移動(dòng)床鍋爐焚燒制鞋廢料的污染物排放研究

摘要：通過(guò)焚燒法來(lái)處理制鞋廢料既能減量化，又能實(shí)現(xiàn)熱能回收，是十分理想的處理方式。然而，制鞋廢料焚燒時(shí)產(chǎn)生的污染物排放一直備受關(guān)注。文中從常見(jiàn)的小型移動(dòng)床層燃鍋爐入手，以制鞋廢料為燃料，對(duì)焚燒產(chǎn)生的污染物排放情況進(jìn)行檢測(cè)，并分析污染物存在的原因，提出煙氣清潔排放的相關(guān)防治建議。

關(guān)鍵詞：制鞋廢料;鍋爐焚燒;二噁英;污染物排放

Study on Pollutant Emission of Shoemaking Waste Incineration in the Moving Bed Boiler

YOU Yi-Cong

（Quanzhou Branch of Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute， Quanzhou 362000， Fujian， China）

Abstract： Its an ideal way to treat shoemaking waste by incineration， which can not only reduce the amount， but also realize the recovery of heat energy. However， the emission of pollutants from the incineration of shoemaking waste has attracted much attention. This paper starts with the common small-scale moving bed combustion boiler， uses shoe-making waste as fuel， detects the pollutant emission from incineration， analyzes the causes of pollutants， and puts forward relevant prevention and control suggestions for clean emission of flue gas.

Key Words： Shoemaking waste; Boiler incineration; Dioxins; Pollutant emission

1引言

我國(guó)是世界公認(rèn)的制鞋大國(guó)，每年生產(chǎn)的鞋類產(chǎn)品約占世界總產(chǎn)量的60%。然而在制鞋過(guò)程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生大量的邊角料。這些邊角料由于成分多樣、形態(tài)瑣碎無(wú)規(guī)則、工業(yè)回收再利用困難等問(wèn)題，大多只能當(dāng)作固體廢料加以處置[1]。相對(duì)于露天堆放或填埋法，通過(guò)焚燒法來(lái)處理制鞋廢料不僅能達(dá)到減量化，又能實(shí)現(xiàn)熱能回收，無(wú)疑是十分理想的處理方式。然而，制鞋廢料焚燒時(shí)產(chǎn)生的污染物排放一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

采用移動(dòng)床鍋爐焚燒處理固體廢物目前在我國(guó)及歐美地區(qū)均已得到廣泛應(yīng)用且技術(shù)相對(duì)成熟[2-4]。這是因?yàn)橐苿?dòng)床鍋爐對(duì)處理固體廢物具有適應(yīng)性強(qiáng)、故障少、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)。但是，在處理制鞋廢料這種特殊固體廢物上的應(yīng)用，相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道仍不多見(jiàn)[5]。文中從常見(jiàn)的小型移動(dòng)床式層燃鍋爐入手，以制鞋廢料為燃料，對(duì)焚燒產(chǎn)生的污染物排放情況進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析污染物存在的原因，提出煙氣清潔排放的防治建議。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1移動(dòng)床制鞋廢料焚燒鍋爐及除塵系統(tǒng)

文中選用的移動(dòng)床焚燒鍋爐為制鞋廠常用的臥式鏈條爐排有機(jī)熱載體鍋爐，鍋爐型號(hào)：YLW-4700S，測(cè)試時(shí)使用的燃料為制鞋廢料。在煙氣系統(tǒng)中，該鍋爐煙道尾部配有2座旋風(fēng)除塵器（D×H=2.5m×6.0m）和6臺(tái)布袋除塵器（D×H=2.5m×6.0m），燃燒廢氣經(jīng)引風(fēng)機(jī)通過(guò)一根40米高的磚砌煙囪向大氣排放。鍋爐及除塵系統(tǒng)的平面布置圖見(jiàn)圖1。

