危險廢物焚燒系統工藝控制對布袋除塵器運行影響的探討

付 強

（北京北控環保工程技術有限公司，北京 100124）

國家法律法規對危險廢物焚燒污染物煙塵排放濃度有明確要求[1]。布袋除塵器因除塵效率高，進氣條件變化不易影響其除塵效率，在固體廢物處理中得到廣泛應用[2]。危險廢物焚燒煙氣凈化系統的除塵設備應優先選用袋式除塵器[3]。在危險廢物焚燒實際生產運行中，前端焚燒爐的風、火、料工藝控制對布袋除塵器運行與維護起到至關重要的作用。如焚燒系統操作不當，將會造成布袋除塵器燒毀事故。

某危險廢物焚燒系統曾發生一起布袋除塵器濾袋燒毀事故。該系統主要工藝流程為：部分固態物料經破碎、篩分后，與其他固態或半固態物料通過料坑抓斗混配，再上料、定量輸送至回轉窯。在窯內800℃以上高溫及一次風作用下，物料進行預熱、烘干、熱解與燃燒。回轉窯熱解產生的大部分可燃物質隨煙氣排入二燃室進行二次充分燃燒，二燃室溫度控制在1100℃以上。夾帶著飛灰的煙氣在引風機作用下，進入后續系統進行余熱利用和煙氣凈化，最終加熱至130℃以上達標排放。其中，煙氣凈化系統主要包括：急冷噴淋塔、布袋除塵器、酸性洗滌塔。

1 濾袋燒毀事故過程

事故發生在煙道清灰后的啟窯帶料、升溫過程。經過回轉窯止料、停窯、煙道清堵、檢查工作后，回轉窯開始點火。由于燃燒器出現故障，窯內溫度一直維持600℃無法提升。采用包裝輕質類廢物入窯升溫3 h后，窯尾出口溫度達到900℃，外排煙氣CO濃度逐漸達標。但運行1.5 h后煙氣CO濃度又持續超標，直至布袋除塵器發生濾袋燒毀事故。

中控室監測顯示，布袋收塵器灰斗溫度首先出現異常，從160℃急劇上升到500℃。現場采取降低引風機頻率、停止進料等措施，發現布袋卸出的飛灰處于燃燒狀態。當灰斗溫度出現異常32 min后，除塵器出口煙氣溫度出現異常上升，從170℃逐步升到500℃，隨后濾袋壓差突降，現場對焚燒系統采取停窯降溫措施。當布袋除塵器冷卻后打開上蓋板，顯現設備內部所有濾袋已燒毀。

2 濾袋燒毀事故分析

2.1 直接原因

對于除塵器裝置內部發生燃燒的原因，人們可以從三個方面進行初步分析。

2.1.1 裝置內的可燃物質

經檢測除塵器出灰熱灼減率為40.38%，說明除塵器截留下來的飛灰中含有高含量、未燃盡可燃物質。這些可燃物質主要以0.1～10 μm細微顆粒的炭黑形式存在。

煙氣中CO是燃燒不完全過程中的代表性產物[2]。在運行大部分時間段，煙氣CO排放濃度處于超標狀態，這說明系統處于不充分燃燒的狀態，煙氣中存在未燃盡物質。由于焚燒系統二燃室出口煙氣夾帶的未燃盡炭黑粒徑細微，很難在余熱鍋爐、急冷塔內沉降下來，進入除塵器后在濾袋上附著或灰斗內堆積，因此裝置內存在可燃物質成為燃燒的第一要素。

2.1.2 裝置內的點燃溫度或能量

煙氣凈化系統采用的濾袋為PTFE材質，其適用范圍為：連續工作溫度230℃以下，瞬間工作溫度280℃。根據運行記錄，除塵器進口溫度一直維持在200～210℃。飛灰中的炭黑燃點在600～700℃。從裝置內運行溫度來看，應該不具備物料點燃溫度的條件。

