危險廢物焚燒系統工藝設計

蔡峰 徐海 陳振東 劉國鋒

摘要：“回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸+布袋除塵+濕式洗滌”是危廢焚燒領域應用最廣泛的處理工藝。以某工程為例，描述其工藝設計，總結其設計創新點。

關鍵詞：危險廢物;焚燒;回轉窯;煙氣凈化

危險廢物是指被列入《國家危險廢物名錄》，或由國家按照一定的技術標準認定為具有毒性、腐蝕性、易燃性、反應性或感染性的廢棄物。危險廢物的種類多、成分復雜，具有毒性、腐蝕性、易燃易爆性，其污染具有潛在性和滯后性，是全球環境保護的重點和難點。

危廢處理方式主要包括資源化利用和無害化處置。資源化利用是將廢物中具有再利用價值的物質轉化為資源化產品進行銷售;無害化處置是對危廢進行無害化、減量化及最終處置，具體處置方式有焚燒、物化、填埋等。焚燒法是高溫分解和深度氧化的綜合過程，通過焚燒可以使可燃性危險廢物氧化分解，達到減少容積、去除毒性、回收能量及副產品的目的。目前，國內90%以上的危險廢物處置中心都采用焚燒處理工藝[1]。

1 焚燒工藝選擇

1.1 總體要求

危險廢物焚燒處理工藝必須滿足以下條件：（1）廢物必須經過高溫燃燒以徹底焚毀有毒物質;（2）煙氣中的含毒有機物也必須在高溫下徹底燃燼（《危險廢物焚燒污染控制排放標準》規定，二次燃燒室的焚燒溫度應高于1100℃，停留時間不少于2 s）;（3）尾氣、殘渣、污水、飛灰需妥善處理和達標排放;（4）處理全過程需無接觸、無泄露、無污染;（5）焚燒設備保證氣密性，防止有害物質泄露;（6）為了避免裝、出料的二次污染和頻繁啟、停爐造成煙氣中的二口惡英超標，系統必須連續不間斷地運行。

1.2 爐型選擇

焚燒爐的結構形式與廢物的種類、性質和燃燒形態等因素有關。適用于固體廢物的焚燒爐類型較多，主要有機械爐排焚燒爐、流化床焚燒爐、熱解焚燒爐、回轉窯焚燒爐等。

機械爐排焚燒爐設備維修較復雜，投資較高，多用于生活垃圾焚燒;流化床焚燒爐主要適用于污泥焚燒;熱解焚燒爐適用于揮發性物質含量較高的廢物（如廢輪胎、醫療廢物等），一般需對入爐物料進行配料預處理;回轉窯焚燒爐對物料的適應性較強，技術成熟，運行可靠，且操作簡單，是國家工信部、環保部重點推薦的廢物處理爐型，已廣泛應用于危廢焚燒領域。

1.3 煙氣凈化工藝選擇

去除酸性氣體的工藝有干法脫酸、半干法脫酸、濕式洗滌等;去除NOx 的工藝有選擇性非催化還原（SNCR）和選擇性催化還原技術（SCR）等;去除顆粒物的工藝有旋風除塵、布袋除塵、靜電除塵等;去除二口惡英及重金屬的工藝有活性碳噴射、活性碳固定床等。應針對不同的煙氣成分及污染排放要求，選擇不同的煙氣凈化工藝。

隨著煙氣凈化技術的發展和環保要求的日益提高，危廢焚燒煙氣凈化主要有4種工藝：半干法、濕法、半干法+濕法、干法+濕法。濕法工藝應用最多，其次為半干法。濕法工藝對污染物的去除率高，但水耗較大，產生的廢水量大，系統復雜。半干法工藝的二次產物很少，易處理，但酸性氣體去除率較濕法工藝低;在同樣需要濕法的情況下，干法+濕法工藝具有產生的污泥及廢水少、重金屬及二口惡英去除效果好、投資低、運行費用低等優點[2]。

“回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸+布袋除塵+濕式洗滌”的煙氣凈化組合工藝是應用最為廣泛的一種成熟技術，其特點是操作彈性大、有害物去除率高、反應劑消耗量較少、可有效控制二口惡英等。

2 焚燒工藝設計

2.1 工藝概述

以江蘇省某危廢處置中心為例，處理規模為10000 t/a，設置1條33.3 t/d的回轉窯焚燒處理線，焚燒系統24 h連續運行，設計年正常運行時間為7200 h。焚燒系統工藝流程如圖1所示。

