危險廢物回轉窯焚燒爐水冷夾套裝置優化設計

劉美琴 曾招樂

（福建省固體廢物處置有限公司 福建福州 350000）

1 引言

隨著城市社會經濟和工業生產的快速發展，工業危險廢物產量與日俱增，危險廢物的妥善處理顯得十分重要。現行危險廢物處理方式主要有焚燒、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[1-4]。

目前焚燒處置技術主要包括回轉窯焚燒、液體注射爐焚燒、流化床焚燒、固定床焚燒和熱解焚燒等[5-7]。其中，回轉窯焚燒處理技術成熟，適用性廣，運行穩定，能處理各種類型的固體、液體廢物，是目前處理危險廢物最為廣泛、最為主流的技術；同時也是我國科技部和國家環保總局所發布的國家工業廢物處理技術政策中推薦的焚燒爐爐型，其市場占有率約為85%，主要工藝為：進料系統、回轉窯和二燃室焚燒系統、余熱利用系統和煙氣凈化系統等。

2 進料系統介紹

回轉窯焚燒爐進料系統主要由提升機、料斗、一、二級密封門、給料機、水冷夾套、廢液噴槍等組成[8]，采用分系統進料方式，液體廢物經廢液噴槍直接噴入回轉窯及二燃室，其他固體廢物則由上料提升系統送至料斗，經過兩級密封門，由液壓推桿給料機送入回轉窯焚燒。液壓推桿給料機進出送料，不斷經歷冷熱交替過程，設計時在推桿給料機四周設置了冷卻夾套，對推料筒進行冷卻，一方面可以防止推料筒因過熱而變形或損壞，另一方面可以避免因推料筒過熱而黏附物料造成進料不暢[9]。水冷夾套是整套焚燒系統的“咽喉要道”，一端連著給料機，一端連接回轉窯，是固體廢物進來的唯一通道，保障了固體廢物的正常進料。

目前國內冷卻夾套使用較多的為水冷夾套和風冷夾套，兩種冷卻夾套介紹如下表1所示：

表1 水冷夾套和風冷夾套介紹

通過上表水冷夾套和風冷夾套優劣勢比較，兩種結構設計各有優缺點，但從實際應用情況看，使用水冷夾套的工程案例多一些。我公司危險廢物回轉窯焚燒爐進料系統采用的是水冷夾套，但水冷夾套在運行過程中也存在一些問題。

3 水冷夾套常見問題分析

目前，進料推頭四周的水冷夾套在運行過程中容易出現破損現象，主要表現為水冷夾套內壁腐蝕破損，其中頂部內壁比兩側內壁和底部內壁腐蝕嚴重，更容易穿孔。水冷夾套破損，冷卻水不斷滲漏，甚至噴射出來，不僅增加了冷卻水循環使用量，還使進爐焚燒物料含水率增大，熱值降低，影響物料焚燒；同時，冷卻水大量進入回轉窯，導致回轉窯窯頭澆注料和耐火磚局部溫度過低，受熱不均勻，易出現脫落現象，影響其使用壽命；甚至直接導致澆筑料或耐火磚炸裂。所以，水冷夾套破損時，必須進行停爐檢修。

根據危險廢物回轉窯焚燒爐實際運行情況，水冷夾套內壁破損原因主要有以下兩點：

（1）回轉窯焚燒爐長期處置危險廢物，危險廢物由推料機構送入回轉窯燃燒，物料燃燒過程中產生火焰和高溫煙氣，窯頭負壓運行不穩定時，火焰和高溫煙氣容易溢出，火焰和高溫煙氣往上升，在水冷夾套頂部內壁產生熱輻射，同時，產生的大量煙氣，沖刷水冷夾套頂部內壁，對水冷夾套頂部內壁造成侵蝕性破壞，頂部內壁比兩側內壁和底部內部腐蝕嚴重。

（2）回轉窯的熱煙氣中含有較多的水分和SO2、HCl等酸性氣體，這些水分和含有酸性氣體的煙氣遇冷形成小露滴，小露滴容易附著在水冷夾套內壁上，對水冷夾套內壁形成露點腐蝕，長時間運行后，造成穿孔現象，導致水冷夾套破損。