飛灰在除塵器上截濾后，可形成約3 mm的附著層。當壓縮空氣反向脈沖吹掃濾袋時，濾袋急劇膨脹與收縮，將出現籠骨與濾袋之間的強烈震打現象，使附著層上的飛灰與濾袋發生摩擦靜電作用。震落的大塊飛灰進入灰斗過程中，有部分細粉狀飛灰在引風的作用下再次附著到濾袋表面，與濾袋發生摩擦靜電作用。

從回轉窯止料清理煙道到啟窯入料期間，除塵器溫度一直維持200～210℃，濾袋并沒有蓄積水分。因此，飛灰與濾袋之間所產生的靜電不具備水介質導出裝置的條件。此外，PTFE材質濾袋絕緣性能較好，靜電無法通過濾袋馬鞍橋部位傳導至鋼質孔板上，造成除塵器裝置內靜電蓄積。

飛灰內靜電電壓達到3000 V，會產生靜電放電火花。對細微顆粒炭黑點燃所需的最小靜電點火能量在幾十至數百毫焦。當靜電放電相當能量所形成的放電有效點燃能量大于可燃物質點燃所需要的最小靜電點火能量時，靜電放電火花可點燃所在空間的可燃物質[4]。由于煙氣中CO可燃氣體的存在，與可燃炭黑形成的雜混合物進一步降低了點燃所需的最小靜電點火能量，從而增加了可燃物點燃的危險性。因此，飛灰與絕緣濾袋之間產生靜電放電火花成為燃燒的第二要素。

危險廢物焚燒處理一般會產生高溫、酸性腐蝕氣體。對于含有碳纖維等導電材質的防靜電濾袋，導電材質會與酸性物質發生反應，造成導電性能衰減，使其失去防靜電功能。因此，危險廢物焚燒系統宜采用耐腐蝕好的高分子纖維材質濾袋，而不采用防靜電材質濾袋。

2.1.3 裝置內的氧氣

根據運行記錄，濾袋事故發生前1 h內，煙囪排放煙氣氧含量在14%～16%，而余熱鍋爐出口煙氣氧含量在2%～6%。這說明余熱鍋爐至引風機之間有漏風現象，使除塵器內存在充足氧氣條件。震落下來并已達到點燃所需最小靜電點火能量的炭黑與裝置內氧充分接觸，就會產生燃燒現象。因此，裝置內的氧氣是燃燒的第三要素。

2.2 間接原因

除塵器截濾下來的飛灰含有大量未燃盡的炭黑是事故發生的關鍵因素。飛灰中含有炭黑可燃物與焚燒系統的風、火、料工藝控制有關。因此，人們可以從工藝控制角度對事故原因作進一步分析。

2.2.1 一次風與二次風控制異常

一次風機與二次風機額定風量分別為3880 Nm3/h和3000 Nm3/h。在事故發生前，曾出現幾段非常明顯的不正常調節：一次風與二次風的風機頻率分別達到30～38 Hz與5～12 Hz，持續約30 min；一次風與二次風的風機頻率分別達到23～26 Hz與12～16 Hz，持續約25 min。這些異常調節造成一次風過大、窯內風速過高，來不及熱解的輕質類物料通過煙氣夾帶進入二燃室。二次風供風量不足，且二燃室內煙氣停留時間過短，被夾帶的輕質類物料無法在二燃室完成熱解與燃燒，造成尚未燃盡炭黑與CO隨煙氣進入后續的煙氣凈化系統。

2.2.2 回轉窯與二燃室溫度不足

從啟爐入料升溫直至濾袋燒毀事故發生，回轉窯與二燃室出口溫度基本在700～850℃。通常，提高焚燒溫度有利于廢物中可燃物質的分解，并可抑制黑煙的產生[2]。二燃室焚燒溫度偏低，不足以保證從回轉窯內熱解產生的揮發分、炭黑可燃物質充分燃燒。

