王 宇
(湛江市粵綠環(huán)??萍加邢薰?,廣東 湛江 524033)
危險(xiǎn)廢物焚燒是指危險(xiǎn)廢物在焚燒爐中,在800~1 200℃的高溫下與氧氣接觸發(fā)生的復(fù)雜燃燒過程,這個(gè)過程將危險(xiǎn)廢物轉(zhuǎn)化為煙氣和灰渣排出,實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物無害化、減量化、資源化處置,并可以回收高溫?zé)煔獾挠酂嵊糜诎l(fā)電或者供應(yīng)蒸汽、熱水,是目前最有效的處置危險(xiǎn)廢物的方法[1]。目前用于危險(xiǎn)廢物焚燒的主要爐型有回轉(zhuǎn)窯、爐排爐、流化床及廢液焚燒爐等。其中回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的物料適應(yīng)性強(qiáng),設(shè)備運(yùn)行維護(hù)簡便,環(huán)保排放穩(wěn)定,是目前危險(xiǎn)廢物焚燒的主流爐型[2]。
由于前端產(chǎn)廢單位危險(xiǎn)廢物分類包裝不規(guī)范、危險(xiǎn)廢物成分復(fù)雜、行業(yè)部分項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、從業(yè)人員水平參差不齊等因素,導(dǎo)致目前大多數(shù)危廢焚燒項(xiàng)目運(yùn)行不穩(wěn)定,連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短,設(shè)備問題頻發(fā)。本文分析了回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過程中常見的耐火材料脫落、結(jié)焦、急冷塔掛壁、煙道堵塞、出灰口搭橋、水冷夾套系統(tǒng)漏水、灰渣系統(tǒng)故障以及堵死等故障的原因并提出解決辦法。
回轉(zhuǎn)窯耐材損壞主要包括化學(xué)侵蝕性損壞以及物理機(jī)械磨損損壞。
1.1.1 化學(xué)侵蝕性損壞
化學(xué)侵蝕性損壞主要是高溫氧化造成的,化學(xué)反應(yīng)式為S→SO3+SO2,在800~1 300℃下,(SO3+SO2)+SiO2及Al2O3→低熔點(diǎn)共聚物,低熔點(diǎn)共聚物腐蝕耐材,導(dǎo)致耐材結(jié)合強(qiáng)度喪失,在物料運(yùn)動(dòng)摩擦下形成表面脫落。
1.1.2 物理機(jī)械磨損損壞
機(jī)械磨損主要有兩方面,一方面是耐火材料在轉(zhuǎn)動(dòng)間的扭矩力摩擦,另一方面是物料(例如鐵片)旋轉(zhuǎn)的物理機(jī)械磨損。
回轉(zhuǎn)窯損毀主要以熱剝落、機(jī)械磨損和化學(xué)侵蝕為主,窯頭進(jìn)料端以熱剝落和機(jī)械磨損為主;干燥段均勻磨損;高溫區(qū)以化學(xué)侵蝕、機(jī)械磨損為主。
1.2.1 施工質(zhì)量問題
設(shè)備供應(yīng)商在耐材的設(shè)計(jì)、過程質(zhì)量控制方面存在缺失(如異型磚的使用、伸縮縫的處理、保溫磚的施工控制等),且焚燒項(xiàng)目業(yè)主單位缺少必要的現(xiàn)場監(jiān)造導(dǎo)致施工質(zhì)量缺乏保障。
1.2.2 物料問題
焚燒物料含水率高,加大耐火磚熱震效應(yīng),對(duì)耐火磚造成極大損傷;過量投加破碎后的鐵皮,磨損耐材;物料腐蝕性較大,侵蝕磚縫等,造成耐火磚表面侵蝕剝離。
1.2.3 運(yùn)行問題
焚燒爐工況控制不平穩(wěn),啟停爐時(shí)未按照溫度曲線進(jìn)行升溫、降溫或設(shè)備運(yùn)行過程中溫度波動(dòng)較大,導(dǎo)致耐火材料開裂,磚體脫落。