2.2燃燒工況介紹

燃燒工況主要由現(xiàn)場(chǎng)的爐膛出口（即第二煙道入口處）煙溫和鍋爐本體出口（即末端熱水器前）煙溫判斷。溫度測(cè)量采用鎧裝S型熱電偶，測(cè)溫范圍為0℃～1300℃。熱電偶外部套有不銹鋼鋼管進(jìn)行保護(hù)，經(jīng)測(cè)孔垂直插入側(cè)墻內(nèi)以獲取爐膛及鍋爐本體出口處的煙氣溫度信息。經(jīng)測(cè)試，尾氣污染物檢測(cè)期間，爐膛出口（即第二煙道入口處）煙溫在800℃～1100℃之間，平均值約為950℃;鍋爐本體出口（末端熱水器前）的煙溫在234℃～249℃之間，平均值約為242℃。

2.3尾氣污染物測(cè)試情況說(shuō)明

邀請(qǐng)資質(zhì)齊全的第三方檢測(cè)公司分別對(duì)該鍋爐進(jìn)行煙氣污染物排放測(cè)試。其中，煙氣（塵）采樣點(diǎn)位、重金屬及其化合物類污染物監(jiān)測(cè)點(diǎn)為鞋材廢料焚燒爐布袋除塵后端廢氣排放口處（1#采樣點(diǎn)，見(jiàn)圖1標(biāo)注）。二噁英類污染物采樣點(diǎn)位分別為進(jìn)布袋除塵器前端（2#采樣點(diǎn)）、布袋除塵器內(nèi)（3#采樣點(diǎn)）和布袋除塵器后端（1#采樣點(diǎn)）三個(gè)位置。以上檢測(cè)頻次均為連續(xù)3次。

各類污染物的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)（方法）和所使用的儀器名稱及型號(hào)詳見(jiàn)表1。煙氣（塵）和重金屬類含量實(shí)際采樣工況信息見(jiàn)表2。

3 污染物排放測(cè)試結(jié)果

3.1煙氣（塵）測(cè)試情況

采樣點(diǎn)位為1#采樣點(diǎn)處，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。在平均標(biāo)干流量5711m3/h下，顆粒物（煙塵）含量為ND，即為未檢出。汞及其化合物實(shí)測(cè)平均濃度為0.0166mg/m3，折算平均濃度為0.0200mg/m3。二氧化硫的實(shí)測(cè)濃度為1.16×103mg/m3，折算濃度為1.39×103mg/m3，超出GB 18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》[6]及修改單表4（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定”）中的控制值100mg/m3（1h均值）。氮氧化物的實(shí)測(cè)濃度為400mg/m3，折算濃度為480mg/m3，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的控制值300mg/m3（1h均值）。一氧化碳的實(shí)測(cè)濃度為283mg/m3，折算濃度為339mg/m3，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的控制值100mg/m3（1h均值）。氯化氫的實(shí)測(cè)濃度為0.88mg/m3，折算濃度為1.06mg/m3，大大低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的控制值60mg/m3（1h均值）。氟化氫的排放濃度為ND，即為未檢出。

3.2 重金屬及其化合物測(cè)試情況

采樣點(diǎn)位為1#采樣點(diǎn)處，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。在平均標(biāo)干流量5425m3/h下，銻、砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物（以Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni計(jì)）實(shí)測(cè)濃度為0.107mg/m3，折算濃度為0.135mg/m3，低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的控制值1.0mg/m3（測(cè)定均值）。鎘、鉈及其化合物（Cd+Tl計(jì)），實(shí)測(cè)濃度為1.5×10-4mg/m3，折算濃度為1.9×10-4mg/m3，低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的控制值0.1mg/m3（測(cè)定均值）。

3.3 二噁英類污染物測(cè)試情況

二噁英類，是指多氯代二苯并-對(duì)-二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的統(tǒng)稱。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，本次檢測(cè)的二噁英類為PCDDs和PCDFs的總量，濃度為毒性當(dāng)量（TEQ）的質(zhì)量濃度。其中，PCDDs包含2，3，7，8-T4CDD、1，2，3，7，8-P5CDD、1，2，3，4，7，8-H6CDD、1，2，3，6，7，8-H6CDD、1，2，3，7，8，9-H6CDD、1，2，3，4，6，7，8-H7CDD和O8CDD;PCDFs包含2，3，7，8-T4CDF、1，2，3，7，8-P5CDF、2，3，4，7，8-P5CDF、1，2，3，4，7，8-H6CDF、1，2，3，6，7，8-H6CDF、2，3，4，6，7，8-H6CDF、1，2，3，7，8，9-H6CDF、1，2，3，4，6，7，8-H7CDF、1，2，3，4，7，8，9-H7CDF和O8CDF。

