合成革廢渣焚燒處置系統設計關鍵

高全喜 楊再興

（浙江博世華環保科技有限公司 浙江省杭州市 310015）

我國是世界最大的皮革生產國、消費大國和進出口貿易大國。最近十年，我國合成革行業平均每年都保持10%以上增長。近幾年，以我國為代表的東亞、東南亞地區皮革工業飛速發展，亞洲已成為世界皮革制造中心。目前全國共有人造革合成革企業2000多家，上千條生產線。[1]

合成革在產品的生產以及產品深度處理過程中都會產生廢水、廢氣和固廢等污染物。近年來，大量的污染物排到環境之中，環境問題日益凸顯，尤其是固體廢物。因此，在合成革行業快速發展的同時，如何妥善處置合成革行業產生的固體廢物，不但關系著合成革行業的生存、發展，也密切關系著區域經濟的可持續發展。[2]

1 合成革廢渣性質

本廢物來自于合成革生產中的高濃度有機殘液經過精餾提煉后的釜殘物，根據《國家危險廢物名錄》，本廢物屬于HW11精(蒸)餾殘渣類的危險廢物。其成分除含有DMF等一些有機物之外，還含有一定量的碳酸鈉、固體碳、氧化鐵等，呈固-液相，且粘度高、流動性差，廢物熱值在4000 kcal/kg左右。[2]

2 廢物處置系統設計原則

根據國家有關政策和法規，處置系統設計應遵循以下原則：

2.1 在嚴格達到相應處理標準的前提下，力求最大限度地減少投資和日常運行費用；

2.2 采用的工藝必須能滿足對廢物的處理可靠達標并且穩定運行；2.3設備做到先進、可靠、合理，平面布置力求流程順暢、合理緊湊、節省占地；

2.4 妥善處置焚燒過程中產生的殘渣、廢水、廢氣，竭盡全力減少對環境造成的二次污染。

3 設計關鍵

根據廢物的性質可知，廢物中含有一定量的碳酸鈉、固體碳、氧化鐵等，在廢物焚燒時，其表面的有機物在高溫下被蒸發出來迅速燃燒，內部的有機物與無機鹽在高溫下很快形成結晶碳化塊，從而可能致使廢物不能充分燃燒，排出的殘渣中還含有大量的有機質，使殘渣的熱灼減率達不到國家相關標準要求，所以在設計時應著重考慮如下幾個方面。

3.1 焚燒爐爐型

焚燒爐型和設備的選擇必須根據廢物的特點和處置特點來選定，選型應符合《危險廢物焚燒污染物控制標準》(GB18484-2001)和《危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規范》(HJ/T176-2005)的技術要求。

目前國內應用的焚燒爐爐型較多，但在危險廢物焚燒處置領域，回轉窯焚燒爐是應用最廣泛，也是最成熟的焚燒爐，可同時處置固體、液體、氣體和膠體狀等廢物，如污泥、化工漆渣、有機廢液、工業固廢、醫療廢物等，是危險廢物處置中心的首選爐型，也是國際危險廢物處理領域廣泛應用的焚燒設備，在危險廢物焚燒領域的市場占有率為80%左右。因此，根據國家有關危險廢物焚燒處置的相關標準規范，結合本類廢物的性質，回轉窯焚燒爐為優選爐型。

回轉窯焚燒爐是活動爐床式焚燒爐的一種，結構為一可旋轉的圓柱體，有一定的傾斜角度，廢物隨著窯體的轉動，由高端進入，沿著爐體長度方向移動，同時產生強烈的翻動，使廢物能夠充分的進行反應。在移動過程中廢物先后完成干燥、熱解、焚燒、燃燼等過程。其特點是將廢物投入連續、緩慢轉動的筒體內焚燒直到燃燼，廢物在窯內850℃左右的高溫環境下停留1小時以上，故能夠實現廢物與空氣的良好接觸和均勻充分的燃燒。[3]

3.2 余熱利用

對廢物焚燒產生的高溫煙氣若采用適當的形式可以經濟利用，可以降低整個系統的運行成本，提高經濟效益，同時亦可減輕尾氣處理的負荷。然而，廢物焚燒爐又不同于一般的工業爐窯，其運行介質和運行條件具有特殊性，余熱利用必須在保證焚燒系統運行的安全性、防止堵塞和防止二惡英的再次合成的前提下進行。尤其是堵塞問題，危險廢物在高溫焚燒時，部分鹽分可能會氣化，當溫度下降時，易在受熱面上結晶，不僅影響傳熱效果，嚴重時會堵塞煙氣通道，甚至會造成停爐等事故。

