危險廢物回轉窯焚燒系統(tǒng)的工藝探討及優(yōu)化

盧衛(wèi)凌，黃開東

(中化環(huán)境控股有限公司，北京 100071)

危險廢物具有易燃易爆性、毒性、感染性、腐蝕性、化學反應性等特性。同時危險廢物具有種類多、危害大、性質復雜、處理困難等特點，所以必須經過專業(yè)處理后才能進入環(huán)境。焚燒法是一種比較可靠、經濟和安全有效的手段[1]。而回轉窯焚燒工藝是危險廢物處理中最有效的處置工藝，具有廢物處理種類多、處理量大等優(yōu)點。我國自20世紀90年代開始，逐步開始使用回轉窯焚燒系統(tǒng)處理危險廢物，目前，全國90%以上的危險廢物處置中心都采用了回轉窯焚燒處理系統(tǒng)[2]。

隨著回轉窯焚燒系統(tǒng)的廣泛應用，此系統(tǒng)在實際運行中也表現出了許多缺陷和問題，需要根據實際情況對系統(tǒng)進行優(yōu)化設計和完善。本文對危廢回轉窯焚燒技術進行分析研究，指出了目前回轉窯危險廢物焚燒系統(tǒng)中的一些常見問題，對這些問題進行分析和研究，并提出了優(yōu)化方案，對回轉窯焚燒系統(tǒng)的設計和運行提供了一定的參考思路。

1 焚燒工藝流程

回轉窯焚燒系統(tǒng)包含預處理系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)等幾個部分。預處理系統(tǒng)包括廢物的破碎、配伍和進料系統(tǒng)；焚燒系統(tǒng)包括回轉窯、二燃室、出渣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等；余熱回收系統(tǒng)包括余熱鍋爐和汽水管道系統(tǒng)等；煙氣處理系統(tǒng)包括急冷系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、脫酸系統(tǒng)、煙氣加熱器等。工藝流程圖如圖1所示。

圖1 工藝流程框圖

2 工藝流程簡述及問題分析

2.1 預處理系統(tǒng)

2.1.1 預處理

焚燒處理的廢物種類較多，形態(tài)和性質存在一定的差異，為確保焚燒爐穩(wěn)定、正常運轉，廢物入爐前需要進行一定時間的暫存，以完成將大件破碎預處理，將不同含水率及熱值的廢物進行配伍等前處理過程。

廢物進廠后應進行元素分析和相容性分析，根據化驗結果進行配伍和暫存。

大件固態(tài)廢物和80 L以上的包裝桶應經破碎系統(tǒng)破碎后送入料坑進行配伍待燒；80 L以下包裝桶可直接進爐焚燒；但是物料的破碎程度直接影響焚燒效果，影響爐渣的熱灼減率，所以在條件許可的情況下，應盡量配置足夠大負荷的破碎機，盡量將所有物料全部破碎后再送入料坑配伍待燒。

2.1.2 配伍

危險廢物入爐前，需依據物料的元素成分、熱值、相容性等參數進行配伍，以便于焚燒系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。首先依據配伍后熱值確定輔助燃料量和助燃風量；其次將配伍后的固態(tài)和液態(tài)廢物量按計算配伍比例加入爐內，提高焚燒效果，降低焚燒殘渣的熱灼減率，延長回轉窯耐材壽命。

對入窯焚燒物料的配伍要求如表1所示。

表1 焚燒物料的設計要求

2.2 回轉窯焚燒系統(tǒng)

回轉窯焚燒系統(tǒng)由回轉窯、二燃室、出渣系統(tǒng)、輔助燃燒系統(tǒng)、供風系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。

2.2.1 回轉窯

回轉窯是一臺由減速機驅動旋轉的臥式圓柱形焚燒爐，通常傾斜布置，與水平面夾角為2°～5°，回轉窯結構如圖2所示。危廢物料由回轉窯頭部進入回轉窯，當回轉窯旋轉時，它們隨之向窯尾移動，移動過程中依次經歷烘干、熱解、焚燒、燃盡階段，最后焚燒產生的灰渣經回轉窯尾部排入渣池，并由出渣機排至爐外。

圖2 回轉窯簡圖

回轉窯的轉速可在0.1～1.1 r/min進行調節(jié)，通過調節(jié)轉速來調整物料在爐內的焚燒時間，廢物在爐內經過60 min左右的高溫焚燒后，被徹底焚燒成高溫煙氣和殘渣，并在爐內壁形成約100 mm厚的穩(wěn)定渣層，可以起到保護耐火材料的作用。窯尾出口煙氣溫度控制在950 ℃左右，爐壓控制在-50 Pa左右，容積熱負荷應控制在(4.2～104.5)×104kJ/(m3·h)。