對(duì)于煙氣（塵）中的二噁英類，對(duì)進(jìn)布袋除塵前端采樣口（2#采樣點(diǎn)）進(jìn)行采樣檢測(cè)3次，經(jīng)檢測(cè)三次結(jié)果分別為：11ng/m3、14ng/m3、11ng/m3，平均含量為12ng/m3;對(duì)布袋除塵后端采樣口（1#采樣點(diǎn)）進(jìn)行采樣檢測(cè)3次，經(jīng)檢測(cè)三次結(jié)果分別為2.6ng/m3、0.93ng/m3、2.5ng/m3，平均含量為2.0ng/m3。對(duì)布袋除塵器里的飛灰（3#采樣點(diǎn)）進(jìn)行隨機(jī)采樣3次，經(jīng)檢測(cè)該部分的二噁英類含量分別為80μg/kg、46μg/kg、73μg/kg，平均含量為66μg/kg。具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

4結(jié)果討論與原因分析

4.1 測(cè)試結(jié)果概述與分析

參照GB 18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》及修改單4的排放要求，由測(cè)試結(jié)果可知，煙氣中的顆粒物（煙塵）含量為未檢出，說(shuō)明通過(guò)配套的除塵設(shè)備（旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器）效果足夠好，可以滿足顆粒物（煙塵）達(dá)標(biāo)排放、甚至超低濃度排放的要求。煙氣檢測(cè)中有少量氯化氫存在，但遠(yuǎn)低于排放限值，能滿足清潔排放;煙氣檢測(cè)中幾乎無(wú)氟化氫含量，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn);各類重金屬類含量也遠(yuǎn)低于排放限值，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明制鞋廢料中重金屬含量較低。值得關(guān)注的是，參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，煙氣中的SO2、NOx、CO均不同程度地存在濃度超標(biāo)排放，二噁英類的排放濃度也存在超標(biāo)。

4.2? SO2排放濃度高的原因分析與防治建議

SO2濃度排放超標(biāo)說(shuō)明在鞋材廢料中，仍然有相當(dāng)程度的含硫材料存在，在燃燒過(guò)程中徹底釋放出來(lái)，加上該鍋爐尾部未配備相應(yīng)的脫硫裝置導(dǎo)致排放超標(biāo)。因此，在此類焚燒爐的設(shè)計(jì)上，應(yīng)考慮在鍋爐煙道尾部加裝脫硫裝置，這樣不但可以有效去除SO2的排放，同時(shí)也對(duì)酸性氣體（如HCl、HF等）的去除大大有利。

4.3 NOx排放濃度超標(biāo)的原因分析與防治建議

NOx排放濃度高，主要跟燃燒有關(guān)。焚燒煙氣中NOx中主要成分是NO，約占90%，NO2占5%～10%，從形成機(jī)理上劃分，可以分為熱力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx[7]。當(dāng)焚燒爐溫度大于1200℃時(shí)，溫度每增加100℃，反應(yīng)速率成指數(shù)增長(zhǎng)，熱力型NOx相應(yīng)增加。當(dāng)焚燒爐溫度不超過(guò)1200℃，煙氣中NOx的來(lái)源主要是燃料中的氮化合物在高溫燃燒的條件下，與氧氣反應(yīng)生成的燃料型NOx?？焖傩蚇Ox是指碳?xì)淙剂显谌紵^(guò)程中，當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)小，而燃料濃度大時(shí)，會(huì)快速生成NOx。從鍋爐運(yùn)行工況數(shù)據(jù)可知，本鍋爐爐膛溫度基本運(yùn)行在1200℃以下，熱力型NOx生成量少，因此主要是燃料型NOx和快速型NOx。由于制鞋廢料的燃燒著火點(diǎn)較低，著火迅速，過(guò)量空氣系數(shù)迅速降低;同時(shí)，制鞋廢料為成捆投料燃燒，著火初期燃料又相對(duì)充足，因此，燃料型NOx和快速型NOx迅速增加，最終導(dǎo)致排放濃度明顯超標(biāo)。對(duì)于NOx的防治，應(yīng)先通過(guò)調(diào)整燃燒工況和配風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，再結(jié)合后端二噁英的防治設(shè)施協(xié)同脫除。