由本廢物的成分可知，廢物含有部分鐵鹽、鈉鹽等堿性氧化物，其熔點一般較低，在廢物焚燒的高溫區域，這些鹽分氣化后隨煙氣進入余熱鍋爐，煙氣經鍋爐吸熱降溫后，氣化的鹽分又凝結成固態。因此在余熱鍋爐設計時應盡可能采用一定的技術措施降低結渣幾率，盡量避免堵塞現象的發生。

◆合理分配爐膛內各段的溫度；

◆合理設計爐膛內各段的煙氣流速；

◆如有對流管束換熱面，應確定合理的管束排列方式、間距和煙氣流速。

3.3 煙氣凈化

根據《危險廢物集中焚燒處置工程技術規范》、《危險廢物焚燒污染控制標準》等中的相關要求，結合本廢物的性質，煙氣凈化工藝在設計時應著重如下幾點。

3.3.1 二惡英的抑制

二惡英是由兩類含氯有機化合物組成，不同單體的毒性變化很大，其毒性隨氯代級別的增加而減小，其中毒性最大的是2，3，7，8－四氯代二苯二惡英/呋喃。根據目前的研究結果，在焚燒系統中，二惡英主要是在低溫下不完全燃燒過程中以及在200℃-600℃范圍內的煙氣飛灰上發生異相催化反應而生成的。[3]根據二惡英的生成機理和化學形態，在設計中應采取以下幾點抑制二惡英產生及凈化措施：

◆二燃室內燃燒溫度維持在1100℃的高溫并停留2s以上；

◆在中溫段(200－600℃)采用急冷方式，減少煙氣二惡英合成段的時間；

◆吸附處理，并且采用高效率袋式除塵器對煙氣中的顆粒物和活性碳顆粒進行捕集。

3.3.2 重金屬的防治

去除尾氣中重金屬污染物質的機理如下：

◆重金屬降溫達到飽和，凝結成粒狀物后被除塵設備收集去除；

◆飽和溫度較低的重金屬元素無法充分凝結，但飛灰表面的催化作用會促使重金屬元素形成飽和溫度較高且較易凝結的氧化物或氯化物，而易被除塵設備收集去除；

◆仍以氣態存在的重金屬物質，因吸附于飛灰上或噴入的吸附物質上而被除塵設備一并收集去除。

◆部分重金屬的氯化物為水溶性，即使無法在上述的凝結及吸附作用中去除，也可利用其溶于水的特性，在脫酸系統中去除。

3.3.3 高低溫腐蝕

根據國家相關規范的要求，危險廢物焚燒必須在高溫階段進行，而對于后續的煙氣凈化，則需在低溫階段較適宜，因此在降溫的過程中應考慮煙氣的高溫腐蝕和低溫腐蝕。

高溫腐蝕是指金屬高溫受熱面在高溫煙氣環境下在管壁溫度較高處所發生的煙氣側金屬腐蝕。如廢物中含有大量硫分，煙氣中的酸性成分對設備內金屬受熱面會產生腐蝕作用，金屬的腐蝕速率與金屬表面溫度有關，因此設法加大冷卻水循環速度和面積，以降低管壁溫度，減少腐蝕速度。

低溫腐蝕也稱露點腐蝕，在危險廢物焚燒處置領域尤為關注，危險廢物焚燒后產生的煙氣應采取急冷處理，使煙氣溫度在1秒內降到200℃以下，減少煙氣在200-500℃溫區的滯留時間。因而危險廢物焚燒尾氣凈化系統運行溫度一般都不高于200℃。[4]

國外經濟發達國家的研究和實踐表明，“低溫控制”和“高效顆粒物捕集”是危險廢物焚燒煙氣凈化系統成功的關鍵因素。為此，在危險廢物焚燒煙氣凈化過程中，必須將溫度控制得盡可能低。但與此同時，若焚燒煙氣凈化系統運行溫度過低，焚燒煙氣中某些易冷凝物質較易腐蝕處理設備。如何確定危險廢物焚燒煙氣凈化系統最佳設計運行溫度（即不低于酸露點溫度）是本系統重點解決的話題。

根據廢物成分和煙氣性質，主要通過如下幾點控制低溫腐蝕：

3.3.3.1 煙氣急冷后溫度控制在200℃左右。

3.3.3.2 排煙溫度在160℃以上，始終使煙氣溫度高于酸的露點溫度。

5 結論

合成革行業產生的固廢具有行業的特性，在設計焚燒系統時，應結合廢物特性，對系統的核心工藝進行針對性的設計，并且從技術角度，解決或避免系統今后可能出現的問題，這樣方可確保整個系統設計完成投運后的正常運行。

[1]周志展.溫州合成革行業調研報告[J].今日科苑，2010（24）.

[2]麻朝暉.合成革產業“污染物”資源化利用研究[J].企業經濟，2007（06）.

[3]陳昆柏.固體廢物處理與處置工程學[M].北京:中國環境科學出版社.2005.

[4]HJ/T176-2005，危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規范[S].