危險廢物回轉窯焚燒爐窯內結圈原因分析及對策探討

田東磊

危險廢物焚燒處置技術應用和發展已有近百年的歷史，二十世紀初期一些國家就開始采用焚燒處置技術處置工業固體廢物。在工業危險廢物焚燒處理行業中，回轉窯+二燃室的組合因其適應性強、工藝相對簡單、操作性強等特點而得到廣泛應用。危險廢物焚燒處置技術因具有低成本、燃燒效率高、資源合理利用等優點，并且能夠徹底分解有害物質，在國內得到廣泛應用。隨著國內危廢處置中心的逐漸投運，在回轉窯焚燒爐實際運行中如果操作不當，很容易產生窯內結圈的問題，對裝置的長周期運行帶來一定的影響。本文將根據筆者的多年工程設計與現場運行經驗，結合相關的文獻，針對此問題進行分析，并嘗試給出一些建議措施，以期對實際的生產和工程設計提供一些參考。

1.回轉窯焚燒爐

針對危險廢物的焚燒處置，一般有兩種方式：以回轉窯為代表的專業焚燒技術及以水泥窯為代表的協同處置技術?；剞D窯焚燒爐是一個略為傾斜而內敷耐火磚的鋼制空心圓筒，最早是用來制造水泥、石灰、鐵礦砂、焦炭等固體物質的主要設備，后來逐漸被應用于工業廢物的焚燒處置上，由于其能夠有效地處理各種不同物態（固體、液體、污泥等）的廢物，已經被各國普遍采用。

回轉窯焚燒爐在回轉作用的影響下高效攪動廢料，它能根據危險廢物變化情況提供相應的燃燒操作，同時，它能起到良好的隔熱效果，支持長時間停留，最終實現理想的焚燒目標。一般回轉窯焚燒爐在回轉窯后端裝置一個二次燃燒室，以確保燃燒完全。回轉窯本身是用來熱解、焚燒廢物中的可燃物，廢物中的惰性固體則隨著回轉窯的轉動向另一端移動，然后由底部排出。熱解及未充分燃燒的煙氣及經過回轉窯后端，進入二次燃燒室在高溫下再進行氧化，回轉窯和二次燃燒室都配備有助燃器以維持爐內溫度穩定，以保證危廢焚燒的完整性。

2.回轉窯焚燒爐窯內的結圈的原因分析

由于國內環保要求越來越嚴格，處置成本越來越高，因此外送危廢處置中心的廢物一般都盡量做到濃縮，導致危廢處置中心的廢物熱值普遍較高，多數情況下熱值在3000～5000Kcal/kg之間。為了保持較好的燃盡效果，回轉窯普遍運行在950～1150℃之間運行，而危廢灰渣的熔點普遍在1000～1200之間（接近或者稍高于最高燃燒溫度）。加上送入回轉窯的物料一般都較為復雜、熱值波動較大、物料進料不均勻，且物料在窯內停留時間較長（一般在60～90分鐘），比較難做到及時調整燃燒過程，因此窯內溫度一般都會有一定的波動，不可避免會出現窯內局部溫度過高導致灰渣熔融，進而粘附在回轉窯內壁上，隨著轉窯的轉動及內襯溫度的不均勻，部分熔融的灰渣可能會在內襯材料上凝固下來，形成新的窯皮。隨著窯的轉動，部分可能會被熔融，并達到一定的平衡，這樣窯皮就不會增厚。但是如果沒有達到平衡，掉落下來的少，窯皮就會逐步增厚，達到一定程度后就形成結圈，其中形成結圈的主要原因有如下幾點：

2.1 回轉窯操作模式

根據操作溫度的不同，回轉窯有兩種操作模式，一種是干渣模式，一種是熔渣模式。干渣操作模式在危廢焚燒中最常見，也被證明是最為可靠的一種操作模式，常規一般認為925℃以下為干渣模式，正常配伍可以保證灰渣不會熔融，此種操作模式結圈的可能性比較小。另外一種模式是熔渣模式，回轉窯會在較高的溫度運行，使得焚燒后形成的灰渣融化并形成液態，常規的熔渣模式操作溫度大于1200℃，此種模式由于灰渣處于熔融態，一般也較難結圈。如果操作溫度運行在950～1200℃之間，其操作正好介于干渣和熔渣操作模式中間，可以稱為半熔融態操作模式，因此比較容易產生部分熔融，但是又不能完全熔融的工況出現，進而隨著溫度變化及波動，造成部分熔融的渣凝固在轉窯內襯上，窯皮逐漸加厚，進而造成結圈。

2.2 回轉窯進料的及配風穩定性

處置的危險廢物包括液態、固態和半固態，特別是固廢成分、形態比較復雜。一般回轉窯焚燒以占主導地位的固廢的進料基以抓斗+推料機或者溜槽等間歇進料為主，部分轉窯還間歇處理一些直接入爐的低閃點的桶裝特殊廢液。由于間歇進料會造成物料焚燒的波動性，以及會影響配風穩定性，進而造成回轉窯溫度的波動較大，成為導致回轉窯窯內結圈的重要原因之一。

