含油污泥與廢活性炭配伍焚燒試驗研究

吳興國

摘要：將廢脫硫活性炭與熱軋含油污泥這兩種危廢進行了配伍焚燒試驗，通過調節廢活性炭的添加比例，探究了焦爐煤氣（COG）的消耗及整體焚燒產線運行情況。結果表明：隨著廢活性炭含量的增加，燃燒消耗助燃空氣量也隨之增加，尾部煙氣量稍有下降。當含油污泥中廢活性炭含量為15%時，回轉窯COG消耗量下降約10%，降低能源消耗，且尾氣各在線監測參數均達標排放，在實現焚燒處置含油污泥地同時最大化的實現了廢活性炭的資源化、合規化的處置。

關鍵詞：熱軋含油污泥;廢脫硫活性炭;配伍焚燒;資源化

中圖分類號：X701.7

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）14-0179-03

1 引言

熱軋含油污泥是鋼鐵冶煉行業生產過程中熱軋工序段產生的含油污泥，含油率較高，其中還含有大量的重金屬、病原菌等有毒有害物質，已被列入《國家危險廢物名錄》，依據《國家清潔生產促進法》和《固體廢物環境污染防治法》要求，必須對含油污泥進行無害化處理。焚燒處置含油污泥能夠將污泥中的有害物質去除，并且實現減量化、穩定化、無害化和資源化，但是焚燒含油污泥需要消耗大量的燃料，成本高，投資大。近年來，伴隨危廢焚燒配伍的發展，國內外許多學者對含油污泥與生物質如煤、秸稈等混合燃燒的研究發現，混合生物質燃燒較含油污泥單獨燃燒效果好。因此探究含油污泥配伍焚燒已是大勢所趨。

廢活性炭，是指經脫色或吸附飽和后，內部孔隙結構被吸附質堵塞，失去吸附能力的活性炭。工業生產過程中所產生的廢活性炭，因所吸附的吸剛質為有毒有害物質，絕大多數廢活性炭都歸屬危廢范疇。廢棄活性炭可通過再生技術使其重新獲得吸附能力，但再生技術工藝復雜且成本高，有可能產生二次污染。鼓勵廢物的資源化利用和深度利用是危廢處置的一貫追求，由于廢活性炭的基體為活性炭，因此具有一定的熱值（參考干碳熱值3000 - 3300kj/kg），燃燒會放出一定的熱量，通過利用廢活性炭的熱值來對其進行合規化處置是一個研究方向。

結合上述內容，本文就廢活性炭與熱軋含油污泥配伍焚燒試驗進行研究，在保證煙氣及尾氣排放達標的基礎上，研究廢活性炭的添加對減少焦爐煤氣（COG）用量的貢獻。

2實驗部分

2.1材料

試驗物料熱軋含油污泥由某鋼廠熱軋車間產生，廢活性炭為經煙氣處理吸附SO₂達飽和而無吸附能力的廢棄活性炭。熱軋含油污泥主要組分見表1。

2.2試驗方法

采用焚燒熱軋含油污泥用回轉窯為本次實驗的焚燒設備，處理能力為4 t/h，焚燒整體工藝如圖1。同轉窯焚燒溫度850℃，二燃室溫度1100℃。將含油污泥與廢活性炭按五組不同質量比進行混摻，每組總重量10 t，隨后進行焚燒，每組具體比例詳見表2。以每0.5h為一個時間段，研究不同廢棄活性炭摻混比例下每個時問段對含油污泥燃燒過程中回轉窯COG消耗量、尾氣排放、煙氣景、助燃氣消耗量及焚燒尾渣的影響。

3結果與討論

3.1含油污泥與廢活性炭不同摻燒比例下回轉窯COG消耗量

圖2給出了不同比例廢活性炭摻雜下，回轉窯內部COG在各時間段的消耗量比較，其中橫坐標0.5 h表示從焚燒開始到0.5 h期間內COG的平均流量（單位Nm³/h），橫坐標1h表示從焚燒0.5 h到1 h期問內COG的平均流量，以此類推。

①段線為純含油污泥焚燒的變化圖，從圖2可以看出，整個焚燒期間，回轉窯內部COG的流量沒有發生太大變化，COG流量圍繞在590 Nm³/h上下合理范圍內浮動，表明整套焚燒系統運行比較穩定。隨著廢棄活性炭的摻入，回轉窯內COG通入的流量隨之下降，并且廢活性炭摻雜量越多，消耗COG的量就越少，這是因為活性炭基體本質為炭，具有很高的熱值，活性炭燃燒釋放的熱能可以代替部分COG燃燒釋放的熱能，從而減少了COG的消耗。從圖中可以看出，摻雜5%、10%、15%廢活性炭的含油污泥穩定燃燒時平均消耗COG流量分別為570 Nm³/h、560 Nm³/h、530 Nm³/h，分別減少COG消耗3%、5%、10%。

