危險(xiǎn)廢物熱解氣化爐焚燒工程改造

申巧蕊，張 超，栗恒才，王中成，申金永，韓曉軍，姜 斌

（中材建設(shè)有限公司，北京 100176）

危險(xiǎn)廢物熱解氣化爐焚燒工程改造

申巧蕊，張 超，栗恒才，王中成，申金永，韓曉軍，姜 斌

（中材建設(shè)有限公司，北京 100176）

焚燒是危險(xiǎn)廢物處置最有效的手段之一，由于危險(xiǎn)廢物來(lái)源多樣、成分復(fù)雜，在焚燒過(guò)程中常出現(xiàn)生產(chǎn)線運(yùn)行不穩(wěn)定，生產(chǎn)指標(biāo)不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。文章根據(jù)危險(xiǎn)廢物熱解氣化焚燒工程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)其主要原料進(jìn)行成分分析；通過(guò)工藝計(jì)算及熱平衡分析，設(shè)計(jì)出合理的搭接機(jī)制，使二燃室燃燒溫度可穩(wěn)定保持在1100℃以上，保證煙氣在二燃室停留時(shí)間＞2s，滿(mǎn)足了焚燒爐穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)的需要，使煙氣排放達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

熱解氣化；焚燒；危險(xiǎn)廢物；搭接機(jī)制

引言

危險(xiǎn)廢物是指列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄或者根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有危險(xiǎn)性的固體廢棄物[1]。危險(xiǎn)廢物因其來(lái)源繁雜、種類(lèi)多、成分復(fù)雜，具有毒性、腐蝕性、易燃易爆等特性，對(duì)人體健康和環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。

現(xiàn)有的危險(xiǎn)廢物處置方式主要為填埋和焚燒。焚燒技術(shù)可以有效去除危險(xiǎn)廢物中的有毒有害成分，回收利用其中的熱能，可以同時(shí)達(dá)到減量、無(wú)害化和綜合利用的目的，是危險(xiǎn)廢物處置中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)[2]。其中熱解氣化爐因其低能耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作等優(yōu)勢(shì)，是危險(xiǎn)廢物焚燒處置（尤其是高熱值醫(yī)療廢物等）常用爐型之一。本文根據(jù)熱解氣化爐焚燒工程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)焚燒原料成分進(jìn)行分析，通過(guò)工藝計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)及氣化爐搭接機(jī)制，使二燃室溫度穩(wěn)定保持在1100℃以上，保證煙氣停留時(shí)間>2s，滿(mǎn)足了焚燒爐穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)的需要，使尾氣排放濃度達(dá)標(biāo)。

1 項(xiàng)目概況

該危險(xiǎn)廢物熱解氣化爐焚燒處置工程總規(guī)模為9500t/a，一期工程處置規(guī)模為5400t/a，二期工程處置規(guī)模為4500t/a。主要處置對(duì)象為蒸餾殘?jiān)⑽勰唷⒂袡C(jī)樹(shù)脂廢物、廢乳化液、表面處理廢物等。危險(xiǎn)廢物元素成分及工業(yè)分析見(jiàn)表1，燃燒系統(tǒng)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 危險(xiǎn)廢物元素成分及工業(yè)分析表

表2 燃燒系統(tǒng)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2 焚燒系統(tǒng)及工藝流程

熱解爐焚燒系統(tǒng)主要由進(jìn)料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、出料系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。燃燒系統(tǒng)主要由熱解氣化爐、燃燒爐、二燃室3個(gè)系統(tǒng)組成。熱解氣化爐主要是危險(xiǎn)廢物缺氧燃燒熱解氣化區(qū)，3個(gè)熱解氣化爐交替使用。熱解氣化爐內(nèi)的危險(xiǎn)廢物經(jīng)由助燃?xì)恻c(diǎn)火開(kāi)始燃燒，通過(guò)控制給氧量使危險(xiǎn)廢物在氣化爐內(nèi)逐步進(jìn)行干燥、裂解、燃燒和燃盡。危險(xiǎn)廢物熱解過(guò)程中形成可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w的主要成分是：H2、CO、CmHn等[3-4]。該可燃?xì)怏w通過(guò)管道導(dǎo)入噴燃爐，與新鮮空氣混合后進(jìn)入到燃燒爐充分燃燒。燃燒爐的溫度通常控制在1100℃以上，煙氣在二燃室停留時(shí)間>2s，使大部分有害氣體徹底被破壞轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、SO2等氣體[3-4]。

