廣西固體廢物(危險廢物)處置中心焚燒系統設計和運行

潘正現

(廣西壯族自治區環境保護科學研究院，廣西 南寧 530022)

廣西固體廢物(危險廢物)處置中心焚燒系統設計和運行

潘正現

(廣西壯族自治區環境保護科學研究院，廣西 南寧 530022)

項目選用回轉窯作為焚燒系統的主體設備處理醫療廢物和其它危險廢物，其外排煙氣經過凈化處理后符合《危險廢物焚燒污染物控制標準》(GB18484-2001)要求，運行經驗表明，焚燒的進料系統是非常關鍵的一環，也是故障率出現較高的環節，在工藝設計初期應充分考慮，醫療廢物和其它危險廢物混燒的回轉窯L/D比建議在4.5左右，系統防腐要全面，必須每個部位都防腐到位。

危險廢物；焚燒；工藝設計；運行經驗

危險廢物是指具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性或者感染性等一種或者幾種危險特性的[1]，以及不排除具有以上危險特性的固體廢物，處理方法主要有焚燒、熱解、固化處理、物化處理、安全填埋等，其中焚燒處置方法具有處理徹底、減量化、無害化等特點，已被廣泛應用[2-4]。

廣西危險廢物處置中心是《全國危險廢物和醫療廢物處置設施建設規劃》確定的建設項目之一，其服務范圍包括廣西14個地市的全部危險廢物(不包括放射性和其它地區醫療廢物)和南寧市的醫療廢物，主要建設內容包括回轉窯焚燒系統、物化處理設施、穩定固化設施、安全填埋場等，危險廢物處理能力為4.01萬噸/年。該項目于2009年7月開始建設，焚燒系統于2012年9月投入試運行，其特點是醫療廢物和危險廢物混合摻燒，本文對焚燒系統的設計、調試、運行并結合監測數據進行分析，總結經驗，以期為同類項目提供參考。

1 焚燒廢物特性

根據調查統計，項目可焚燒危險廢物種類包括醫療廢物、醫藥廢物、廢藥物藥品、農藥廢藥、有機溶劑廢物、廢礦油物、廢乳化液、精(蒸)餾殘渣、染料涂料廢物、有機樹脂類廢物、有機氰化合廢物、廢有機溶劑等，其低位熱值從1500～7000kcal/kg不等，同時，設計時充分考慮進爐物料的廣譜性，即包括國家危險廢物名錄中可焚燒的廢物，確定本項目經過配伍后的低位熱值為4000kcal/kg[5-6]，元素成分如表1所示。

2 工藝設計

焚燒系統包括貯存及破碎系統、配伍系統、進料系統、焚燒系統(包括一次燃燒室、二次燃燒室、燃燒器)、余熱利用系統、煙氣凈化系統(包括急冷、活性炭噴射、布袋除塵、脫酸、煙氣加熱等)、灰渣及飛灰收集系統、自動控制及在線監測系統及其他輔助系統組成[7]。工藝流程見圖1。設備規格和參數見表2。

表1 可焚燒危險廢物設計元素成分表 %

注：正常情況處理廢物的S含量不超過3%、Cl含量不超過5%。

表2 焚燒系統設備規格表

2.1 進料系統

危險廢物狀態有散裝膏狀物、固液混合的漿液狀物、松散的固體類、包裝編織固體類、塊狀固體類、桶裝類、箱裝類、高粘度液體類、低粘度液體類、氣體類等，醫療廢物置于可重復利用的桶裝容器內，因此，進料系統必須滿足上述類廢物的需要。項目設計的進料系統包括散狀物或經破碎后的散狀物用行車抓斗，標準桶裝容器用斗式提升機，大容積液體用廢液噴槍，并預留有廢氣噴口[8]。