1.3.1 加強(qiáng)運(yùn)行過程中的巡視和監(jiān)控
監(jiān)控重點(diǎn):(1)加強(qiáng)對(duì)回轉(zhuǎn)窯表層溫度變化的觀察和監(jiān)控;(2)加強(qiáng)對(duì)出渣機(jī)落渣異常狀況的觀察。
1.3.2 溫度控制
運(yùn)行過程中,相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格按照溫度曲線進(jìn)行啟停爐操作和運(yùn)行過程的工況控制,避免急升溫或急降溫以及大幅溫度波動(dòng)。
1.3.3 物料配伍
相關(guān)措施包括嚴(yán)格控制物料入爐指標(biāo)和含水率,避免侵蝕性和熱震性對(duì)耐材的破壞,同時(shí)控制鐵皮的入爐量,避免耐火材料急速磨損脫落。
1.3.4 停爐檢查評(píng)估
每次停爐,相關(guān)人員必須入窯檢查耐火材料磨損、松動(dòng)、侵蝕情況,測定內(nèi)徑,計(jì)算磨損程度,檢查伸縮縫縫隙等,按需進(jìn)行局部修補(bǔ);評(píng)估耐火材料剩余性能,統(tǒng)籌計(jì)劃大修時(shí)間,保證下一運(yùn)行周期內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行。
1.4.1 耐材選擇
相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)危廢焚燒項(xiàng)目經(jīng)營范圍內(nèi)產(chǎn)廢單位的廢物特性,制定入爐標(biāo)準(zhǔn),針對(duì)性選擇耐火材料類型。針對(duì)物料含水率高、進(jìn)料端耐材熱剝落嚴(yán)重的,可使用抗熱震性好的莫來石質(zhì)、剛玉莫來石質(zhì)耐材;針對(duì)窯頭廢液處理量大、窯頭通過霧化噴槍處理廢液、受設(shè)備影響的,如果霧化效果不好,該區(qū)域會(huì)出現(xiàn)剝落損毀,莫來石質(zhì)、剛玉莫來石質(zhì)耐材較適用。運(yùn)行時(shí),應(yīng)增加霧化設(shè)備檢查頻次,同時(shí)廢液處理量不宜超過30%;針對(duì)鐵皮等硬料處理量大的,如鐵桶等物料硬度大,物料在窯內(nèi)反復(fù)旋轉(zhuǎn)造成進(jìn)料區(qū)機(jī)械磨損嚴(yán)重,可選用強(qiáng)度高、耐磨性好的剛玉碳化硅質(zhì)耐材;針對(duì)含鹽量高、物料處理量大,含鉀鹽、鈉鹽、低熔點(diǎn)鹽的物料及易形成熔渣、滲透侵蝕耐材的,可選用鉻鋯剛玉質(zhì)耐材;針對(duì)含氟量高、物料處理量大的,在Al2O3-SiO2系統(tǒng)的耐火材料中,SiO2含量越高則抵抗含氟廢物侵蝕能力越低,因此采用Al2O3含量超過80%的致密高鋁磚耐氟性更好[3]。
1.4.2 施工過程控制
回轉(zhuǎn)窯耐材施工質(zhì)量是影響耐材使用壽命的關(guān)鍵因素,施工過程中應(yīng)注意:(1)嚴(yán)格把關(guān)耐火材料施工技術(shù)方案,明確過程控制、驗(yàn)收要求等內(nèi)容;(2)在施工過程中,由專人跟進(jìn)砌筑過程,對(duì)耐材外觀、砌筑伸縮縫間距、拔釘鋪設(shè)密度等實(shí)施專人工程監(jiān)管。
