造紙固體廢棄物的焚燒處理

劉 丹

(臨沂大學建筑學院,山東臨沂,276005)

隨著能源價格的上漲,造紙企業對于能源自給越來越感興趣,并考慮將造紙固體廢棄物作為能源加以利用。

1999年,歐盟執行了為降低垃圾填埋量所制定的歐洲指導方針,所有成員國都應逐年減少生物質廢棄物的填埋比例,并計劃到2020年實現無生物質廢棄物填埋處理。在英國,傾倒固體廢棄物需繳納額外的稅金[1]；德國規定采用焚燒工藝來處理造紙固體廢棄物；造紙固體廢棄物的焚燒處理工藝也在意大利推廣。造紙固體廢棄物經焚燒處理后可減容90%,但焚燒產生大量的煙塵、臭味和二惡英會對人體造成極大危害[2],所以不能曝露在空氣中焚燒,固體廢棄物焚燒處理是否得當直接影響節能減排的效果。我國能源缺乏,固體廢棄物的再利用逐漸受重視[3]。

本文以廣東惠州市博羅縣新柏紙廠(以下簡稱新柏紙廠)為例,將造紙固體廢棄物(如廢塑料皮和草渣等)在鍋爐中進行焚燒處理,其熱能加以利用,產生蒸汽,進一步用于生產。新柏紙廠是一家以美廢和國廢為原料生產瓦楞原紙、年產能達4萬t的造紙企業。

1 造紙固體廢棄物的熱力學特性

新柏紙廠產生的固體廢棄物主要由廢塑料皮、草渣和造紙污泥組成,廢塑料皮主要包括塑料包裝、泡沫塑料及塑料電腦紙等,其可燃物較多,熱值較高；草渣主要由稻麥草及蘆葦中的碎葉片和麥糠、稻殼等組成[1],熱值很高；造紙污泥是生物質污泥和脫墨污泥的混合物,含水量大,約為70%。長期以來，新柏紙廠都是采用堆放、填埋和定點焚燒的方式來處理這些固體廢棄物。

新柏紙廠與臨沂大學合作,對該廠造紙固體廢棄物進行研究分析。新柏紙廠造紙污泥的發熱量低(約為2300 kJ/kg),含水量又高,這兩項特點決定了以其為燃料燃燒時所需的干燥時間長,著火困難,并且燃燒所產生的煙氣溫度低,因此單獨采用這種污泥作為燃料不能維持穩定的燃燒。所以,將新柏紙廠的固體廢棄物作為燃料進行燃燒,以及分析燃料的熱力學特性時,不考慮造紙污泥。該廠每天產生約50 t的固體廢棄物(主要指廢塑料皮和草渣的產生量),其熱力學特性：①廢塑料皮,產生量33 t/d、發熱量9628 kJ/kg、含水量57%、灰分10%；②草渣,產生量17 t/d、發熱量10465 kJ/kg、含水量20%、灰分32%；③廢塑料皮和草渣的混合燃料(按每天的產生量混合),發熱量9913 kJ/kg、含水量44.4%、灰分24.5%、碳元素及氫元素的含量分別為20%和3.5%。

2 造紙固體廢棄物的焚燒處理

2.1 LC50-6-1.25焚燒鍋爐

2009年,新柏紙廠引進了LC50-6-1.25焚燒鍋爐,將造紙固體廢棄物作為LC50-6-1.25焚燒鍋爐的燃料進行焚燒,用于生產蒸汽。LC50-6-1.25焚燒鍋爐由帶式輸送機、送料裝置、往復爐排、空預器、下部鋼架、下部爐墻及落灰裝置等主要部件組成。主要技術參數：額定蒸發量6 t/h,額定蒸汽壓力1.25 MPa,飽和蒸汽溫度193.3℃,給水溫度20℃,本體受熱面積186 m2,空預器受熱面積255 m2,鍋爐設計熱效率70%。設計燃料為造紙固體廢棄物(60%廢塑料皮和40%草渣),若燃料的含水量高,則著火燃燒困難,設計要求廢塑料皮和草渣的含水量分別低于40%和20%,燃燒時通過自然晾干降低其含水量。

為防止廢塑料皮受熱熔化成團、黏結爐排、影響熱空氣進入爐膛,采用與水平方向成16°傾角三級往復爐排的布置方式,并在每兩級之間設置合理的落差,使燃料從前向后推動前進的同時有一個下落翻動過程,在上級爐排落至下級時有一個較大的翻滾,起到自撥火作用,有利于充分燃燒。

