及灰渣熱灼減率升高，窯頭溫度過高則會出現(xiàn)結(jié)焦問題。危廢物料進入爐膛后，需要保證窯內(nèi)氧氣與物料充分接觸，湍流度需要控制在合理的范圍內(nèi)，才能保證危廢物料處理的效果。因此在實際運行中，需要實時監(jiān)測窯頭的溫度情況以及精準(zhǔn)調(diào)節(jié)窯內(nèi)物料湍流度。

1.3灰渣式回轉(zhuǎn)窯

灰渣式回轉(zhuǎn)窯在燃燒時，窯內(nèi)溫度控制在850至1000℃范圍，回轉(zhuǎn)窯排除的灰渣經(jīng)過冷卻后較為松散，熱灼減率在3%以內(nèi)，滿足環(huán)保要求。在運行溫度范圍內(nèi)，危險廢物對爐膛耐火材料的侵蝕性不強，因此回轉(zhuǎn)窯壽命較長。但較低溫度燃燒增加了煙氣量和運行成本。灰渣式回轉(zhuǎn)窯是目前常用的回轉(zhuǎn)窯形式。

1.4熔渣式回轉(zhuǎn)窯

灰渣式回轉(zhuǎn)窯的熱灼減率較低，焚燒處理較為徹底。運行時窯內(nèi)溫度在1100℃以上，因此對保溫材料和爐膛的耐火材料要求較高，窯頭的進料器、噴槍和燃燒器的壽命大大減少，同時也則增加了輔助燃料的耗量。在高溫下，危廢物料中的重金屬成分揮發(fā)性提高，增加了后續(xù)煙氣處理的負(fù)擔(dān)。熔融的灰渣從窯底流出后急劇冷卻凝固，形成的殘渣可將重金屬等固定，毒性較灰渣式回轉(zhuǎn)窯排放的殘渣較低。但窯壁上會附著爐渣，回轉(zhuǎn)窯的熔渣出口易堵塞。進料中的低熔點化合物還會導(dǎo)致熔渣在冷卻過程中發(fā)生爆炸。

1.3熱解式回轉(zhuǎn)窯

熱解式回轉(zhuǎn)窯運行溫度在700至800℃范圍，危廢物料在此溫度下熱解氣化，產(chǎn)生可燃?xì)怏w在二燃室內(nèi)燃燒，降低了輔助燃料的消耗，煙氣量較低，可降低后續(xù)煙氣凈化設(shè)備的成本。但由于燃燒溫度較低，導(dǎo)致物料燃燒不充分，灰渣殘留高，熱灼減率較高。但由于其節(jié)約能源和降低成本的優(yōu)勢較為明顯，代表了資源節(jié)約型的發(fā)展方向。因此具有發(fā)展前景。

2. 二燃室

二燃室在回轉(zhuǎn)窯后，作用是進一步燃燒并分離回轉(zhuǎn)窯出口中的煙氣。二燃室布置有燃燒器，通過輔助燃料和廢液的燃燒提供二燃室內(nèi)部較高的溫度，同時加強煙氣擾動，達(dá)到充分燃燒。二燃室運行溫度在1100℃，并使煙氣的停留時間大于2s，使煙氣中的有機物能夠得到充分燃燒。二燃式設(shè)置有助燃風(fēng)，在二燃室內(nèi)形成向下切向螺旋，為繼續(xù)燃燒提供氧氣并加強煙氣的混合及擾動，助燃風(fēng)風(fēng)速設(shè)置為30至50m/s。助燃風(fēng)機自廢物料坑取風(fēng)，既減少料坑內(nèi)的有機氣體排放，同時維持料坑的負(fù)壓。二燃室頂端設(shè)置緊急排放煙囪，當(dāng)發(fā)生緊急停爐時（緊急停電或停水時）開啟。二燃室運行時的工藝參數(shù)控制采用“3T+E”法，即控制回轉(zhuǎn)窯出口煙氣的溫度范圍、煙氣在二燃室內(nèi)停留足夠時間、燃燒過程中保證合理的湍流度和過量空氣系數(shù)。

目前工程上較多應(yīng)用直筒式二燃室。由于缺少燃料和空氣，煙氣在回轉(zhuǎn)窯至二燃室的過度煙道內(nèi)不能充分燃燒，因此過度煙道內(nèi)容易發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象。在直筒式二燃室內(nèi)，煙氣的紊流程度小，二次燃燒不充分，使排放的煙氣中污染物和含塵量相對較高，增加了后續(xù)煙氣處理的成本。在工程應(yīng)用上也有采用多段煙道式二燃室，此種形式的二燃室增加了煙道長度，煙氣擾動程度大，停留時間長，飛灰易在煙道內(nèi)沉降，減少出口煙氣的含塵量和有機物。但此種類型的二燃室存在占地面積大，高溫受熱面較大，積灰結(jié)焦磨損嚴(yán)重和煙氣阻力較大等不足，增加了設(shè)備投資和運營成本。

3. 結(jié)語

順流灰渣式回轉(zhuǎn)窯和直筒式二燃室為目前國內(nèi)危廢處理中的主流形式，在目前工程實踐中應(yīng)用良好。逆流式回轉(zhuǎn)窯目前應(yīng)用較少，熱解式回轉(zhuǎn)窯技術(shù)仍處于試驗階段，一些技術(shù)問題尚待解決，但由于其降低能源消耗的特點，代表了回轉(zhuǎn)窯發(fā)展的技術(shù)方向，對于資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會而言十分重要。

隨著我國危險廢棄物處置政策的出臺，不同規(guī)模的危廢處置項目陸續(xù)開展建設(shè)。危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒處理工藝的物料適應(yīng)性較好，工藝成熟，操作便捷，處置效果較好。隨著環(huán)保要求和排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，促進回轉(zhuǎn)窯處置危廢工藝技術(shù)的綠色發(fā)展。

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