目前危廢焚燒項(xiàng)目回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部結(jié)焦,突出表現(xiàn)在窯尾結(jié)圈,爐渣無法正常排出,嚴(yán)重的必須停爐降溫后進(jìn)入清焦;熔融爐渣落在爐排上,如無法及時(shí)排出或粘結(jié)在爐排側(cè)壁上,則會(huì)逐步擴(kuò)大,無法正常從出渣機(jī)排出,必須采用人工清焦,導(dǎo)致產(chǎn)能受限;生產(chǎn)排渣時(shí),不定時(shí)出現(xiàn)較大渣塊(結(jié)焦結(jié)合物料中的鐵皮、鐵桶),在落入出渣機(jī)前卡在下料通道處,導(dǎo)致后續(xù)爐渣無法排出,突發(fā)情況會(huì)導(dǎo)致爐排上積滿爐渣甚至轉(zhuǎn)變?yōu)檎w結(jié)焦,必須停爐進(jìn)行人工清焦,導(dǎo)致產(chǎn)能受限;二燃室出口煙道過長且部分項(xiàng)目存在格柵式水冷管結(jié)構(gòu),運(yùn)行一段時(shí)間后易積灰結(jié)焦,必須降溫停爐清理[4]。
導(dǎo)致危廢焚燒項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)焦的原因包括物料、工藝控制等因素,生產(chǎn)中主要體現(xiàn)在以下方面:(1)焚燒物料中醫(yī)療廢物、玻璃體較多,易導(dǎo)致窯尾結(jié)焦;(2)焚燒物料中樹脂類、塑料類易燃輕拋貨偏多;(3)庫存物料配伍不佳,物料灰熔點(diǎn)低;(4)現(xiàn)場巡查力度不足。
2.3.1 物料配伍
相關(guān)措施包括控制入爐物料鹽分在3%以下,提高入爐物料的灰熔點(diǎn)。
2.3.2 工況控制
相關(guān)措施包括調(diào)整焚燒工況,保證窯尾溫度相對(duì)穩(wěn)定,避免窯尾溫度降幅過大;合理控制燃燒段、燃盡段位置,通過窯體紅外溫度判定,調(diào)整轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速,控制燃盡段在距離窯尾0.5~1 m處;窯尾燃燒器不使用時(shí)及時(shí)退出,避免過量供氧,使可燃?xì)怏w在窯尾充分燃燒,釋放大量熱量,造成窯尾溫度過高,同時(shí)避免因燃燒機(jī)冷卻風(fēng)風(fēng)壓造成回轉(zhuǎn)窯焚燒下料粘附在二燃室側(cè)壁,以及阻隔窯尾廢液噴槍噴射路徑,造成液滴滴落附著在二燃室側(cè)壁;出現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯物料結(jié)圈,應(yīng)定期減緩或暫停投料,提高窯尾溫度,及時(shí)將窯尾的掛焦熔下,保證灰渣及時(shí)排出。
2.3.3 增設(shè)觀察孔/高溫?cái)z像頭
相關(guān)措施包括在窯尾、爐排開設(shè)觀察孔、清焦孔/高溫?cái)z像頭/可移動(dòng)式監(jiān)控視頻,便于觀察窯尾及爐排的結(jié)焦、落渣情況,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理;觀察孔觀察效果較差時(shí),增加冷卻風(fēng)吹掃。
2.3.4 加強(qiáng)巡視
加強(qiáng)運(yùn)行過程中的現(xiàn)場巡查,具體措施包括(1)加強(qiáng)窯尾觀察孔/高溫?cái)z像頭巡視頻次;(2)加強(qiáng)檢查出渣機(jī)落渣口下料情況;(3)加強(qiáng)檢查爐排積灰、積渣情況。以上檢查可定為0.5 h/次或1~2 h/次,具體可根據(jù)項(xiàng)目結(jié)焦情況確定頻次。
2.3.5 清焦保障
相關(guān)措施包括(1)在易結(jié)焦處開設(shè)清焦孔、觀察孔(轉(zhuǎn)窯窯尾、二燃室),在線進(jìn)行清灰、清焦;(2)增加高效清焦設(shè)備,推薦增加手持式鑿巖機(jī)、鋼絲網(wǎng)兜等設(shè)備,遇強(qiáng)度高焦塊,可借助工程機(jī)械力量擊碎。
