危險廢物焚燒系統(tǒng)工藝設計

蔡峰 徐海 陳振東 劉國鋒

摘要：“回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸+布袋除塵+濕式洗滌”是危廢焚燒領域應用最廣泛的處理工藝。以某工程為例，描述其工藝設計，總結(jié)其設計創(chuàng)新點。

關鍵詞：危險廢物;焚燒;回轉(zhuǎn)窯;煙氣凈化

危險廢物是指被列入《國家危險廢物名錄》，或由國家按照一定的技術標準認定為具有毒性、腐蝕性、易燃性、反應性或感染性的廢棄物。危險廢物的種類多、成分復雜，具有毒性、腐蝕性、易燃易爆性，其污染具有潛在性和滯后性，是全球環(huán)境保護的重點和難點。

危廢處理方式主要包括資源化利用和無害化處置。資源化利用是將廢物中具有再利用價值的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為資源化產(chǎn)品進行銷售;無害化處置是對危廢進行無害化、減量化及最終處置，具體處置方式有焚燒、物化、填埋等。焚燒法是高溫分解和深度氧化的綜合過程，通過焚燒可以使可燃性危險廢物氧化分解，達到減少容積、去除毒性、回收能量及副產(chǎn)品的目的。目前，國內(nèi)90%以上的危險廢物處置中心都采用焚燒處理工藝[1]。

1 焚燒工藝選擇

1.1 總體要求

危險廢物焚燒處理工藝必須滿足以下條件：（1）廢物必須經(jīng)過高溫燃燒以徹底焚毀有毒物質(zhì);（2）煙氣中的含毒有機物也必須在高溫下徹底燃燼（《危險廢物焚燒污染控制排放標準》規(guī)定，二次燃燒室的焚燒溫度應高于1100℃，停留時間不少于2 s）;（3）尾氣、殘渣、污水、飛灰需妥善處理和達標排放;（4）處理全過程需無接觸、無泄露、無污染;（5）焚燒設備保證氣密性，防止有害物質(zhì)泄露;（6）為了避免裝、出料的二次污染和頻繁啟、停爐造成煙氣中的二口惡英超標，系統(tǒng)必須連續(xù)不間斷地運行。

1.2 爐型選擇

焚燒爐的結(jié)構形式與廢物的種類、性質(zhì)和燃燒形態(tài)等因素有關。適用于固體廢物的焚燒爐類型較多，主要有機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、回轉(zhuǎn)窯焚燒爐等。

機械爐排焚燒爐設備維修較復雜，投資較高，多用于生活垃圾焚燒;流化床焚燒爐主要適用于污泥焚燒;熱解焚燒爐適用于揮發(fā)性物質(zhì)含量較高的廢物（如廢輪胎、醫(yī)療廢物等），一般需對入爐物料進行配料預處理;回轉(zhuǎn)窯焚燒爐對物料的適應性較強，技術成熟，運行可靠，且操作簡單，是國家工信部、環(huán)保部重點推薦的廢物處理爐型，已廣泛應用于危廢焚燒領域。

1.3 煙氣凈化工藝選擇

去除酸性氣體的工藝有干法脫酸、半干法脫酸、濕式洗滌等;去除NOx 的工藝有選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原技術（SCR）等;去除顆粒物的工藝有旋風除塵、布袋除塵、靜電除塵等;去除二口惡英及重金屬的工藝有活性碳噴射、活性碳固定床等。應針對不同的煙氣成分及污染排放要求，選擇不同的煙氣凈化工藝。

隨著煙氣凈化技術的發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，危廢焚燒煙氣凈化主要有4種工藝：半干法、濕法、半干法+濕法、干法+濕法。濕法工藝應用最多，其次為半干法。濕法工藝對污染物的去除率高，但水耗較大，產(chǎn)生的廢水量大，系統(tǒng)復雜。半干法工藝的二次產(chǎn)物很少，易處理，但酸性氣體去除率較濕法工藝低;在同樣需要濕法的情況下，干法+濕法工藝具有產(chǎn)生的污泥及廢水少、重金屬及二口惡英去除效果好、投資低、運行費用低等優(yōu)點[2]。

“回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸+布袋除塵+濕式洗滌”的煙氣凈化組合工藝是應用最為廣泛的一種成熟技術，其特點是操作彈性大、有害物去除率高、反應劑消耗量較少、可有效控制二口惡英等。

2 焚燒工藝設計

2.1 工藝概述

以江蘇省某危廢處置中心為例，處理規(guī)模為10000 t/a，設置1條33.3 t/d的回轉(zhuǎn)窯焚燒處理線，焚燒系統(tǒng)24 h連續(xù)運行，設計年正常運行時間為7200 h。焚燒系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