目前，回轉窯在運行過程中，物料焚燒后產生的爐渣的熱灼減率常常高于5%，達到6%～10%，甚至更高，不滿足《危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范》中“爐渣熱灼減率應﹤5%”的規(guī)定[2]，表明廢物在回轉窯內燃燒不徹底。造成不充分燃燒的原因大致如下：

(1)由于爐內燃燒溫度太低，造成回轉窯容積熱負荷過低，燃燒不充分。

(2)入爐焚燒的物料量過高，或爐內一次風量供應不足。

(3)回轉窯轉速過快，廢物在窯內的停留時間不足。

可以根據以上幾點逐項檢查、排除以及調整相應的運行參數，以降低爐渣的熱灼減率。

2.2.2 二燃室

高溫煙氣進入二燃室后，被進一步分解和焚燒。二燃室的尺寸應能保證煙氣在1 100 ℃以上的溫度下>2 s的滯留時間。使得煙氣中的成分幾乎被徹底分解。

二燃室頂部設置一個緊急排放門，當整條焚燒線發(fā)生故障時，由此排放煙氣，緊急排放門由氣缸控制，強制開啟。

2.2.3 回轉窯及二燃室內結焦問題

回轉窯尾端、二燃室上部與余熱鍋爐間的煙道等部位經常出現結焦問題，這是由于廢物特性不同，灰熔點低于焚燒溫度產生融渣后冷卻造成的。

結焦問題是業(yè)內普遍存在的難題，一直沒有特別好的方法和設施來解決。根據多個項目的實際運行經驗，總結了以下幾點解決措施。

(1) 采用熔渣式焚燒爐，由于回轉窯的高溫(約1 000 ℃)焚燒，焚燒殘渣絕大部分變成黏稠的融渣，尚未完全熔融的殘渣也被包容在里面排出焚燒爐外。

(2) 在窯尾部位的二燃室側壁上設置清焦燃燒器。當窯尾結焦嚴重時，減少焚燒入爐物料量，提高回轉窯溫度，打開窯尾清焦燃燒器，增大回轉窯轉速，使得窯尾結焦從新熔化并由窯尾排出爐外。

(3)控制二燃室溫度，二燃室溫度過低會導致回轉窯尾部和二燃室底部結焦，二燃室溫度過高，則會導致二燃室出口煙道部位結焦。所以二燃室的溫度應控制在1 100～1 200 ℃，如超過1 200 ℃，則會導致大量熔渣氣化，并在二燃室出口煙道內冷卻結焦。

(4) 某大學提供阻結焦劑，理論上噴灑在煙道內后，會使得煙道內的結焦物變得蓬松，以便于人工清除。某項目實際使用后效果不太理想，可能跟物料成分有關，所以用在其他項目上有可能會有效果。

(5) 在二燃室出口水平煙道底部增加出灰斗，使得煙氣經過此處時在灰斗內結焦，不影響煙氣的正常流通，工人定期清理灰斗即可，避免煙道結焦影響到正常生產。

2.3 余熱回收系統(tǒng)

余熱回收系統(tǒng)由余熱鍋爐、軟水制備系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)等組成。高溫煙氣進入余熱鍋爐后，溫度由1 100～1 150 ℃降至550 ℃左右。余熱鍋爐不但可以生產蒸汽用于工業(yè)生產，還可以降低煙氣溫度，保證系統(tǒng)后續(xù)設備的穩(wěn)定運行。

目前比較常用的余熱鍋爐結構型式為膜式水冷壁結構，當煙氣進入余熱鍋爐的輻射換熱室后，煙氣流速降低，煙氣中粒徑較大的煙塵得以沉降，減少了對流管束的磨損，降低了煙氣含塵量，減輕了后續(xù)除塵器的除塵壓力。

2.4 煙氣處理系統(tǒng)

2.4.1 SNCR脫硝系統(tǒng)

SNCR氮氧化物去除系統(tǒng)，通過在余熱鍋爐高溫區(qū)間的水冷壁上均勻噴入5%～10%的尿素水溶液，使得尿素與煙氣中氮氧化物發(fā)生還原反應，降低煙氣中氮氧化物的濃度。

2.4.2 急冷系統(tǒng)

急冷塔在快速冷卻煙氣的過程中，煙氣溫度降低的同時，還去除了部分煙塵。煙塵在急冷塔底部由閥門排出塔外。急冷塔噴水量根據煙氣溫度自動調節(jié)，當溫度高于設定溫度時，增加急冷水量，反之，則減少水量，同時根據噴水量的變化自動調整霧化用壓縮空氣量。

2.4.3 干法脫酸系統(tǒng)

煙氣經過急冷后進入干式脫酸塔中，石灰粉通過羅茨風機吹送入反應塔內，與煙氣中的酸性氣體發(fā)生中和反應，達到脫酸效果。未反應的石灰粉隨煙氣進入布袋除塵器后，被吸附在除塵濾袋的表面，繼續(xù)與煙氣中的酸性氣體反應，達到提高石灰粉利用率和脫酸效率的目的。