研究和實(shí)踐表明,300~400 ℃是二噁英在煙氣中低溫再生成的活躍溫度段,因此為避免危險(xiǎn)廢物焚燒后產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵匦潞铣啥f英,需要采用煙氣急冷塔迅速越過300~400 ℃。降溫后的煙氣中含有酸性氣體(如HCL、HF、SOx、NOx),因此常采用濕式洗滌塔,利用堿液與煙氣的良好接觸洗去煙氣中的酸性氣體,此過程脫酸效率常大于99%,但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量高鹽廢水。實(shí)踐中為最大限度實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的,一般將濕式洗滌塔的高鹽廢水通過雙流體噴槍回噴到急冷塔,在實(shí)現(xiàn)煙氣迅速降溫的同時(shí)消耗高鹽廢水,高鹽廢水中的鹽在急冷塔底部析出成為飛灰。急冷塔在運(yùn)行過程中主要存在以下問題:由于高鹽廢水采用雙流體噴槍霧化后回噴急冷塔,受霧化效果影響,廢鹽不僅在急冷塔底部析出,而且在急冷塔內(nèi)壁析出。如在運(yùn)行過程中未及時(shí)發(fā)現(xiàn),其短時(shí)間內(nèi)會(huì)在急冷塔內(nèi)壁形成厚達(dá)數(shù)十厘米至數(shù)米的致密鹽層,出現(xiàn)掛壁的情況,致使急冷塔有效空間大大減小,影響急冷塔降溫效果,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致焚燒裝置停爐。
急冷塔出灰方式一般有兩種,一種為螺旋出灰,一種為插板閥出灰,由于急冷塔出口煙道位于錐口底部,如未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并出灰,極易造成該處煙道堵塞。插板閥式一般定時(shí)出灰,內(nèi)部積灰情況不易察覺;螺旋出灰易出現(xiàn)搭橋,同樣會(huì)造成積灰堵塞煙道問題。
3.1.1 預(yù)防
3.1.1.1 設(shè)計(jì)預(yù)防
在急冷運(yùn)行過程中,噴槍布置位置、角度、噴射半徑等直接決定了霧化顆粒區(qū)域的重疊情況,大面積的重疊區(qū)域會(huì)導(dǎo)致霧化顆粒變大,延長蒸發(fā)時(shí)間,同時(shí)造成急冷塔濕壁或濕底現(xiàn)象,而在濕壁與濕底的過程中,雜鹽晶體顆粒會(huì)隨著水分的蒸發(fā)快速析出長大,導(dǎo)致掛壁速率加快,因此合理設(shè)計(jì)噴槍角度、噴射半徑及急冷塔半徑至關(guān)重要。
3.1.1.2 噴槍的定期檢查和維護(hù)
回噴高鹽廢水,急冷噴槍會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間增長而出現(xiàn)磨損或堵塞,造成霧化效果乃至急冷工況變差,提升掛壁概率。因此需要定期維護(hù)及更換噴槍,實(shí)踐中推薦使用哈氏合金材質(zhì)噴槍。
3.1.1.3 運(yùn)行期間急冷噴槍工藝參數(shù)調(diào)節(jié)
相關(guān)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)參數(shù),監(jiān)控及調(diào)節(jié)急冷泵出口壓力、閥開度,以及壓縮空氣壓力,及時(shí)監(jiān)控和調(diào)節(jié)水壓、水量、壓縮空氣壓力參數(shù),可以保障霧化效果。
3.1.2 清除—壓縮空氣吹掃
相關(guān)措施包括在急冷塔不同層高處增開觀察門,運(yùn)行中每班定時(shí)用壓縮空氣進(jìn)行吹掃。