圖1 焚燒工藝流程圖

散裝廢物存貯在儲坑內，由行車抓入散料斗，通過鏈板式輸送機送入集料斗。鏈板式輸送機采用較寬的設計，便于布料均勻，兩側設擋板，防止散料滑滾出輸送機。鏈板式輸送機采用變頻控制，通過時間控制進料量。物料最終通過推桿給料機送入回轉窯焚燒。標準桶裝廢物送入斗式提升機提升到窯頭集料斗，由液壓推桿給料機送入回轉窯焚燒。

2.2 焚燒系統

焚燒系統包括一次燃燒室、二次燃燒室、燃燒器，本項目一燃室采用回轉窯。按氣、固體在回轉窯內流動的方向回轉窯分為順流式和逆流式兩種[9]。逆流式的設計可提供較佳的氣、固混合及接觸，熱傳導效率高，可增加其燃燒速度。但由于氣固相對速度大，煙氣帶走的粉塵量相對較高。順流式的設計進料、進風及輔助燃燒器的布置簡便，操作維護方便，有利于廢物的進料及前置處理，廢物氣化成分在窯內的停留時間相對較長[10]。按窯內灰渣狀態及溫度分為灰渣式回轉窯焚燒爐、熔渣式回轉窯焚燒爐兩種[11]。灰渣式焚燒爐對一般性危險廢物來講，回轉窯溫度控制在850～1000℃，危險廢物通過氧化燃燒達到銷毀，回轉窯窯尾排出的主要是灰渣，冷卻后灰渣松散性較好。灰渣式窯內溫度低于1000℃，窯內固體尚未熔融，仍為固體灰渣[12]。熔渣式回轉窯焚燒爐一般來講回轉窯溫度至少控制在1100℃以上，回轉窯窯尾排出的主要是熔融狀的灰渣，其熱灼減率低，焚燒徹底。熔渣式回轉窯內溫度可能高達1350℃，廢物中惰性物質除高熔點的金屬及其化合物之外，皆在窯內熔融，因此焚燒程度比較完全。項目設計時考慮焚燒廢物特性等因素，選擇順流灰渣式回轉窯。

2.3 煙氣凈化系統

煙氣凈化系統包括急冷、活性炭噴射、布袋除塵、脫酸、煙氣加熱等，經過煙氣處理后，煙氣中的顆粒物、酸性氣體、二惡英、重金屬等污染物得以去除，從而使煙氣達標排放。

2.3.1 顆粒物控制

焚燒煙氣中顆粒物的主要成分為惰性無機物，因此項目選用布袋除塵器作為系統中最主要的除塵設備，濾袋選用聚四氟乙烯針刺氈，聚四氟乙烯覆膜處理，廢氣通過濾袋時粒狀污染物附在濾層上，再加以振動、氣流逆洗或脈動沖洗等方式清除。由于危險廢物焚燒產生的廢氣為高溫且帶有水分的酸性氣體，以往較少采用濾袋除塵器來去除顆粒狀污染物，但近年來濾布材質有所改進，對于溫度、酸堿及磨損的抵抗力均大為增強。

2.3.2 酸性氣體控制

項目采用干法脫酸加濕法洗滌的脫酸工藝。

(1)干法脫酸

采用急冷塔出口煙道中設文丘里裝置，向內加入脫硫劑石灰粉，然后進入反應器降低煙氣流速，延長反應時間以達到脫酸的目的。底部石灰可回收以減少石灰耗量，被煙氣帶走的石灰粉被布袋截留在外表面，繼續反應，提高石灰的利用率。

(2)濕法脫酸

濕法脫酸吸收劑采用氫氧化鈉。洗滌塔內裝有塑料填料，以增加水與煙氣的接觸，提高效率，減小設備體積。噴淋水自上而下流經填料，在填料表面形成水膜，上升的煙氣流經時與水膜充分接觸，達到中和目的。為節約資源，噴淋洗滌水循環使用。由于采用濕法脫酸，煙氣中含水較多，需要除霧，塔內上部設置旋風水汽分離，用于除去煙氣中的水汽，防止煙羽的形成。

