回轉窯在危廢焚燒處置中的應用

湯立

（西安航天源動力工程有限公司，陜西 西安 710199）

目前，危廢的處置大多數采用填埋或者焚燒的方式，危廢填埋比較粗放，填埋場的選址及設計條件相對比較苛刻。目前國內大多采用回轉窯焚燒處置，回轉窯在無害化、減量化、資源化方面有著顯著的優(yōu)勢，通過回轉窯進行減量化處置，余熱鍋爐進行余熱回收利用。

1 危險廢物種類和規(guī)模

2019年末，國內某縣總人口達到150萬，每年產生的危廢總量達到了2萬t。其中適合于焚燒處置危廢質量達到了1萬t，該縣危廢產生量最大的就是化工業(yè)生成化學制品，其次就是紡織廢棄物，對該縣危廢處理過程進行調查，需要焚燒處置廢棄物有農藥HW04、有機溶液HW06、廢礦物油燃料HW08及含有有機磷酚類等相應有機溶劑廢棄物。根據廢棄物處理量，在本工程設計的焚燒系統(tǒng)中，廢棄物焚燒處置能力達到1.3 t/h，整套焚燒設施會24 h連續(xù)運轉[1]。

2 工藝選擇

2.1 焚燒爐選擇

在當前國內外工業(yè)危廢焚燒處置工程中使用較多的就是回轉窯焚燒爐，還有爐排爐、鏈條爐、熱解氣化爐、隧道窯等，回轉窯系統(tǒng)各子系統(tǒng)設備較多、運行水平有一定要求，設備投資成本相對較高，在危廢處置中有一定的技術壁壘。在中國北方地區(qū)，回轉窯系統(tǒng)大多與余熱鍋爐聯合使用，最大實現系統(tǒng)價值化?；剞D窯系統(tǒng)核心設備是回轉窯，回轉窯本體是由鋼圈卷制而成，目前國內大多本體長度在13 m，窯頭窯尾通過迷宮結構進行密封，筒體傾角1.5°，逆時針旋轉。由于危廢大多具備毒性、腐蝕性、反應性等特性，回轉窯內部有一圈耐材保護，常見窯頭、窯尾區(qū)域是澆注料，中間段是耐火磚。回轉窯正常運行時，危廢通過抓斗進入進料系統(tǒng)，使用推料器把物料推入回轉窯內，物料進入回轉窯后先后經過烘干、分解、燃燒、燃盡4個階段，從窯尾將燃燒后的殘渣排出到撈渣機內?；剞D窯內燃燒產生的高溫煙氣，通過余熱鍋爐進行余熱回收利用，產生的飽和蒸汽輸送至各用氣用戶。焚燒后的煙氣含有粉塵、HCl、SO2等，煙氣通過煙氣凈化系統(tǒng)使其達標排放?；剞D窯系統(tǒng)核心工藝流程如圖1所示。

圖1 危廢焚燒處理流程

目前回轉窯焚燒處置技術應用較多，可參考成功案例較多，國內有很多成熟的典型工程項目。與其他技術比較，回轉窯系統(tǒng)在固廢處置方面有著不可替代的優(yōu)勢，可以滿足不同類型危廢的焚燒處置，如固體物料、半固體膏狀物、廢液等，該縣區(qū)的危廢有固體型、半固體型和液態(tài)類型的物質，比如精餾殘渣、含油廢物、油漆渣、活性炭、污泥、乳化液等，因此回轉窯設備有更廣泛處理物料特性[2]。

2.2 煙氣凈化工藝選擇

由于危廢往往具備腐蝕性、易燃性等，通過回轉窯焚燒后產生大量煙氣，煙氣中含有大量粉塵、酸性氣體、二噁英、重金屬等有毒害物質，為了防止這些煙氣給外界環(huán)境帶來破壞，針對不同類型煙氣成分、不同環(huán)境質量控制要求，選擇不同的煙氣凈化工藝。煙氣中的二噁英在二燃室1 100℃高溫下會分解，250～500℃會再次合成。為了防止二噁英再次合成，要求余熱鍋爐出口溫度要控制在550～600℃，急冷塔出口溫度控制在180～200℃，煙氣在急冷塔停留時間小于1 s?？紤]到現有危廢的類型、規(guī)模、污染排放標準、設備投資運行及設備操控難易程度，在除塵中，使用半干法、煙塵處理設施來處理二氧化硫、氯化氫，并且吸附煙氣中的有毒害物質[3]。目前國內回轉窯工程中在煙氣凈化系統(tǒng)中大多采用干法/半干法脫酸、布袋除塵器除塵、濕法脫酸工藝，該工藝運行穩(wěn)定，技術可靠。

