回轉窯熱解工藝用于高熱值工業固廢的探討

張天琦

(光大環保技術研究院(南京)有限公司，江蘇 南京 211102)

1 引言

工業固體廢棄物是指不具有危險特征的固體廢物。相較于一般廢物，通常熱值較高。目前處理方式以綜合利用、貯存和處置三種方式為主。

圖1為我國環保行業細分領域投資占比。可以看出固廢投資占比不足15%，而發達國家固廢領域總投資占比已超過50%，并且是固廢領域的支柱性產業。因此對標國外，我國固廢行業發展市場前景巨大[1～3]。

圖1 我國環保行業細分領域投資占比(%)

重工業產生的工業固廢占固廢總量的80%。其余20%包括：廢布條、皮革邊角料、廢塑料、廢電纜皮等可燃固體廢物，保守估計年產量1億t，分布于制造業、紡織業等輕工業發達的地區，市場處置規模可觀[4，5]。

本文以紡織類工業固廢為例，探討回轉窯控制熱解工藝處置此類固廢的可能性。

2 固廢成分分析

以江蘇省南方某城市紡織類工業廢料為處置對象，對廢料進行了元素和工業分析、熱重分析。

從表1、表2可以看出紡織類廢物具有如下特點：揮發分高、熱值高、水分少，S、Cl含量高。從圖1中可以看出：紡織類工業固廢的著火溫度為200～280 ℃。燃燒過程中存在多個燃燒峰值，分別在300 ℃、425 ℃與650 ℃附近。前兩個溫度峰值為樣品揮發分析出燃燒并伴隨快速失重；后一個溫度峰值變化緩慢，為固定碳的燃燒階段。

因此，適用于該類工業固廢的焚燒爐，要具備如下特性：①具備處理高熱值物料的能力；②因為物料是高揮發分，最好采用熱解技術；③物料是高S、高Cl，焚燒爐溫度要低，減少結焦。

表1 元素分析

表2 工業分析

圖2 熱重分析

3 處置現狀

目前很少有專門用于焚燒高熱值工業廢物的項目，基本以為燃燒工藝為主。將高熱值工業廢物與生活垃圾或其他熱值較低的廢物進行摻混，再通過生活垃圾焚燒爐進行焚燒處置。主要案例如下：

國內光大惠東1200 t/d垃圾焚燒摻燒布料類工藝垃圾項目；光大吳江3×1000 t/d垃圾焚燒摻燒40%比例的當地一般工業廢棄物項目。

國外瑞典哥德堡WTE電廠，處置772 t/d生活垃圾+工業垃圾；瑞典馬摩爾WTE電廠，處置2500 t/d生活垃圾+工業垃圾。

4 處置技術

4.1 垃圾爐排摻燒

生活垃圾焚燒爐技術很成熟，對于高熱值垃圾產生量少的地區，可以直接借助生活垃圾焚燒項目摻燒處置。

但是，普通生活垃圾爐排爐對入爐物料熱值是有限制的，一般不超過3000 kCal/kg，因此影響對高熱值工業垃圾的摻燒處置量。同時，工業垃圾中S、Cl含量遠高于生活垃圾，因此摻燒工業垃圾對普通生活垃圾焚燒項目的煙氣凈化系統帶來較大壓力。而且摻燒工業垃圾會加重爐膛結焦，造成爐排片超溫損壞[6～9]。

4.2 循環流化床

循環流化床是一種以低溫燃燒、物料循環、分級送風為主要特點的清潔高效燃煤技術，其最大的特點在于燃料在流態化中運動燃燒。該技術在電站鍋爐、工業鍋爐等領域已得到廣泛的應用[10]。

循環流化床除了可以燃用一般的煤以外，還可以燃燒低熱值的物料，包括煤矸石、油頁巖、煤泥、垃圾等。因此具備處理高熱值和低熱值固廢的能力。

其缺點包括：①循環流化床對物料入爐粒徑有較高的要求，因此物料預處理系統就極為重要。②物料與床料一起形成流化態需要較大的風壓和風量，運行成本高。③循環流化床產生的飛灰屬于危險廢棄物，飛灰產生量高，飛灰處置成本高[11，12]。

4.3 水冷爐排

為了有針對性地處理高熱值工業固廢，國內外逐步研發了水冷爐排技術。水冷爐排顧名思義是用工業冷卻水對爐排表面進行降溫。相較與生活垃圾爐排的風冷技術，水冷爐排可以處理熱值4000 kCal/kg的固廢。其優點還包括對入爐固廢要求低，入爐物料不需要破碎、混合等預處理工藝。

但是水冷爐排爐也有其自身的缺點，包括：①結構復雜，尤其是冷卻水循環系統及水冷爐排片焊接工藝難度大，加工周期長，成本高；②水冷爐排內的冷卻水處于有壓流動狀態，壓力較高，爐排片間的管接頭密封性能要求高，有較高的安全隱患；③熱損失大，熱效率低[13～15]。

5 回轉窯控制熱解

回轉窯是由圓形鋼板卷成的筒體。筒體在轉動裝置的帶動下轉動，物料從進料口進入筒體，物料在回轉窯筒體的轉動和傾斜裝置作用下，作圓周運動與由高到低的復合運動，物料在60～100 min的時間內運動到窯尾[16～19]。

按照窯內煙氣與物料流動的方向，回轉窯可以分為順流回轉窯和對流回轉窯，如圖3所示,圖3(a)、圖3(b)分別為順流回轉窯和對流回轉窯。

圖中，1-輔助燃料；2-廢液；3-物料進口；4-回轉窯；5-二燃室；6-煙氣出口

圖3回轉窯焚燒爐結構

順流回轉窯采用燃燒技術，窯內溫度1000～1100 ℃，窯體尺寸長、占地大、成本高。

對流回轉窯相較于順流回轉窯在處理紡織類高熱值、高揮發分物料方面具有較大的優勢。主要包括：①對流回轉窯采用控制熱解技術，窯內溫度在850～950 ℃，由于溫度低，結焦量少；②熱解產生的可燃氣體進入二燃室繼續燃燒，可以降低二燃室補充燃料量；③煙氣量少直接導致熱損失少[20～23]。

和水冷爐排爐和循環流化床爐相比，對流回轉窯具有如下優點：①對固廢適應性強。熱值影響小、可處理高S、高Cl物料、對物料進料尺寸要求低；②設備結構簡單、占地小；③回轉窯內溫度低。對于處理含鹽量大的物料，結焦風險低；④二噁英、飛灰產生量少[24，25]。

綜合來看，與常規的處理方式相比，控制熱解回轉窯在處理高熱值、高揮發分的工業固廢上具有獨特的優勢。因此可以借鑒危廢對流回轉窯的技術特點，研發一種大容量的工業回轉窯，該回轉窯具備熱解技術，可以專門用來處理高熱值、高揮發分的工業固廢，同時對高S、高Cl的物料適應性高。

6 結論

(1)我國工業固廢處置不足發達國家的30%，行業市場前景較大。

(2)以紡織類廢料為主的工業固廢具有揮發分高、熱值高、S、Cl含量高的特點。

(3)控制熱解技術適用于處理揮發分高的工業固廢。

(4)可依據現有危廢對流回轉窯的技術，研發出一種專門用于處置高熱值工業固廢的回轉窯。