2.2.3 入窯物料未進行合理配伍

根據出庫危險廢物臺賬記錄，停窯清理煙道后，啟爐入窯物料為破碎后的廢包裝類輕質物料，含有薄膜及纖維類廢物。此類輕質物料在窯內熱解與焚燒過程中將產生大量漂浮物，在一次風作用下很容易帶入二燃室，無法完成熱解與燃燒。

3 工藝控制的建議

通過以上濾袋燒毀事故分析，風、火、料焚燒工藝控制不當，將導致大量未燃盡炭黑產生，這是濾袋燒毀事故發生的間接原因。因此，只有焚燒系統采取適當的工藝控制方能避免類似事故的發生。

3.1 供風量控制

在危險廢物焚燒系統中，回轉窯內需完成物料預熱、烘干、熱解、燃燒的功能。大部分熱解產物在二燃室完成充分燃燒。回轉窯與二燃室由不同的供風量控制。其中，一次供風用于物料熱解、部分熱解產物燃燒、固定碳趨近燃盡；二次供風用于進入二燃室的揮發分與炭黑等可燃物質充分燃燒。

焚燒系統供風量應以危險廢物處理量與配伍后物料組分分析為依據，并考慮過剩空氣系數，核算焚燒總需氧量與供風量。標定風機運行頻率與風量的對應關系，初步設定一次風與二次風風量。根據生產運行經驗，一次風與二次風分配比例一般約為6:4，具體分風比例需考慮實際焚燒系統漏風因素,再通過窯尾及余熱鍋爐出口煙氣氧含量監測，對一次風量與二次風量進行微量調整。

供風量以確保焚燒系統有充足氧氣燃燒為原則，一次風不宜過大，二次風不宜過小。如一次風量過大，物料熱解產生的大部分可燃分會在窯內實現燃燒，造成二燃室“斷糧”而無法保證燃燒室內溫度。另外，它還會造成窯內風速偏高，輕質物料容易被帶入二燃室，無法進行充分熱解與燃燒；如二次風量過小，進入二燃室的可燃分與供風無法充分混合，供氧不足造成燃燒不充分。

在生產運行中，窯尾出口氧含量應控制在2%～3%，二燃室出口氧含量應控制在6%～10%。另外，需嚴格控制焚燒系統的漏風現象，使一次風、二次風、引風控制更為有效，保證系統的運行穩定性。

3.2 焚燒爐溫度控制

焚燒爐溫度與進料量、物料形態與熱值、一次風與二次風的控制相關。應確保回轉窯出口溫度在850～950℃。一旦回轉窯出口溫度低于850℃，應投入窯頭燃燒器補燃或噴入高熱值廢液，提升回轉窯溫度。同時，保證二燃室溫度控制在1100～1150℃，使系統達到≥99.99%的焚毀去除率。

3.3 物料控制

危險廢物在回轉窯內實現熱解后，熱解產物方能在二燃室實現充分燃燒。薄輕質類物料入窯，很容易隨煙氣漂浮進入二燃室，在二燃室內進行熱解并產生黑煙。因此，對薄輕質類物料的調節控制，可采取與黏性物料混配入窯的方式，以減少窯內漂浮物料的產生量，保證其在回轉窯內實現熱解。

4 結語

可燃物質、靜電放電火花和氧氣是燃燒的三個要素，它們會直接造成除塵器濾袋燒毀事故，人們必須予以關注。在實際生產運行中，“風、火、料”的關聯工藝控制需綜合考慮，不能孤立處理。生產人員需要根據焚燒基本原理與工藝進行靈活運用，通過不斷摸索，獲得并確定適合危險廢物焚燒系統的工藝控制運行參數。

參考文獻

1 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.GB18484-2001 危險廢物焚燒污染控制標準[S].北京：中國標準出版社，2015.

2 聶永豐.固體廢物處理工程技術手冊[M].北京：化學工業出版社，2012.

3 中華人民共和國環境保護總局.HJ/T176-2005 危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規范[S].北京：中國環境出版社,2005.

4 周本謀，范寶春.靜電放電火花點燃危險性分級方法研究[J].北京理工大學學報，2005，（25）：85-88.