3 回轉窯焚燒爐設計

3.1 回轉窯

3.1.1 容積熱負荷

通過回轉窯焚燒處置危廢，要先確定好回轉窯的尺寸，測量方法是先結合危險廢物成分來測算出廢棄物的熱值之后，在結合廢棄物處理的量，確定出每小時廢棄物在焚燒爐內燃燒時所生成熱量?；剞D窯的容積熱負荷直接影響危廢在窯內的燃燒情況[4]。當容積熱負荷過小，窯體容積過大，窯內溫度水平降低，部分物料將無法完全燃盡；當容積熱負荷過大，窯體容積過小，窯內煙氣量過大，煙氣流速加速，物料在窯內停留時間縮短，不能保證物料充分燃盡。所以在回轉窯設計時，要結合設計要求及行業(yè)特點，選擇合適的容積熱負荷[5]。

3.1.2 停留時間

危廢首先要經過預處理系統(tǒng)進行破碎、撕碎、配伍等環(huán)節(jié)后，才能通過行車抓斗送入進料系統(tǒng)，然后通過液壓推料器推進回轉窯內。危廢通過回轉窯的時間是物料的停留時間，它與回轉窯的轉速、傾斜角度、窯體長度、窯體半徑、安息角、摩擦阻力等有關。物料停留時間過短，存在物料燃燒不完全的可能，在回轉窯參數設計中至關重要。

3.2 二燃室

焚燒系統(tǒng)主要為回轉窯+二燃室+燃燒器，回轉窯作為一燃室，主要是進行固廢焚燒，二燃室作為二次燃燒室，其中一燃室爐溫為800～1 000℃，二燃室1 100～1 200℃。二燃室煙氣停留時間大于2 s，焚毀去除率能達到99.99%。當危廢進入回轉窯后經過烘干、分解、燃燒、燃盡，產生大量煙氣及未燃盡物質，可燃氣進入二燃室，進行二次燃燒，有效保證了能燃盡燃。二燃室設置了燃燒器助燃，配置獨特的二次供風裝置，以保證煙氣在高溫下同氧氣充分接觸，同時，保證煙氣在二燃室的滯留時間并根據二燃室出口煙氣的含氧量來調整供風量[5]。

4 工程實例分析

危險廢物焚燒工程選用回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸塔+布袋除塵裝置+濕法脫酸塔+煙氣再熱器消白工藝，處置危廢的能力達到了1 300 kg/h?；剞D窯焚燒溫度能達到800～1 000℃，危險廢物進入回轉窯后，經過一個多小時的燃燒，就會被徹底焚燒殆盡，燃燒殘渣熱灼減率低于5%。不同物料的熱值、灰分、水分等均不同，需要結合物料化驗分析數據進行合理的配伍，使其達到最佳的燃燒工況?；剞D窯爐渣由回轉窯窯尾排出來，然后落入到出渣機內部，經過水冷降溫之后，由出渣機鏈板輸送到渣箱內?；剞D窯焚燒產生的大量煙氣，附帶著顆粒物進入二燃室進行二次燃燒，這些煙氣在二燃室停留時間超過2 s，此外回轉窯燃燒產生的二噁英在二燃室1 100℃高溫下能夠99%分解。二燃室出口煙氣量將達到12 000 m3/h，這些高溫煙氣進入余熱鍋爐進行余熱回收利用。從余熱鍋爐出來的煙氣進入后端煙氣凈化系統(tǒng)進行除塵脫酸處理，最終達到國家排放標準從煙囪排放。一些處理廢棄物的企業(yè)，在建立初期就建立起了回轉窯焚燒爐設備，而且該焚燒爐每年處理的廢棄物達到了近1萬t[6]。

5 危險廢物處置中回轉窯焚燒爐應用分析

5.1 基本工藝

在危廢的回轉窯系統(tǒng)運行中有余熱利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有鍋爐給水泵、鍋筒、水冷壁、軟化水設備等相應裝置，該系統(tǒng)是位于二燃燒室和急冷塔中間位置。利用余熱利用系統(tǒng)，能夠收集大量熱蒸汽，如果進入余熱鍋爐的煙氣量較大、溫度較高，產生的蒸汽也會越多?；厥债a生的熱蒸汽可以通過分氣缸分別送到不同的用氣端。

在回轉窯系統(tǒng)中，水冷壁鍋爐有著較好的使用效果，而且該鍋爐在目前危廢處置市場中銷量較高，含塵煙氣進入到輻射換熱室，煙氣流動速度會降低，煙氣中較重較大的顆粒物會有部分沉降，與水冷壁管接觸的煙塵會附著在表面。