危險廢物由運輸車卸入儲坑，通過抓斗起重機送至進料斗，經(jīng)推料裝置送入回轉(zhuǎn)窯處理。在回轉(zhuǎn)窯中，廢物依次經(jīng)歷著火、燃燒和燃燼階段，未燃燼的高溫煙氣進入二燃室繼續(xù)燃燒，產(chǎn)生的爐渣經(jīng)出渣機排出。二燃室出口煙氣依次進入余熱鍋爐和急冷塔降溫。急冷塔出口煙氣采用干法脫酸，煙氣中的酸性氣體與消石灰發(fā)生中和作用、煙氣中的重金屬及二口惡英與活性炭發(fā)生吸附作用，得到一定程度的去除，隨后進入布袋除塵器去除粉塵。除塵出口煙氣在濕式洗滌塔內(nèi)被凈化，進一步去除煙氣中的酸性氣體。經(jīng)過濕式洗滌后，煙氣的濕度較大，直接排放可能會出現(xiàn)“白煙”。利用余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，將排入煙囪的煙氣加熱到露點以上，經(jīng)引風機抽吸，通過煙囪達標排至大氣。

2.2 工藝特點分析

2.2.1 進料系統(tǒng)

危險廢物進料系統(tǒng)有對稱多處理機（Symmetrical Multi- Processing，SMP）、無軸雙螺旋進料、推桿進料、溜槽進料等種類。 SMP系統(tǒng)由破碎機、混合器、柱塞泵等組成，系統(tǒng)自動化程度高、安全可靠，主要適用于液體廢物比例超過50%的廢物進料，廢物通過柱塞泵送入焚燒爐，進料均勻、燃燒穩(wěn)定。目前，全球已經(jīng)運營和即將運營的SMP系統(tǒng)超過60個，但該系統(tǒng)設備投資較高。無軸雙螺旋進料機采用無中心軸設計，利用具有一定柔性的整體鋼制螺旋推送物料，具有抗纏繞性強等優(yōu)點。該系統(tǒng)主要適用于醫(yī)療廢物進料，不適用于液體含量高的廢物進料，其抗回火性能差。推桿進料是危廢焚燒領域應用最廣泛的進料方式，進料通道內(nèi)需砌筑澆注料或外部設水夾套。若內(nèi)部砌筑澆注料，進料通道不平整會影響推桿的平穩(wěn)運行;若采用水夾套，因與高溫煙氣直接接觸，長期運行會引起水夾套漏水。溜槽進料由料斗、上下兩個插板以及垂直溜槽和傾斜溜槽組成（見圖2），該系統(tǒng)密閉性好、對物料的適應性強，可防止回火、堵塞，且能夠防止廢物在進料裝置中粘結(jié)、結(jié)焦。此外，廢物在溜槽內(nèi)高溫燃燒（燃燒溫度約600℃），可避免有毒有害物質(zhì)擴散，溜槽外采用獨特的水冷管設計，可避免漏水、溜槽及水冷管外側(cè)砌筑澆注料，還可防止設備受煙氣高溫腐蝕。

2.2.2 布袋除塵器

布袋除塵器是一種干式濾塵裝置，濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾。含塵氣體進入袋式除塵器后，顆粒大、比例大的粉塵由于重力作用沉降下來并落入灰斗，而含有細小粉塵的氣體通過濾料時，粉塵會被阻留，氣體得到凈化。

根據(jù)殼體結(jié)構形式及內(nèi)部構造，除塵器可分為傳統(tǒng)的方形除塵器和切向進氣的圓形除塵器。本工程采用圓形除塵器，其外形如圖3所示，與方形除塵器相比，具有以下優(yōu)點：（1）圓形結(jié)構無死角，不易在死角處產(chǎn)生結(jié)露，可延長布袋除塵器的使用壽命。（2）位于頂部的270°旋風進風，可以對煙氣中的大顆粒粉塵進行預分離，防止大顆粒粉塵撞擊在布袋上影響布袋使用壽命，甚至可延長布袋的使用壽命;可產(chǎn)生自上而下的旋風氣流，使內(nèi)部粉塵和溫度達到均勻分布的效果，保證除塵器進出口的煙氣溫差在10℃以內(nèi)，防止內(nèi)部產(chǎn)生結(jié)露，延長殼體使用壽命;自上而下的旋風氣流可以輔助清灰，實現(xiàn)低壓長布袋的清灰效果，也可以減少壓縮空氣的消耗量。（3）底部采用平底帶刮刀設計，可保證時時在線清灰，不會有飛灰在底部堆積，加上內(nèi)部均勻的溫度分布特性，可避免底部板結(jié)問題的發(fā)生。（4）采用長布袋設計，最長可達10 m，由于長度的增加，在相同過濾面積下，布袋數(shù)量越少，占地面積越小。（5）頂部采用潔凈氣室設計，配以雙重隔熱門，可保證煙氣的“零”泄露。