2.2 燃燒污染物的控制

LC50-6-1.25焚燒鍋爐通過嚴格控制燃燒狀態和使用煙氣凈化設備來控制焚燒污染物的產生量。燃燒狀態的控制主要是控制進氣量、燃燒溫度以及煙氣在爐膛內停留的時間等。由于造紙固體廢棄物中含有各種易熔易黏的物質,燃燒時容易形成團狀且表面固化,通過推動爐排的往復運動,使固體廢棄物充分攪動,提高其透氣性,以便于干燥、著火和燃燒。廢塑料皮的主要成分是聚氯乙烯和氯代苯,當其不充分燃燒或燃燒溫度不高時,會產生二惡英等有害物質,但二惡英可在850℃以上的高溫煙氣區域內分解燃燒。國家相關標準規定：為防止二惡英的產生,必須保證煙氣在高于850℃的煙區內停留2 s以上。造紙固體廢棄物燃燒過程中分解出的甲苯、丙酮、苯酚等氣體在約700℃時也能充分燃燒[4]。LC50-6-1.25焚燒鍋爐燃燒室的最高溫度能達到1000℃,并可保證高溫煙氣達850℃以上持續2 s以上,使固體廢棄物充分燃燒,二惡英類有害物質充分分解。

通過LC50-6-1.25焚燒鍋爐的攪拌機,使增濕的石灰與廢塑料皮焚燒過程中產生的HCl等酸性產物接觸,發生化學反應進行脫酸。燃燒后對煙氣進行半干法處理,由脫酸塔和布袋除塵器兩級處理,并在脫酸塔和布袋除塵器之間設活性炭噴射裝置,吸附二惡英,并采用選擇性催化還原(SCR)法脫硝。粉塵排放濃度達到30 mg/m3以下,大大低于100 mg/m3的國家標準,并達到歐洲標準。 經檢測,煙氣成分如表1,各項指標均達到排放要求。

表1 LC50-6-1.25焚燒鍋爐煙氣成分

3 運行效果及經濟效益分析

新柏紙廠造紙固體廢棄物焚燒工程于2010年完成,LC50-6-1.25焚燒鍋爐已累計運行3年多,最大焚燒量可達2.96 t/h,超過了設計量(2.08 t/h),平均焚燒量也達到了設計要求。鍋爐可實現自動控制,無需太多的操作人員,減少了管理成本。在實際操作過程中,要求司爐人員掌握好爐膛溫度,以高效燃燒固體廢棄物和減少更換爐排片次數。同時,要密切注意鍋爐的排煙溫度并及時調整,并按規定定期吹灰,確保受熱面清潔,從而減輕受熱管因過熱而腐蝕的可能性,延長受熱管的使用壽命。

LC50-6-1.25焚燒鍋爐運行期間,鍋爐的進風溫度為20℃,排煙溫度為200℃,化學不完全燃燒損失為1.0%。鍋爐主機和各輔機運行效果良好,各項重要技術指標均能滿足設計要求。經測試,可燃物在灰渣中的含量僅3%～5%,鍋爐實際熱效率為73%,比設計熱效率提高了0.3%。

LC50-6-1.25焚燒鍋爐投入運行后,新柏紙廠的造紙固體廢棄物得到減量化、無害化處理,減容效果良好,達97%,并減少了固體廢棄物的運輸費用,降低了環境污染。以生產蒸汽6 t/h的燃煤鍋爐計算,可節煤1200 kg/h,運行時間以7000 h/a計算,可節煤8400 t/a,每噸煤價格以250元計算,節煤效益可達210萬元/a,鍋爐運行1～1.5年即可收回全部投資成本。

4 結論及展望

將新柏紙廠每天產生的50 t廢塑料皮和草渣混合后作為LC50-6-1.25焚燒鍋爐的燃料進行燃燒,采用具有自動撥火作用的16°傾角三級往復爐排,兩級爐排之間的落差可使燃料在下落時翻動,有效地防止了廢塑料加熱熔化黏結爐排。由脫酸塔和布袋除塵器處理尾氣,并采用SCR法脫硝。鍋爐運行效果良好,各項指標均能達到設計要求或國家標準,變廢為寶,社會經濟效益顯著。固體廢物減容效果好，達97%以上。

新柏紙廠的廢塑料皮和脫水后的草渣熱值高,焚燒鍋爐運行良好,造紙污泥用板框壓濾機脫水后與前兩種固體廢棄物混合，并一起入爐焚燒,則是下一步研究的重要課題。

參 考 文 獻

[1] QI liang. Paper making waste as energy use[J]. Papermaking Chemicals, 2008, 20(1): 69.

齊 亮. 造紙廢渣作為能源加以利用[J]. 造紙化學品, 2008, 20(1)： 69.

[2] SUN Xue-cheng. China’s Paper Industry and Dioxins of Persistent Organic Pollutants[J]. China Pulp & Paper, 2010, 29(9): 56.

孫學成. 我國造紙工業二惡英類持久性有機污染物的研究進展[J]. 中國造紙, 2010, 29(9): 56.

[3] ZHANG Yan-guo, LI Qing-hai, KANG Jian-bin. Clean waste incineration power generation technology[M]. Beijing: China Water Power Press, 2004.

張衍國, 李清海, 康建斌. 垃圾清潔焚燒發電技術[M]. 北京： 中國水利水電出版社, 2004.

[4] YANG Qing-yong, DONG Zhi-gang. Combustion and control of paper industry waste[J]. China Pulp & Paper Industry, 2007, 28(10): 7.