5.1.1 急冷塔

二噁英在二燃室燃燒分解后，會在250～500℃再次合成，為了避免二噁英的再次合成，需要將余熱鍋爐出口煙氣溫度550～600℃在1 s內降至180～200℃。急冷塔通過上部的急冷噴槍，使高溫煙氣在短時間內溫度驟降，通過DCS系統(tǒng)PID調控能夠精確控制。

5.1.2干法脫酸塔

干法脫酸塔應用原理是用CaO粉劑或Ca（OH）2粉劑作為吸收劑，直接向塔內噴入粉劑或制備成石灰漿后噴入，使得吸收劑與煙氣中的酸性物質進行反應以達到脫酸目的。與煙氣中的SO2相比，其他酸性氣體如HC1、HF等更易于與Ca（OH）2，反應時間只要保持1 s左右就幾乎都能被有效去除。噴入的CaO粉劑或Ca（OH）2粉劑通過布袋除塵器分離，隨著布袋灰一起排出。

5.1.3 活性炭噴吹裝置

活性炭噴吹裝置的主要作用是吸附煙氣中重金屬及二噁英，降低煙氣中的有害物質。該裝置一般設置在干法脫酸塔下部區(qū)域，活性炭粉末通過該裝置進入干法脫酸塔，均勻分散于煙氣中，充分與煙氣進行接觸，最后通過布袋除塵器分離排出。該裝置使用過程中活性炭的投加量一定要控制適當，避免投加過量導致布袋灰燃燒。

5.1.4 布袋除塵裝置

布袋除塵器主要有殼體、濾袋、噴吹清灰設備、排灰設備組成，殼體主要由上箱體、中箱體、灰斗、進出口構成。濾袋總成主要由濾袋、袋籠構成。噴吹清灰設備主要由氣包、脈沖閥、電磁閥、噴吹管、PLC控制箱構成。排灰設備主要由振打器、星型卸灰閥、螺旋輸灰機構成。布袋除塵器作為回轉窯系統(tǒng)中唯一的除塵設施，其在煙氣除塵方面發(fā)揮著至關重要的作用，可有效脫除煙氣中的顆粒物，除塵效率一般可達99%以上。

5.1.5 濕式洗滌塔

濕式洗滌塔又被稱為堿洗塔，其作用主要是進行煙氣濕法脫酸。與干法反應塔相比，濕法洗滌塔脫酸效率更高，在工程應用常作首選。該設備在設計時，需要綜合考慮煙氣酸性氣體質量濃度，預留足夠脫酸能力提升空間。目前該設備在工程應用中大多采用玻璃鋼材質，玻璃鋼材質在耐溫耐磨、耐腐蝕性能、成本控制等方面有著突出的優(yōu)勢。煙氣由堿洗塔下部進入，噴淋層布置在堿洗塔中上部，煙氣與堿液采用逆流式接觸反應，保證了足夠的反應時間。脫酸后凈煙氣從堿洗塔上部流向后端。

5.2 控制指標

回轉窯系統(tǒng)的控制指標要參考GB 18484—2020《危險廢物焚燒污染物控制標準》來執(zhí)行。在技術性能指標上要求：二燃室出口溫度要超過1 100℃，煙氣停留時間超過2 s，干煙氣氧體積分數控制在6%～15%，爐渣熱灼減率低于5%。在煙氣污染物排放質量濃度限值上要求：顆粒物小時均值不超過30 mg/m3，一氧化碳（CO）小時均值不超過80 mg/m3，氮氧化物（NOx）小時均值不超過300 mg/m3，二氧化硫（SO2）小時均值不超過100 mg/m3，氟化氫（HF）小時均值不超過4.0 mg/m3，氯化氫（HCl）小時均值不超過60 mg/m3。目前在眾多回轉窯工程應用中，各項排放指標均能達到國家環(huán)保標準。

6 結束語

回轉窯焚燒爐可以處置多種類型危險廢物，設備適用性較廣泛，處置能力較大，滿足多數企業(yè)需求。在減量化、無害化方面優(yōu)勢突出，危廢燃燒效率可達99.9%，焚毀去除率可達99.99%。隨著當下國內生態(tài)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略大幅推進，在碳中和大環(huán)境背景下，固廢處置越來越受到關注，淘汰老舊技術及設備，降低碳排放勢在必行，而回轉窯在危廢處置領域有著極大明顯的優(yōu)勢，從工藝選擇、設備性能、系統(tǒng)運行、煙氣排放等方面均有著不可多得的借鑒與參考的經驗。