專業(yè)回轉(zhuǎn)窯焚燒與水泥窯協(xié)同處置技術(shù)的差異分析

文_葉新國 廣東鴻發(fā)環(huán)境投資有限公司

目前，危險(xiǎn)廢物的處置越來越多樣化，而在最終處理方面，焚燒是減量化及無害化程度最高的手段，在危廢焚燒領(lǐng)域逐步形成以東江環(huán)保等為代表的回轉(zhuǎn)窯專業(yè)焚燒處置技術(shù)和以海螺創(chuàng)業(yè)等為代表的水泥窯協(xié)同處置技術(shù)。兩種技術(shù)均重在關(guān)注廢物的精確配伍問題，尤其是水泥窯協(xié)同處置技術(shù)，處置廢物以不影響水泥的產(chǎn)量和質(zhì)量為前提，其對(duì)硫、氯、氟、重金屬等要求更為苛刻。水泥窯協(xié)同處置，是依托水泥熟料燒制系統(tǒng)對(duì)危險(xiǎn)廢物進(jìn)行協(xié)同焚毀處置，因此掌握水泥燒成工藝對(duì)協(xié)同處置廢物工藝設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1 危險(xiǎn)廢物的焚燒處置技術(shù)

1.1 回轉(zhuǎn)窯專業(yè)焚燒技術(shù)

為確保危險(xiǎn)廢物的徹底焚毀，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，燃燒時(shí)需要達(dá)到以下幾個(gè)指標(biāo)：①二然室出口溫度≥1100℃。②煙氣停留時(shí)間（1100℃）≥2Sec。③煙氣含氧量≥6%。此外，目前國內(nèi)專業(yè)焚燒系統(tǒng)一般以200～500℃溫度范圍的煙氣一般采取急冷措施，防止二噁英的再次生成，目前主流的回轉(zhuǎn)窯專業(yè)焚燒系統(tǒng)如圖1所示。

固態(tài)及低熱值廢液從窯頭進(jìn)料，固態(tài)廢物在窯內(nèi)旋轉(zhuǎn)過程中與空氣充分接觸燃燒，窯出口煙氣溫度一般為850～950℃；在二燃室段，由于補(bǔ)充高熱值廢液，煙氣溫度達(dá)1100℃以上，在此溫度下，NOX以燃料型為主，因此過量的空氣不會(huì)造成NOX的大幅增加。

1.2 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)

水泥窯協(xié)同處置主要是依托熟料燒成系統(tǒng)增加進(jìn)料系統(tǒng)。根據(jù)廢物的物性不同，一般分為生料磨進(jìn)料、窯頭廢液噴槍進(jìn)料、窯頭氣力輸送進(jìn)料、分解爐進(jìn)料等，其中分解爐進(jìn)料是主要進(jìn)料點(diǎn)，溫度在900℃左右，見圖2。相較于專業(yè)焚燒技術(shù)，水泥窯協(xié)同處置危險(xiǎn)廢物具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①其熱負(fù)荷大，處置能力為專業(yè)回轉(zhuǎn)窯的2～5倍；②廢物處置噸成本低，一般為專業(yè)回轉(zhuǎn)窯的1/3～1/5；③處置不產(chǎn)生爐渣飛灰等二次污染物。

2 水泥窯協(xié)同處置與專業(yè)回轉(zhuǎn)窯焚燒的異同分析

2.1 主要熱源來源不同

水泥窯協(xié)同處置的熱源主要來自煤粉的燃燒放熱，廢物熱量占總體熱負(fù)荷的2%～3%，表1為某水泥廠5500t/d熟料生產(chǎn)線協(xié)同處置廢物熱量來源計(jì)算。

表1 水泥窯協(xié)同處置系統(tǒng)熱量計(jì)算

專業(yè)焚燒熱源主要來源于所焚燒的廢物的熱值，一般來講，當(dāng)廢物平均熱值≥3300kcal，且含水率≤25%時(shí)，可滿足二燃室溫度≥1100℃的要求，如圖3所示。當(dāng)廢物平均熱值降低或者含水率升高時(shí)，通常需要額外補(bǔ)充天然氣或柴油，從而保證燃燒的溫度要求。