2.2.3 消石灰、活性碳加藥系統(tǒng)

傳統(tǒng)的消石灰進料采用“星型給料機+螺旋輸送機+文丘里管”或“圓盤給料機+羅茨風機”的方式。上述進料方式能發(fā)揮藥劑投加功能，但不能解決石灰倉的板結(jié)問題。本工程采用“破拱機+螺旋輸送機+文丘里管”的進料方式。加藥裝置如圖4所示。

該系統(tǒng)由攪拌軸組件、螺旋輸送機、文丘里管等組成。石灰倉底部布置攪拌軸，軸上沿高度方向設兩層刀片，當攪拌軸電機通電后，攪拌軸旋轉(zhuǎn)運動，刀片攪動倉內(nèi)物料，防止物料板結(jié)，當碰到堅硬物料時，其刀片會自動收縮，防止刀片損壞。物料經(jīng)攪動后落入下方的螺旋輸送機中，螺旋輸送至文丘里管，在文丘里管末端通入羅茨風或壓縮空氣，將藥劑氣力輸送至干式脫酸塔。螺旋輸送機配置變頻電機，倉體設失重秤，通過流量信號控制螺旋輸送機轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)自動控制。

2.2.4 引風機布置

引風機既可以布置于煙氣加熱器之后，也可以布置于布袋除塵器之后。本工程將引風機布置于除塵器之后，主要優(yōu)點如下：（1）若布置于煙氣加熱器之后，煙氣中未完全脫除的酸性氣體冷凝后會引起風機葉輪及外殼的腐蝕。（2）布置于除塵器之后，煙氣溫度約180℃，遠高于酸露點，不會引起設備腐蝕，甚至可以適當調(diào)整葉輪的材質(zhì)。

2.2.5 濕式洗滌塔

濕式洗滌塔本體材質(zhì)有玻璃鋼、碳鋼襯玻璃鱗片、碳鋼襯大理石、高溫區(qū)碳鋼襯玻璃鱗片、低溫區(qū)玻璃鋼等種類。玻璃鋼、玻璃鱗片的使用溫度一般約為160℃，而洗滌塔入口煙氣溫度約為180℃。由于煙氣溫度超過玻璃鱗片的使用溫度，長期使用玻璃鱗片會融化，導致碳鋼塔體腐蝕。大理石砌筑時會留縫隙，洗滌循環(huán)水會逐步滲入縫隙，引起大理石脫落并導致碳鋼塔腐蝕。

本工程洗滌塔采用玻璃鋼結(jié)構，在洗滌塔入口煙道上方設降溫噴頭，降溫后的煙氣溫度約為90℃，降溫水接自循環(huán)泵出口，不會增加循環(huán)水量，而且能保證玻璃鋼洗滌塔長期穩(wěn)定運行。降溫噴槍采用雙流體噴槍，冷卻水經(jīng)霧化后，與煙氣直接混合，經(jīng)過吸熱蒸發(fā)后，實現(xiàn)煙氣降溫。為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，噴槍應作設備用。冷卻水入口設調(diào)節(jié)閥，通過煙氣溫度連鎖控制調(diào)節(jié)閥開度。

3 結(jié)論

（1）回轉(zhuǎn)窯焚燒爐具有對物料的適應性強、技術成熟、操作簡單等優(yōu)點，已廣泛應用于危廢焚燒領域。

（2）“回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸+布袋除塵+濕式洗滌”的煙氣凈化組合工藝是應用最為廣泛的成熟技術。

（3）以江蘇省某危廢處置中心為例，介紹其關鍵工藝的技術特點，采取上述設計后，可顯著提高焚燒系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

[參考文獻]

[1]肖燕，伍長青，李軍.危險廢物焚燒工程實例介紹[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2016（5）：24-27.

[2]陳敬軍.危險廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的工藝設計[J].有色冶金設計與研究，2016（28）：81-83.

Process design of hazardous waste incineration system

Cai Feng1， Xu Hai2， Chen Zhendong3， Liu Guofeng4

[1.JiangyinJinxiu Jiangnan Environmental Development Co. Ltd.， Jiangyin 214400， China;2.Shanghai Municipal Engineering Design andResearch Institute （Group） Co. Ltd.， Shanghai 200092， China]

Abstract：“Rotary kiln+second combustion chamber+waste heat boiler+quench tower+dry depickling+bag filter+wet washing” is the mostwidely used treatment technology in the filed of hazardous waste incineration. Taking a project as an example， its process design is described andits design innovation is summarized.

Key words： hazardous waste; incineration; rotary kiln; gas treatment