2.4.4 活性炭吸附

2.4.5 布袋除塵

煙氣進入布袋除塵器后，經過濾袋時粉塵被阻留在濾袋表面，凈化后的氣體通過濾袋口進入清潔室，并由出風口排出。

布袋除塵器運行過程中，濾袋外表面附著的粉塵逐漸增多，導致煙氣阻力增大，所以需要定時吹灰。當布袋除塵系統(tǒng)阻力大于設定值時(1 200 Pa，可調)，同樣需要及時開啟脈沖噴吹系統(tǒng)對濾袋進行清灰。時間設定和壓差設定同時有效，以時間為主壓差優(yōu)先原則進行清灰。

由于危險廢物焚燒所產生煙氣中的氯化物具有很強的吸水性，所以需要在除塵器灰斗上安裝電加熱器進行伴熱，避免出現飛灰板結搭橋等現象，電加熱器和灰斗外表面需要保溫，保證外表面溫度小于50 ℃。

2.4.6 兩級濕法脫酸系統(tǒng)

常規(guī)設置兩級濕式脫酸系統(tǒng)，煙氣從布袋除塵器出口首先進入預冷器中，進行初步的脫酸，煙氣溫度由170 ℃降至70 ℃，然后進入洗滌塔中進行深度脫酸。濕法脫酸系統(tǒng)采用NaOH中和吸收煙氣中的酸性氣體(SO2、HCl、HF等)。堿液通過輸送泵送至濕法脫酸系統(tǒng)。

濕法脫酸是深度脫酸，采用兩個脫酸塔串聯的方式進行，可以保證SO2、HCl等酸性氣體的去除率達到《危險廢物焚燒污染控制標準》GB18484—2014(征求意見稿)要求，脫酸效率高，即便是煙氣酸性污染物更高，也能保證煙氣達標排放。

脫酸塔產生的含鹽廢水送污水處理站進行處置。

2.4.7 煙氣加熱器

經濕法脫酸后的煙氣含水率較高，如果直接排入大氣，則會在煙囪出口處因為溫度降低，導致水蒸氣冷凝，產生白色煙羽，影響視覺效果。所以需要采用蒸汽加熱煙氣，利用煙氣加熱器將煙氣溫度加熱到130 ℃后經引風機排入煙囪，避免水蒸氣在煙囪出口出現冷凝現象。

煙氣加熱器采用蒸汽來加熱煙氣，其具有結構簡單、成本及維修費用較低，便于維護，系統(tǒng)阻力小等特點。

2.4.8 煙氣處理系統(tǒng)問題分析

煙氣處理系統(tǒng)普遍存在一些問題，分析如下。

(1) 濕法脫酸系統(tǒng)會產生大量的含鹽廢水，處置困難，污水處理成本高。有部分企業(yè)會將濕法脫酸系統(tǒng)產生的廢水用于急冷塔噴淋，以達到減少污水的目的。但是由于廢水中的含鹽量高，會導致急冷塔噴槍結鹽堵塞，急冷塔底部結鹽等問題。

(2) 某項目嘗試在脫酸廢水中加入阻鹽劑，以防止污水中的鹽分析出，再將此廢水引至急冷塔用于急冷。試驗結果比較理想，噴槍很少出現堵塞現象。

(3) 近些年來，部分企業(yè)采用小蘇打代替消石灰進行干法脫酸，小蘇打的反應效率比消石灰更高。但是，個人意見是要根據實際情況慎用小蘇打。

某危廢焚燒項目設計采用的是小蘇打脫酸，但某段時期運行時，經常出現布袋除塵器阻力過大的現象。經分析研究后發(fā)現，由于當時入爐焚燒的物料灰分(<10%)過低，導致煙氣中含塵量過低，除塵器內布袋表面吸附的煙塵很少，而小蘇打的吸潮能力強，結果就是布袋表面吸附了大量水分導致布袋孔堵塞，阻力升高。而更換入爐物料后(灰分>20%)，或者將小蘇打更換為消石灰后，布袋除塵器都恢復了正常運行。所以應該根據燃燒物料的實際情況選用脫酸藥劑。

3 結 論

回轉窯焚燒處理系統(tǒng)具有焚燒物料適應性廣、焚燒徹底、尾氣處理效果好等優(yōu)點，在危險廢物處理方面得到了廣泛的應用。由于危險廢物種類較多、成分復雜且波動較大，在實際運行中需要根據物料情況實時調整系統(tǒng)運行參數，對工人的理論水平和實際經驗要求較高。

本文對該系統(tǒng)在應用中經常出現的問題做了簡單的分析和總結，并給出了經過實踐證明的解決方案，為回轉窯焚燒系統(tǒng)的設計和運營提供建議和參考。