2.2 灰渣的化學組分及灰熔點

回轉窯底部灰渣主要成分是一些無機氧化物，如SiO2、Al2O3、FeOx及CaO，另外由于部分危廢高含鹽，也普遍含有一定量的低熔點堿金屬如Na2O，K2O。若堿金屬組分含量較高，其不僅是熔融成分，也具有低熔點的特性，因此入爐廢料如果含鹽量較高，很容易在窯內濃縮，導致窯內結圈。而根據劉金魁[2]的實驗研究，當分別提高SiO2、Al2O3及CaO的含量時，其灰熔點溫度都有不同程度的上升，因此底渣的成分對于灰渣軟化溫度有較大的影響。根據筆者現場操作經驗，在此情況下，即使回轉窯在較低溫度運行時在850～950℃時，窯內也可發現較多的熔融物，根據化驗結果可知，其中Na含量高達35%，也印證了此推論。

3.回轉窯結圈的預防措施

綜上危險廢物在回轉窯焚燒裝置中焚燒時，如果實際運行中如果操作不當，很容易產生窯內結圈的問題，當結圈嚴重時，將導致窯內重力負荷增加，物料運行不通暢，耐火材料被拉裂損壞，焚燒系統被迫停運等問題，因此需要給出從操作運行等源頭上進行解決：

1.選擇合適的操作模式;

根據物料的灰分、熱值等條件，選擇合適的操作模式及配伍，使得回轉窯盡量在干渣或者熔渣模式下工作，盡量避開半熔融態的操作模式。

2.加強進料的及配風的穩定性

根據物料的特性，加強物料的分類及配伍，使得固廢盡量采用螺旋或者SMP（破碎-混合-泵送系統）等連續進料設備進行進料，同時加強回轉窯配風，使得回轉窯的操作溫度處于較穩定的狀態。為此，不同形態的物料進行處理時，應遵循相關原則，并合理設置年處理量和處理計劃。

3.加強廢物的配伍

盡量控制含有較多堿金屬等低熔點灰分的廢物的入爐量，若必須要處理部分高含堿金屬廢料時，可以適當的增加一些CaO或者含有SiO2或者Al2O3較高的黏土等物質進行配伍。同時根據廢物的熱值，合理的進行配伍，保證廢物熱值的穩定性。

4.結圈的清理措施

危險廢物回轉窯焚燒系統的安全穩定運行是對危險廢物安全焚燒處置的基礎，而轉窯內部結圈是影響裝置穩定運行的重要因素之一，由于危廢國內危廢的種類繁多，部分廢物無相關的工業分析及元素分析數據，所以實際操作中可能還是存在結圈的可能性，且如果結圈比較嚴重時，可能會造成內襯的脫落坍塌，如果停車清理一般至少2周以上的時間，因此如果能夠在保證安全的前提下，在線清理相應的結圈有著比較現實的意義，根據筆者的經驗，建議采用如下兩種方式進行清理。

4.1 自熔融措施

根據危險廢物回轉窯灰渣的灰熔點數據可知，熔渣的熔點僅比回轉窯的穩定運行溫度高100℃左右，根據設計參數，一般回轉窯內襯材料的耐火溫度為1350℃，因此可以考慮在回轉窯運行過程中，通過調整燃燒工況，適當的提高回轉窯的運行溫度在1200℃左右，在不危害回轉窯內襯材料的前提下，將回轉窯內部結圈熔融，采取熔融態的操作模式，可以有效的結圈轉窯內部的結圈問題，這種清理結圈的方式，已在國內很多危廢處置中心得到的驗證[1]。

4.2高壓水槍

高壓水槍使30-50MPa高壓水柱射入溫度在850-1050度左右的結皮物料內部，在高溫物料內水驟然汽化而產強烈爆炸，被擊中的部分物全被震動而垮落，相鄰部分物料局部溫度迅速下降而變脆、變硬。爆炸水柱的射入深度與結皮厚度匹配，其結果是結皮物料因此而垮落，而耐火材料得到保護，爆炸的噴射角又使物料由于松軟而不會被大面積沖垮落而引起設備、人員傷害事故，但是對于相應的操作角度和空間要求較高，較適用于窯尾部的結圈清理，如果操作不當，也可能會損壞回轉窯內襯。

5結論

回轉爐焚燒爐設備的應用，有利于生態環境保護戰略實施。該設備的應用優勢十分顯著，能夠提高危險廢物處理效率。本文對其進行結構優化，適當升級回轉窯焚燒技術，不僅能夠及時規范廢物無序排放行為，還能保護區域生態環境。

參考文獻：

[1]陳漢宏， 宋桂萍， ChenHanhong，等. 活性石灰回轉窯結圈原因分析及處理方法[J]. 耐火與石灰， 2007， 32（1）：13-15.

[2]肖燕， 李軍， 伍長青. 回轉窯焚燒爐在某縣危廢焚燒處理中的應用[J]. 環境衛生工程， 2015（5）：74-77.