2.3.3 二噁英的控制

(1)爐內抑制產生及充分分解

危險廢物在一燃室(回轉窯)中高溫焚燒，由于一直處于大于850℃高溫的過程，避開了二噁英容易生成的區域(400～500℃)，在一燃室(回轉窯)中大大減少了二噁英的生成。二燃室遵守3T原則，即二燃室煙氣溫度控制在1100℃以上、煙氣停留時間2s以上、二燃室煙氣的充分攪動，使二噁英充分分解[13]。

(2)爐后抑制再合成

采用急冷方式抑制再合成，通過急冷，使煙氣在1s內從550℃降到200℃，減少二噁英的再合成。

(3)尾氣凈化裝置進一步去除

噴入藥劑(石灰、活性炭)吸附二噁英的前驅物質HCl、二噁英合成的催化劑重金屬以及殘留的微量二噁英[14]，在袋式除塵器中低速高效過濾去除。

經過爐內抑制產生及充分分解，爐后抑制再合成，煙氣凈化裝置進一步去除后，煙氣中二噁英含量可以達到排放要求。

2.3.4 重金屬的去除

項目采用活性炭吸附的方法對重金屬進行吸附，最終通過袋式除塵器收集進行安全填埋處置。對于沸點低揮發性強的重金屬汞(如汞)，在袋式除塵器后仍有少量以氣體狀態存在，最終在酸吸收塔內被洗滌下來。部分重金屬的氯化物為水熔性，即使無法通過吸附進行去除，利用其溶于水的特性，由酸吸收塔的洗滌液自煙氣中吸收下來[15]。

3 運行效果

項目于2009年7月開始建設，焚燒系統于2012年9月投入試運行。經過近10個月的運行，2013年6月進行監測。監測工況是設計工況的101%～103%，其中醫療廢物量占進爐物料的60%左右，經測，煙氣在二燃室停留時間大于2s，焚毀效率大于99.99%，殘渣熱灼減率3.3%～3.9%。廢氣監測結果見表3，各項煙氣排放指標均符合《危險廢物焚燒污染物控制標準》(GB18484-2001)要求。

表3 廢氣監測結果 單位：mg/m3

注：數據來自《廣西固體廢物(危險廢物)處置中心竣工環境保護驗收監測報告》

4 經 驗

焚燒系統自建成投入運行以來已有4年多時間，由于項目建設初期，危險廢物焚燒系統成功運行實例不多，加上本項目進爐物料為醫療廢物和危險廢物混合摻燒，設計初期的參數取值，設備選型有不足之處。

4.1 進料系統

(1)行車抓斗

項目散裝物料采用行車抓斗，設備選型時采用了單梁行車，在實際應用過程中，問題較為突出，故障率較高，一個是單梁行車抓斗對操作技術要求較高，鋼索易打結。二是由于只有一個行車，沒有備用的，行車出現故障時儲坑的物料就無法進爐，影響了整個系統的配伍及運行。因此，若采用行車抓斗進料，應采用雙梁行車，若有條件，可考慮一用一備。

(2)斗式提升

本項目醫療廢物由專用收集容器盛放，中間不倒容器，采用收集容器直接上料。醫療廢物的上料采用提升機，在提升機提斗上設醫療廢物容器固定機構，將盛放醫療廢物的容器固定在提升斗內，提升至窯頭上料斗內上料。醫療廢物容器隨上料機返回重新上料。斗式提升機為非標設備，設計時容器提升到翻轉角度不平滑，太過實變，導致受力杠易變形，故障率很高。

從實際運行情況看，進料系統是非常關鍵的一環，也是故障率出現較高的環節。

4.2 回轉窯

焚燒系統回轉窯的廢物裝載率為5%～15%。在入口處，對于高熱值廢物必需降低其進料百分比以提供合理的接觸時間和溫度控制。對于低熱值廢物，其進料百分比可以增加到15%以上。固體物質在回轉窯內的停留時間為30～120min，固態物質中的有害成分被徹底焚毀，廢物中的無機可燃分被燃燼，長鏈環狀物質會被分解成短鏈物質進入二燃室進一步分解焚燒。實際運行中，由于醫療廢物占比較大，醫療廢物中一次性廢物和塑料制品越來越多，熱值也越來越高，導致最終配伍后的進爐物料熱值較高，窯尾處溫度在1100℃左右，爐渣已呈熔融狀，變成熔渣式回轉窯，另外，由于回轉窯L/D偏小，回轉窯長度偏短，導致焚燒系統處理富裕量不足，達不到原設計±15%的要求。