4.4 CO排放濃度高的原因分析與防治建議

CO是不完全燃燒的產(chǎn)物之一。CO含量高是因?yàn)槟壳笆忻嫔系闹菩瑥U料為成包捆扎成方塊狀（重量約200kg/包）投料，投料初期由于制鞋廢料迅速著火，爐內(nèi)出現(xiàn)暫時(shí)的供氧不足，從而造成部分燃燒不充分現(xiàn)象，最終導(dǎo)致CO濃度排放超標(biāo)。因此，給料均勻性差是造成CO超標(biāo)的主要原因。對(duì)于CO的排放防治，主要以燃燒前端控制為主。將制鞋廢料壓縮制備成較小模塊，或者將制鞋廢料和木材聯(lián)合加工成制鞋廢料衍生物[8]，都能大大提高給料的均勻性，是將CO含量控制在達(dá)標(biāo)排放范圍內(nèi)的一大解決思路。

4.5 二噁英類的排放問(wèn)題分析與防治建議

通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)布袋除塵前，二噁英平均含量為12ng/m3;對(duì)進(jìn)入布袋除塵后端的煙氣進(jìn)行測(cè)試，二噁英平均含量為2.0ng/m3。這說(shuō)明制鞋材料燃燒還是會(huì)產(chǎn)生二噁英類物質(zhì)。另外，從對(duì)布袋除塵器里的飛灰的采樣檢測(cè)結(jié)果，平均含量為66μg/kg也可以看出，在這種燃燒工況下二噁英是普遍存在于煙氣中，并且以飛灰攜帶為主。雖然通過(guò)布袋除塵器，可以使顆粒物幾乎完全除盡以及捕捉大部分飛灰中的二噁英，但是煙氣中仍平均存在2.0ng/m3。根據(jù)GB 18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》及修改單表5規(guī)定，對(duì)于處理能力<50t/d的，應(yīng)將排放指標(biāo)控制在1.0ng/m3以內(nèi)。因此，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在布袋除塵器后端（1#采樣點(diǎn)）的第二次檢測(cè)結(jié)果其實(shí)是能滿足排放控制要求。不過(guò)，要進(jìn)一步降低二噁英類的排放，還需通過(guò)有效的去除設(shè)備來(lái)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)。有文獻(xiàn)[9]報(bào)道，在布袋除塵前端加裝活性炭噴射塔技術(shù)，對(duì)生活垃圾焚燒中的二噁英去除效率能達(dá)到99%。此外，活性炭也能吸附煙氣中的SO2和NOx，降低SO2和NOx的排放，對(duì)制鞋廢料焚燒的清潔排放也是大大有益。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)制鞋廢料在移動(dòng)床層燃鍋爐上焚燒的煙氣、飛灰檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，僅通過(guò)旋風(fēng)除塵器和布袋除塵器的配置，煙氣中顆粒物、絕大多數(shù)污染物氣體和重金屬及其化合物都能達(dá)到《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》中的控制值排放，但SO2、NOx、CO和二噁英類排放仍然會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的排放濃度。因此，不能直接將制鞋廢料在這種小型鍋爐上焚燒處理。要做到制鞋廢料在鍋爐上焚燒的清潔排放，可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）將制鞋廢料制成小模塊，或與木柴等加工成制鞋廢料衍生物，可以降低燃燒中的CO含量，使燃燒更為充分。（2）應(yīng)配置專門的脫硫裝置，可有效去除煙氣中的SO2等酸性有害氣體。（3）使用活性炭噴射加布袋除塵技術(shù)，有望將二噁英和煙氣污染物控制在達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

總而言之，對(duì)于小型的移動(dòng)床鍋爐在處理制鞋廢料上仍存在諸多不完善的技術(shù)問(wèn)題，需要投入更多的嘗試和研究。只有不斷通過(guò)技術(shù)應(yīng)用和創(chuàng)新，才能找到制鞋廢料熱能利用與清潔排放相統(tǒng)一的方法，真正做到變廢為寶，從而為我國(guó)制鞋廢料的工業(yè)治理提供堅(jiān)強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

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