為了減少回轉窯焚燒爐水冷夾套破損停爐檢維修頻次，降低回轉窯焚燒爐運行成本，更好的提高回轉窯焚燒爐的連續穩定運行效果，我公司針對水冷夾套出現的問題，做了進一步的優化改造，現對優化改造方案做一簡單的介紹。

4 水冷夾套優化方案

針對回轉窯焚燒爐運行過程中水冷夾套出現的問題，對原有的水冷夾套進行升級改造，提出以下優化方案，優化后的水冷夾套詳見圖1。

4.1 材質方面

原有水冷夾套為Q235鋼材質，運行過程中不耐腐蝕，現將水冷夾套改為20#鍋爐鋼，鍋爐鋼具有良好的焊接性能和一定高溫強度、耐腐蝕、耐氧化。慮到經濟實用性，僅將水冷夾套內側鋼板更換為20#鍋爐鋼，外側鋼板繼續沿用Q235鋼，兩塊鋼板之間使用20#鍋爐鋼做加強筋焊接。

4.2 結構方面

水冷夾套結構方面的優化主要有以下4方面：

（1）水冷夾套頂部內壁在運行過程中腐蝕破損最為嚴重，在其表面及即朝向焚燒爐推筒給料機頂部增加一層長800mm*寬700mm*厚10mm隔離擋板，采用Q235鋼結構。

（2）在水冷夾套內壁處設置槽狀板，槽狀板前端具有供隔離擋板插入的開口，后端設置限位擋片。

（3）隔離擋板、槽狀板、限位擋片采用間隔100mm的段焊方式進行焊接固定。

（4）隔離擋板在升溫受熱時有一定的膨脹量，為保證隔離擋板受熱膨脹產生的擠壓力不影響水冷夾套，需在隔離擋板和水冷夾套內壁頂部、兩側面之間留有一定間隙，間隙大小根據隔離擋板受熱膨脹量進行計算，如下：

危險廢物回轉窯焚燒爐窯頭溫度為550℃左右，碳鋼在20-600℃時的熱膨脹系數a為（13.5-14.3）*10-6/℃，運用插值法，則550℃時碳鋼的熱膨脹系數a為14.23*10-6/℃；

熱膨脹量：ΔL=a*（t1-t2）*L

隔離擋板熱膨脹量為：14.23*10-6/℃*（550℃-20℃）*0.7=5.28*10-3m；

即隔離擋板和水冷夾套內壁兩側面之間各留縫隙≥2.64mm。

4.3 優化后優勢

（1）隔離擋板與水冷夾套內壁之間留有間隙，煙氣產生的熱輻射和焚燒爐推筒給料機散發出來的熱量先經過隔離擋板，經由間隙再傳遞到與水冷夾套，大大減弱了熱輻射，水冷夾套內部表面溫度降低，受熱更均勻。

（2）危險廢物回轉窯焚燒爐運行時，進料推頭四周的水冷夾套頂部表面由隔離擋板遮蔽，避免了水冷夾套與回轉窯內燃燒產生的煙氣和含有酸性氣體的煙氣冷凝形成的小露滴直接接觸，有效防止了水冷夾套被腐蝕，從而更好的保護了水冷夾套，延長了水冷夾套使用壽命。

（3）避免了因冷卻水進入回轉窯，對窯內部澆注料和耐火磚的影響，從而大大提高了內部澆注料和耐火磚的使用壽命。

圖1 優化后的水冷夾套簡圖（1-夾套外殼2-夾套內殼3-出水口4-進水口5-內外夾套間支撐筋6-隔離擋板7-槽狀板）

結語

根據上述分析和優化設計方案，對危險廢物回轉窯焚燒爐頭罩中的水冷夾套進行了改造，投入資金少，但大大延長了水冷夾套的使用壽命。原水冷夾套使用壽命為6-8個月，優化后的水冷夾套現已使用壽命超過1年，仍無大礙。優化后的水冷夾套在運行過程中，定期做好隔離擋板受損程度檢查，及時進行隔離擋板更替即可，可以更大程度上降低了水冷夾套的檢維修，保證了危險廢物回轉窯焚燒爐的連續穩定運行，具有較高的經濟效益和良好的社會效益。該優化設計方案對于其他危險廢物回轉窯焚燒系統中出現的類似問題，具有重要的參考價值和借鑒意義。參考文獻

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