焚燒系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。焚燒廢物經(jīng)過(guò)投料裝置一次性分別投入氣化爐中，A、B、C三爐交替搭接投料焚燒，焚燒系統(tǒng)可以連續(xù)運(yùn)行。焚燒系統(tǒng)工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 焚燒系統(tǒng)工藝流程圖

3 熱解氣化爐系統(tǒng)運(yùn)行說(shuō)明

危險(xiǎn)廢物通過(guò)配伍后，由提升裝置直接投入熱解氣化爐A，A爐先氣化點(diǎn)火，二燃室通過(guò)助燃器加熱至設(shè)定溫度1100℃，A爐中的氣化氣體進(jìn)入二燃室，開(kāi)始混合燃燒。A爐運(yùn)行過(guò)程中，B爐開(kāi)始投料。當(dāng)A爐中的危險(xiǎn)廢物溫度達(dá)到350℃～400℃時(shí)，垃圾中的有機(jī)物趨于1%～3%，呈灰白色狀態(tài)，此時(shí)B爐也投料完畢，開(kāi)始點(diǎn)火。A爐殘余可燃?xì)怏w加上B爐的初始?xì)饣空每墒谷紵隣t溫度始終保持在1100℃以上。系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制原理，整個(gè)系統(tǒng)為一個(gè)常壓系統(tǒng)，通過(guò)壓力傳感器變頻控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)自動(dòng)控制熱解氣化爐和燃燒爐的空氣量（模糊理論）。當(dāng)二燃室設(shè)定溫度為1100℃自燃時(shí)，熱解爐氣體量不夠，燃燒溫度從1100℃降至1095℃時(shí)，熱解爐氣閥開(kāi)度開(kāi)大。同時(shí)，燃燒室空氣閥自動(dòng)關(guān)小，燃燒溫度又恢復(fù)上升到1100℃，當(dāng)燃燒溫度高于設(shè)定溫度1100℃時(shí)，空氣閥自動(dòng)關(guān)小，穩(wěn)定燃燒系統(tǒng)。當(dāng)B爐進(jìn)入灰化過(guò)程，C爐又開(kāi)始點(diǎn)火，如此循環(huán)往復(fù)，達(dá)到全自動(dòng)連續(xù)不間斷的燃燒過(guò)程。

4 問(wèn)題分析及解決方案

由于危險(xiǎn)廢物來(lái)源多樣，設(shè)備運(yùn)行中易出現(xiàn)不可靠問(wèn)題，生產(chǎn)運(yùn)行不穩(wěn)定。項(xiàng)目主要存在問(wèn)題如下：1）熱解氣化爐的內(nèi)筒因缺陷、腐蝕等原因漏水；2）每批物料的焚燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致一、二期生產(chǎn)線配置的3臺(tái)氣化爐熱解過(guò)程中可燃?xì)怏w產(chǎn)量過(guò)低，不能滿(mǎn)足氣化搭接機(jī)制的要求，無(wú)法保證燃燒爐連續(xù)生產(chǎn)的需要；3）燃燒爐內(nèi)部耐火材料損壞嚴(yán)重，導(dǎo)致保溫效果差，熱損失大；爐膛尺寸過(guò)大，散熱面積大，導(dǎo)致燃燒爐內(nèi)溫度過(guò)低。

危險(xiǎn)廢物的熱解氣化主要是通過(guò)控制送風(fēng)量和溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。送風(fēng)量越大，燃燒越充分，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w越少。因此，在熱解氣化過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制給風(fēng)量，盡可能得使有機(jī)分子轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w。氣化爐供氧量過(guò)高，危險(xiǎn)廢物主要在熱解爐內(nèi)完全燃燒，產(chǎn)生的可燃?xì)怏w不足以維持二燃室的溫度要求；氣化爐供氧量過(guò)低，危險(xiǎn)廢物熱解速率降低，單位時(shí)間產(chǎn)氣量減少，也不能維持二燃室的溫度要求。