危險廢物由運輸車卸入儲坑，通過抓斗起重機送至進料斗，經推料裝置送入回轉窯處理。在回轉窯中，廢物依次經歷著火、燃燒和燃燼階段，未燃燼的高溫煙氣進入二燃室繼續燃燒，產生的爐渣經出渣機排出。二燃室出口煙氣依次進入余熱鍋爐和急冷塔降溫。急冷塔出口煙氣采用干法脫酸，煙氣中的酸性氣體與消石灰發生中和作用、煙氣中的重金屬及二口惡英與活性炭發生吸附作用，得到一定程度的去除，隨后進入布袋除塵器去除粉塵。除塵出口煙氣在濕式洗滌塔內被凈化，進一步去除煙氣中的酸性氣體。經過濕式洗滌后，煙氣的濕度較大，直接排放可能會出現“白煙”。利用余熱鍋爐產生的蒸汽，將排入煙囪的煙氣加熱到露點以上，經引風機抽吸，通過煙囪達標排至大氣。

2.2 工藝特點分析

2.2.1 進料系統

危險廢物進料系統有對稱多處理機（Symmetrical Multi- Processing，SMP）、無軸雙螺旋進料、推桿進料、溜槽進料等種類。 SMP系統由破碎機、混合器、柱塞泵等組成，系統自動化程度高、安全可靠，主要適用于液體廢物比例超過50%的廢物進料，廢物通過柱塞泵送入焚燒爐，進料均勻、燃燒穩定。目前，全球已經運營和即將運營的SMP系統超過60個，但該系統設備投資較高。無軸雙螺旋進料機采用無中心軸設計，利用具有一定柔性的整體鋼制螺旋推送物料，具有抗纏繞性強等優點。該系統主要適用于醫療廢物進料，不適用于液體含量高的廢物進料，其抗回火性能差。推桿進料是危廢焚燒領域應用最廣泛的進料方式，進料通道內需砌筑澆注料或外部設水夾套。若內部砌筑澆注料，進料通道不平整會影響推桿的平穩運行;若采用水夾套，因與高溫煙氣直接接觸，長期運行會引起水夾套漏水。溜槽進料由料斗、上下兩個插板以及垂直溜槽和傾斜溜槽組成（見圖2），該系統密閉性好、對物料的適應性強，可防止回火、堵塞，且能夠防止廢物在進料裝置中粘結、結焦。此外，廢物在溜槽內高溫燃燒（燃燒溫度約600℃），可避免有毒有害物質擴散，溜槽外采用獨特的水冷管設計，可避免漏水、溜槽及水冷管外側砌筑澆注料，還可防止設備受煙氣高溫腐蝕。

2.2.2 布袋除塵器

布袋除塵器是一種干式濾塵裝置，濾袋采用紡織的濾布或非紡織的氈制成，利用纖維織物的過濾作用對含塵氣體進行過濾。含塵氣體進入袋式除塵器后，顆粒大、比例大的粉塵由于重力作用沉降下來并落入灰斗，而含有細小粉塵的氣體通過濾料時，粉塵會被阻留，氣體得到凈化。

根據殼體結構形式及內部構造，除塵器可分為傳統的方形除塵器和切向進氣的圓形除塵器。本工程采用圓形除塵器，其外形如圖3所示，與方形除塵器相比，具有以下優點：（1）圓形結構無死角，不易在死角處產生結露，可延長布袋除塵器的使用壽命。（2）位于頂部的270°旋風進風，可以對煙氣中的大顆粒粉塵進行預分離，防止大顆粒粉塵撞擊在布袋上影響布袋使用壽命，甚至可延長布袋的使用壽命;可產生自上而下的旋風氣流，使內部粉塵和溫度達到均勻分布的效果，保證除塵器進出口的煙氣溫差在10℃以內，防止內部產生結露，延長殼體使用壽命;自上而下的旋風氣流可以輔助清灰，實現低壓長布袋的清灰效果，也可以減少壓縮空氣的消耗量。（3）底部采用平底帶刮刀設計，可保證時時在線清灰，不會有飛灰在底部堆積，加上內部均勻的溫度分布特性，可避免底部板結問題的發生。（4）采用長布袋設計，最長可達10 m，由于長度的增加，在相同過濾面積下，布袋數量越少，占地面積越小。（5）頂部采用潔凈氣室設計，配以雙重隔熱門，可保證煙氣的“零”泄露。