4.3 系統防腐

煙氣處理系統的管道和設備采用了耐酸膠泥等方式防腐。從實際運行情況看，在布袋除塵前，煙氣溫度在200℃以上，鋼結構的設備與煙氣基本被耐酸膠泥阻隔，煙氣在管道或設備沒有結露，除直接接觸的設備，如急冷塔噴頭等外，其它的設備和管道的腐蝕強度不大。但布袋除塵的框架防腐不到位，很容易結露，被腐蝕穿孔，導致漏風。

5 結 論

危險廢物處理方法主要有焚燒、熱解、固化處理、物化處理、安全填埋等，其中焚燒處置方法具有處理徹底、減量化、無害化等特點，已被廣泛應用。廣西危險廢物處置中心是《全國危險廢物和醫療廢物處置設施建設規劃》確定的建設項目之一，其服務范圍包括廣西14個地市的全部危險廢物(不包括放射性和其它地區醫療廢物)和南寧市的醫療廢物，主要建設內容包括回轉窯焚燒系統、物化處理設施、穩定固化設施、安全填埋場等，危險廢物處理能力為4.01萬噸/年。該項目于2009年7月開始建設，焚燒系統于2012年9月投入試運行，其特點是醫療廢物和危險廢物混合摻燒，本文項目選用回轉窯作為焚燒系統的主體設備處理醫療廢物和其它危險廢物，對焚燒系統的設計、調試、運行并結合監測數據進行分析，總結經驗，以期為同類項目提供參考。研究得出以下結論：

(1)運行實踐證明，焚燒系統采用回轉窯作為主體，煙氣凈化系統采用急冷、干法脫酸和濕法洗滌、活性炭吸附、布袋除塵處理工藝焚燒處理醫療廢物和其它危險廢物，各項指標能夠達到《危險廢物焚燒污染物控制標準》(GB18484-2001)要求。

(2)進料系統是焚燒系統關鍵的一環，也是故障率出現較高的環節，在設計初期應充分考慮。

(3)醫療廢物和其它危險廢物混合摻焚且有一定比例的，焚燒系統設計熱值和回轉窯L/D比值應充分醫療廢物考慮發展趨勢。

(4)煙氣系統防腐考慮要全面，必須每個部位都防腐到位。

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Design and Operation of Incineration System or Guang Xi Hazardous Waste Disposal Center

PAN Zhengxian

(Scientific Research Academy of GuangXi Environmental Protection)

In this project，a rotary kiln is used as the key equipment of the incineration system to treat medical wastes and other hazardous wastes. After purification treatment，the discharged exhaust gases were in line with the standard of “Pollution control standard for hazardous wastes incineration (GB1848-2001)”. According to the operating experience，the waste feed is a critical step of incineration system as well as a high failure rate step. Therefore，the waste feed system should be carefully considered at the early process design stage. The L/D ratio of the rotary kiln，where the mixture of medical wastes and other hazardous wastes was burned，is suggested to be approximately 4.5. The anticorrosion should be done well at every part of the incineration system.

Hazardous waste；incineration；process design；operating experience

潘正現，男，碩士研究生，固體廢物處理

X21

A

1673-288X(2017)02-0156-04

項目資助：廣西壯族自治區人力資源和社會保障廳廣西人才小高地專項資金項目(桂辦發[2011]51號)

引用文獻格式：潘正現.廣西固體廢物(危險廢物)處置中心焚燒系統設計和運行[J].環境與可持續發展，2017，42(2)：156-159.