將急冷塔出灰口上提(根據(jù)焚燒爐實(shí)際情況確定提升高度)(見圖1),擴(kuò)大出灰口口徑,保留插板閥,狀態(tài)設(shè)置為常開,下接一個(gè)法蘭和平口連接板,灰斗邊沿采用柔性密封膠處理,灰斗和插板閥連接板采用平面接觸,依靠螺旋升降桿提升并增加兩者接觸壓力,可實(shí)現(xiàn)密封和快速拆卸。由于灰斗和急冷塔形成一個(gè)整體密封腔室,加大了錐斗儲(chǔ)存容積,有效解決了該處煙道堵灰問題。更換灰斗時(shí),可利用插板閥進(jìn)行密封切換。
圖1 下灰口改造示意圖
同類的出灰都可借鑒此種密封出灰方式(如鍋爐出灰等),需要內(nèi)襯噸袋的可掛在灰斗內(nèi)側(cè)。
回轉(zhuǎn)窯進(jìn)料溜槽的水冷夾套主要對(duì)溜槽進(jìn)行冷卻降溫,進(jìn)料通道本體外圍形成一個(gè)封閉的冷卻水腔。由于焊接質(zhì)量和介質(zhì)高溫的腐蝕影響,焊縫會(huì)出現(xiàn)漏水的情況,冷卻水流入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)容易造成耐火泥、耐火磚熱震炸裂,須對(duì)水冷夾套的焊縫進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)焊。水冷環(huán)漏水導(dǎo)致焚燒爐間歇性停產(chǎn),影響生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。
在實(shí)際生產(chǎn)中可采用以下方案:(1)采用加強(qiáng)焊接法:在原焊縫處加焊一個(gè)2~3公分的加強(qiáng)板,把原焊縫包進(jìn)加強(qiáng)板內(nèi),保證原焊縫與冷卻水隔離,杜絕氧化腐蝕。(2)涂刷環(huán)氧樹脂法:在鐵板觸水面涂刷環(huán)氧樹脂,有效隔離冷卻水和鐵板。(3)簡單臨時(shí)處理法:利用塑鋼泥將漏點(diǎn)或焊縫進(jìn)行封堵或涂層遮蓋,可實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)漏。(4)安裝工藝處理法:安裝水冷夾套時(shí),須把焊縫放在上部,可有效降低漏水頻率,同時(shí)也有利于補(bǔ)焊作業(yè)操作。
5.1.1 現(xiàn)狀影響
目前回轉(zhuǎn)窯焚燒爐主要采用刮板出渣機(jī)出渣,刮板出渣機(jī)運(yùn)行過程中的主要問題有:鏈條頻繁脫軌并且尾部落渣嚴(yán)重;由于出渣機(jī)偏小,爐排至出渣機(jī)落渣口設(shè)置格柵,大塊物料和爐渣需要人工頻繁清理;刮渣機(jī)運(yùn)行過程中鏈條脫軌,影響系統(tǒng)的正常出渣以及投料負(fù)荷;出渣機(jī)尾部落渣嚴(yán)重,影響現(xiàn)場工作環(huán)境,如落渣兜接不好散落地面,極易隨風(fēng)吹散或鞋底攜帶,造成其他位置的二次污染;由于清理不及時(shí)或短時(shí)間大量焦塊擁堵,落渣口極易發(fā)生堵死現(xiàn)象,導(dǎo)致需要降溫疏通或停爐檢修,嚴(yán)重制約生產(chǎn)連續(xù)性,增加運(yùn)行能耗。
5.1.2 建議方案
相關(guān)措施包括:優(yōu)化出渣機(jī)設(shè)計(jì)選型,增加出渣機(jī)運(yùn)行過程的維護(hù)保養(yǎng),根據(jù)出渣機(jī)鏈條狀態(tài),定期調(diào)整刮渣機(jī)鏈條松緊度,建議增加自動(dòng)漲緊裝置;選用傳統(tǒng)尾部設(shè)計(jì)角度70°左右的出渣機(jī),加大寬度和深度,并使用外循環(huán)回鏈方式;內(nèi)部落渣處做兩側(cè)鏈條斜護(hù)板,起到對(duì)鏈條的保護(hù)作用,避免大塊落渣扎到鏈條;采用驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定性好的叉形驅(qū)動(dòng)輪+環(huán)鏈類型的出渣機(jī),可降低鏈條脫落概率。鏈條、驅(qū)動(dòng)輪、刮板磨損,可以采取提高材質(zhì)的耐磨性能等措施,同時(shí)做好備品備件庫存,加強(qiáng)設(shè)備巡檢,及時(shí)更換和維護(hù),同時(shí)優(yōu)化鏈條漲緊機(jī)構(gòu),增加自動(dòng)調(diào)節(jié)漲緊機(jī)構(gòu),可使鏈板在受力時(shí)自動(dòng)調(diào)整鏈板張力,避免鏈板卡阻或受力過大導(dǎo)致扭曲變形和斷裂。