2.2 物料經(jīng)過的溫度區(qū)間不同

無論是水泥窯焚燒系統(tǒng)還是回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)，物料均可分為廢物及產(chǎn)生的煙氣，二者物料所經(jīng)過的溫度區(qū)間如圖4所示。

由于回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度不高、風(fēng)量及停留時(shí)間不足，熱灼減率一直是回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行中難點(diǎn)；在水泥窯系統(tǒng)處置中，大部分廢物分別經(jīng)過分解爐后進(jìn)入水泥窯，水泥窯內(nèi)最高溫度可達(dá)1450℃，遠(yuǎn)高于回轉(zhuǎn)窯，且廢物在水泥窯內(nèi)停留時(shí)間更久，因此水泥窯系統(tǒng)更容易控制廢物熱灼減率。此外，由于煙氣經(jīng)過1100℃的高溫作用及過量氧環(huán)境氛圍，專業(yè)焚燒技術(shù)的焚毀去除率更有保障。

2.3 窯內(nèi)反應(yīng)原理不同

專業(yè)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)主要發(fā)生的氧化燃燒放熱反應(yīng)，設(shè)計(jì)空氣過量系數(shù)1.5以上；水泥窯內(nèi)主要發(fā)生的是碳酸鹽的分解及產(chǎn)生3CaO·SiO2等的化合反應(yīng)，為非氧化反應(yīng)、吸熱反應(yīng)。此外，水泥窯內(nèi)高溫段溫度可達(dá)1450℃，為防止熱力型NOX的大量生成，水泥窯主體段內(nèi)一般為缺氧環(huán)境，表2為某水泥廠懸浮預(yù)熱器段O2及CO濃度分布情況。

表2 某水泥廠懸浮預(yù)熱器段煙氣參數(shù)

從表2可知，在整個(gè)懸浮預(yù)熱器段測(cè)試的O2濃度都較低，尤其在C5段，此處離分解爐段的煤粉投加點(diǎn)最近，由于缺氧而產(chǎn)生大量的CO，雖然在分解爐段補(bǔ)充三次風(fēng)， CO在懸浮預(yù)熱器段被氧化成CO2，在C2段測(cè)試的CO的濃度大大降低，但不完全氧化的概率仍高于專業(yè)焚燒系統(tǒng)。

3 結(jié)論

（1）水泥窯協(xié)同處置技術(shù)不依賴廢物的熱值，對(duì)于低熱值廢物或低熱值廢物，尤其是無機(jī)工業(yè)固廢具有很好的資源化效果。而專業(yè)回轉(zhuǎn)窯焚燒對(duì)硫、氯、重金屬的敏感性低于水泥窯協(xié)同，因此水泥窯協(xié)同處置與專業(yè)焚燒窯可形成相輔相成的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)廢物的最優(yōu)化的處置方式。

（2）兩種技術(shù)最大的區(qū)別之一在于窯內(nèi)的氧氣環(huán)境，由于缺氧環(huán)境，水泥窯協(xié)同處置的固體廢物在水泥窯內(nèi)更有可能首先發(fā)生的高溫?zé)峤膺^程，產(chǎn)生CO、H2及小分子烴類等煙氣，缺氧環(huán)境及未采取急冷措施將不利于對(duì)二噁英的控制。

（3）以某水泥廠5500t/d熟料生產(chǎn)線為例，實(shí)際消耗5200kcal/kg煤粉約32t/h，按過量空氣系數(shù)按1.05，實(shí)際所需空氣量214000Nm3/h；當(dāng)協(xié)同處置10萬t/a危險(xiǎn)廢物后，計(jì)算消耗5200kCal/kg煤粉約31t/h，共需空氣量235000Nm3/h，較協(xié)同處置前大10%。可以考慮適當(dāng)降低窯頭去余熱鍋爐煙風(fēng)量，增加窯尾三次風(fēng)量，這對(duì)于控制窯尾排氣筒總有機(jī)碳（TOC）意義重大。

（4）兩種技術(shù)在燃燒控制方面各有優(yōu)勢(shì)，水泥窯更有利于廢物熱灼減率的控制，回轉(zhuǎn)窯更有利于有機(jī)物的焚毀去除率。