2.2.3 消石灰、活性碳加藥系統

傳統的消石灰進料采用“星型給料機+螺旋輸送機+文丘里管”或“圓盤給料機+羅茨風機”的方式。上述進料方式能發揮藥劑投加功能，但不能解決石灰倉的板結問題。本工程采用“破拱機+螺旋輸送機+文丘里管”的進料方式。加藥裝置如圖4所示。

該系統由攪拌軸組件、螺旋輸送機、文丘里管等組成。石灰倉底部布置攪拌軸，軸上沿高度方向設兩層刀片，當攪拌軸電機通電后，攪拌軸旋轉運動，刀片攪動倉內物料，防止物料板結，當碰到堅硬物料時，其刀片會自動收縮，防止刀片損壞。物料經攪動后落入下方的螺旋輸送機中，螺旋輸送至文丘里管，在文丘里管末端通入羅茨風或壓縮空氣，將藥劑氣力輸送至干式脫酸塔。螺旋輸送機配置變頻電機，倉體設失重秤，通過流量信號控制螺旋輸送機轉速，實現自動控制。

2.2.4 引風機布置

引風機既可以布置于煙氣加熱器之后，也可以布置于布袋除塵器之后。本工程將引風機布置于除塵器之后，主要優點如下：（1）若布置于煙氣加熱器之后，煙氣中未完全脫除的酸性氣體冷凝后會引起風機葉輪及外殼的腐蝕。（2）布置于除塵器之后，煙氣溫度約180℃，遠高于酸露點，不會引起設備腐蝕，甚至可以適當調整葉輪的材質。

2.2.5 濕式洗滌塔

濕式洗滌塔本體材質有玻璃鋼、碳鋼襯玻璃鱗片、碳鋼襯大理石、高溫區碳鋼襯玻璃鱗片、低溫區玻璃鋼等種類。玻璃鋼、玻璃鱗片的使用溫度一般約為160℃，而洗滌塔入口煙氣溫度約為180℃。由于煙氣溫度超過玻璃鱗片的使用溫度，長期使用玻璃鱗片會融化，導致碳鋼塔體腐蝕。大理石砌筑時會留縫隙，洗滌循環水會逐步滲入縫隙，引起大理石脫落并導致碳鋼塔腐蝕。

本工程洗滌塔采用玻璃鋼結構，在洗滌塔入口煙道上方設降溫噴頭，降溫后的煙氣溫度約為90℃，降溫水接自循環泵出口，不會增加循環水量，而且能保證玻璃鋼洗滌塔長期穩定運行。降溫噴槍采用雙流體噴槍，冷卻水經霧化后，與煙氣直接混合，經過吸熱蒸發后，實現煙氣降溫。為保證系統安全、穩定運行，噴槍應作設備用。冷卻水入口設調節閥，通過煙氣溫度連鎖控制調節閥開度。

3 結論

（1）回轉窯焚燒爐具有對物料的適應性強、技術成熟、操作簡單等優點，已廣泛應用于危廢焚燒領域。

（2）“回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸+布袋除塵+濕式洗滌”的煙氣凈化組合工藝是應用最為廣泛的成熟技術。

（3）以江蘇省某危廢處置中心為例，介紹其關鍵工藝的技術特點，采取上述設計后，可顯著提高焚燒系統的運行穩定性。

[參考文獻]

[1]肖燕，伍長青，李軍.危險廢物焚燒工程實例介紹[J].中國環保產業，2016（5）：24-27.

[2]陳敬軍.危險廢物回轉窯焚燒爐的工藝設計[J].有色冶金設計與研究，2016（28）：81-83.

Process design of hazardous waste incineration system

Cai Feng1， Xu Hai2， Chen Zhendong3， Liu Guofeng4

[1.JiangyinJinxiu Jiangnan Environmental Development Co. Ltd.， Jiangyin 214400， China;2.Shanghai Municipal Engineering Design andResearch Institute （Group） Co. Ltd.， Shanghai 200092， China]

Abstract：“Rotary kiln+second combustion chamber+waste heat boiler+quench tower+dry depickling+bag filter+wet washing” is the mostwidely used treatment technology in the filed of hazardous waste incineration. Taking a project as an example， its process design is described andits design innovation is summarized.

Key words： hazardous waste; incineration; rotary kiln; gas treatment