氣化爐和二燃室設(shè)備是根據(jù)危險(xiǎn)廢物焚燒產(chǎn)生的煙氣量選型。煙氣量取決于危險(xiǎn)廢物的熱值。根據(jù)現(xiàn)有物料的配伍方案分析，配伍后的危險(xiǎn)廢物綜合熱值相對(duì)二燃室選型偏低。且二燃室內(nèi)部的耐火材料損壞嚴(yán)重，造成熱損失增大，從而導(dǎo)致二燃室的溫度無(wú)法維持在預(yù)設(shè)的1100℃，造成燃燒不完全，煙氣排放不達(dá)標(biāo)。

通過(guò)分析，決定根據(jù)二燃室的技術(shù)參數(shù)，重新確定危險(xiǎn)廢物配伍方案；將二期燃燒爐一次風(fēng)機(jī)改為變頻調(diào)速。根據(jù)生產(chǎn)需要，可以實(shí)現(xiàn)6臺(tái)熱解氣化爐搭接連續(xù)生產(chǎn)的操作。根據(jù)熱工計(jì)算，6臺(tái)熱解氣化爐搭接連續(xù)生產(chǎn)的情況下，產(chǎn)量約達(dá)到40t/d，與原有產(chǎn)量相比增加13%，廢氣在燃燒爐內(nèi)的停留時(shí)間仍大于規(guī)范要求的2s，以上措施除了會(huì)增加保溫效果、減少熱損失，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生任何負(fù)作用。改造后二燃室的溫度曲線如圖2。

圖2 二燃室溫度曲線

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)設(shè)備工藝改造，熱解氣化焚燒產(chǎn)量從原來(lái)的31.6t/d提高到35t/d，二燃室的燃燒溫度可以持續(xù)保持在1100℃以上，煙氣停留時(shí)間達(dá)到3s以上，滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范要求，煙氣排放達(dá)標(biāo)。但在目前運(yùn)行過(guò)程中，由于倉(cāng)儲(chǔ)形式為老式倉(cāng)儲(chǔ)，占地面積較大，配伍還是生產(chǎn)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作，物料成分波動(dòng)大、效率低且危害人體健康。未來(lái)危險(xiǎn)廢物焚燒可借鑒現(xiàn)代物流倉(cāng)儲(chǔ)的形式，實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)及配伍的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率。

[1] 陳敬軍.危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒爐的工藝設(shè)計(jì)[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2007，28（2-3）：81-87.

[2] 張林.危險(xiǎn)廢物焚燒處置的理論和實(shí)踐[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2010（11）：36-38.

[3] 鄧小燕. 基于CAO技術(shù)的干餾熱解氣化焚燒系統(tǒng)的研發(fā)[J].南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（4）：69-73.

[4] 羅永勝.工業(yè)固體廢棄物干餾氣化焚燒的溫度控制過(guò)程[D].南京：河海大學(xué)，2006．

[5] 趙由才，宋立杰，張華.固體廢物污染控制與資源化（實(shí)用環(huán)境工程手冊(cè)）[K].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

聲 明

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《中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)》編輯部

Incineration Engineering Reform on Pyrolysis Gasifier of Hazardous Wastes

SHEN Qiao-rui, ZHANG Chao, LI Heng-cai, WANG Zhong-cheng, SHEN Jin-yong, HAN Xiao-jun, JIANG Bin

(CBMI Construction Co., Ltd, Beijing 100176, China)

In accordance with the problems appeared in the pyrolysis gasification incineration engineering of hazardous waste, the paper makes the element analysis on the main raw materials. Based on the technological calculation and heat balance analysis, the paper works out a reasonable joint mechanism so to keep the temperature in secondary combustion chamber to reach at over 1100℃. The joint mechanism ensures the flue gas to keep the retention period ＞2s in the secondary combustion chamber, and to meet the requirement of the incinerator and to keep the stable and continuous production, and to make the flue gas emission to comply with the national standard of emission.

pyrolysis gasification; incineration; hazardous waste; joint mechanism

X701

A

1006-5377（2017）03-0061-03