圖2中，各組實驗焚燒的起初階段COG流量變化不大（對應各組實驗的0.5h處），這是由于焚燒初期，物料剛剛入窯，對窯內原始狀態沖擊造成的，隨著焚燒的慢慢進行，窯內環境趨于穩定，新物料的進入不會再引起波動。然而廢活性炭的摻雜量并不是任意添加的，⑤段線只畫出來第一個點，這是因為添加20%的活性炭的含油污泥，在進入窯內十分鐘左右，由于炭含量較高，最大量的助燃空氣無法滿足混合物料的完全燃燒，各管路煙氣量陡升，且回轉窯內產生大量煙塵，此情況下，立即中斷進料，不再對該配比下的混合物料進行焚燒試驗，本文的后續章節也不再對此混合比例下的含油污泥焚燒情況做分析介紹。

3.2含油污泥與廢活性炭不同摻燒比例下煙氣量、助燃空氣量變化

回轉窯尾部煙氣量整體呈現低開高走的趨勢，一開始物料入窯時，回轉窯尾部煙氣量最低，這是因為焚燒才剛剛開始。隨著焚燒趨于穩定，煙氣量整體上升并變化不大。摻雜廢活性炭的污泥焚燒整體煙氣量小于未摻雜廢活性炭的污泥·如圖3所示，這是因為廢活性炭代替了部分COG作為熱源燃燒，相同熱量產生的條件下，活性炭燃燒產生的煙氣量稍小，但是由于物料的屬性不同及焚燒的復雜性，摻雜不同比例活性炭的含油污泥焚燒時，回轉窯尾部煙氣量的變化沒有呈現出相關規律。

圖4給出了摻雜不同比例廢活性炭的含油污泥焚燒時回轉窯內部空氣消耗量的變化，未摻雜廢活性炭的含油污泥焚燒時消耗空氣量最少，隨著廢活性炭摻雜比例的增加，混合物料消耗的空氣量隨著上升，這是因為廢活性炭的主要可燃成分是碳，而COG主要可燃成分為CO。

3.3含油污泥與廢活性炭不同摻燒比例下尾氣排放及尾渣情況

由于廢活性炭中吸附了SO₂，在焚燒時，因基體活性炭燃燒，吸附的SO₂釋放到煙氣中，必然導致煙氣SO₂含量增加，圖5給出了摻雜不同比例廢活性炭的含油污泥焚燒時煙氣中SO₂含量的變化。

本套含油污泥焚燒線采用的是干法和濕法兩段脫硫，其中干法脫硫采用的是石灰/石灰石法，濕法脫硫采用的是20% NaOH溶液。從圖5中可以看出，純含油污泥焚燒，即線①，焚燒初期，煙氣中SO₂在0.5 h內的均值為20 mg/m³，隨著焚燒趨于穩定，煙氣中SO₂含量有一定幅度上升，在焚燒后期，由于物料焚燒殆盡，尾氣中SO₂含量也相應下降。

線②和線③分別對應摻雜5%廢活性炭和摻雜10%廢活性炭的含油污泥焚燒尾氣中SO₂含量變化，從圖中可以清晰的看出，隨著廢活性炭摻雜量的增加，尾氣中SO₂含量隨著增加，摻雜10%廢活性炭的含油污泥在焚燒2h時，SO₂含量半小時內均值為55 mg/m³（上海市SO₂排放地標小時均值100 mg/m³，日均值50mg/m³）。因此在焚燒摻有15%廢活性炭含量的含油污泥時，增大了石灰，/石灰石的噴入量，因此每半小時內的SO₂含量均值相比較摻雜10%廢活性炭的含油污泥焚燒時稍有下降。后期還可以通過增大濕法脫硫段NaOH溶液的濃度來進一步降低尾氣中SO₂含量，為尾氣排放達標保駕護航。

對每組焚燒后的焚燒渣進行取樣比較，摻雜過廢活性炭的含油污泥焚燒后，焚燒渣形態并沒有出現變化。

4結論

（1）廢活性炭與含油污泥混燒的過程中，由于廢活性炭的基體由碳元素組成，碳在焚燒時會產生一定的熱量，可以代替部分COG燃料燃燒產生的熱量，焚燒摻雜5%、10%、15%廢活性炭的含油污泥可分別減少COG消耗3%、5%、10%，節省能源、降低焚燒運行成本的同時還可以通過焚燒消納處置危險性廢棄物脫硫活性炭，實現廢棄活性炭資源化處置。

（2）廢活性炭摻入到含油污泥中，由于碳和COG燃燒時耗氧量不同，混合焚燒時回轉窯內部耗氧量略有增加，需增大助燃空氣鼓入量。燃燒后，回轉窯尾部煙氣量隨廢活性炭摻雜比例的增加而略有下降。由于主風機及助燃風機額定風量的限制，在焚燒摻雜20%廢活性炭的含油污泥時，本試驗采用焚燒線由于助燃風量不足，導致各管路中煙氣量陡升，增大除塵、脫硫單元的負荷，有可能損壞主體焚燒設備。

（3）廢脫硫活性炭摻雜含油污泥進行焚燒，由于活性炭中吸附大量SO₂等硫元素，在焚燒時由于基體活性炭燃燒殆盡，吸附的硫元素在回轉窯內部高溫下形成大量SO₂，使得尾氣中SO₂含量增加，隨著廢活性炭摻雜比例的增加而增加，為使嫻氣排放達標，需對脫硫單元進行適應性調整，實現對廢棄活性炭的合規化處置。