5.2.1 現(xiàn)狀影響
為確保焚燒爐渣熱灼減率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求,目前部分回轉(zhuǎn)窯在窯尾設(shè)計(jì)有爐排輔助燃燒,爐排在運(yùn)行過程中的主要問題有:爐排機(jī)械限位故障率高、信號(hào)不穩(wěn)定,爐排常出現(xiàn)不動(dòng)作的問題,導(dǎo)致爐排積料無法排出,輕則需降溫疏通、重則需停爐清理;物料熔融時(shí)直接在爐排及爐排水冷壁上冷凝結(jié)焦,不易排出,小焦塊搭橋逐步長大為大焦塊結(jié)焦堵塞,需停爐降溫清理;爐排片受煙氣及含鹽物料侵蝕、塊狀渣塊沖擊,易發(fā)生變形、斷裂、脫落等現(xiàn)象;爐排至出渣機(jī)落渣口較近,大塊物料或短時(shí)較多爐渣無法順暢落下,造成頻繁開爐門清理;爐排片脫落容易造成爐排卡死,直接導(dǎo)致停爐,維修周期一般在10天以上。
5.2.2 建議方案
相關(guān)措施包括:在對(duì)限位開關(guān)位置增加密封保護(hù),減少對(duì)限位開關(guān)的腐蝕、污堵,避免損壞或誤報(bào),改為類似進(jìn)料裝置的光電式接近開關(guān);提升爐排片材質(zhì)或?qū)⒈砻娌馁|(zhì)提升為抗磨、抗腐蝕材質(zhì);增加雙級(jí)推到位限位,在一級(jí)限位故障時(shí)有二級(jí)限位保護(hù);增加爐排高溫?cái)z像頭,實(shí)時(shí)觀察爐排結(jié)焦和大渣塊情況,或取消爐排,改為直接落渣至水冷出渣機(jī)結(jié)構(gòu);取消爐排水冷壁,改為耐火澆注料形式,避免水冷壁漏水故障。
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,各行各業(yè)產(chǎn)廢單位產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢物種類日益繁多,成分愈發(fā)復(fù)雜,這對(duì)危廢處置單位提出了更高要求。危險(xiǎn)廢物焚燒運(yùn)行管理涉及范圍廣,需要相關(guān)人員從工藝設(shè)計(jì)、項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)行管理等方面進(jìn)行統(tǒng)籌考慮,通過市場、技術(shù)、生產(chǎn)三位一體的精細(xì)化管理,有效提升焚燒整體運(yùn)行水平,實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物無害化、減量化、資源化處置。本研究對(duì)回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行過程中常見故障的原因、預(yù)防措施、建議及改善方案等進(jìn)行了總結(jié),為危險(xiǎn)廢物焚燒類似項(xiàng)目改善運(yùn)行工況提供借鑒和參考,有利于危廢焚燒處置企業(yè)提高生產(chǎn)運(yùn)行管理水平,并提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。