移動床鍋爐焚燒制鞋廢料的污染物排放研究

摘要：通過焚燒法來處理制鞋廢料既能減量化，又能實現熱能回收，是十分理想的處理方式。然而，制鞋廢料焚燒時產生的污染物排放一直備受關注。文中從常見的小型移動床層燃鍋爐入手，以制鞋廢料為燃料，對焚燒產生的污染物排放情況進行檢測，并分析污染物存在的原因，提出煙氣清潔排放的相關防治建議。

關鍵詞：制鞋廢料;鍋爐焚燒;二噁英;污染物排放

Study on Pollutant Emission of Shoemaking Waste Incineration in the Moving Bed Boiler

YOU Yi-Cong

（Quanzhou Branch of Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute， Quanzhou 362000， Fujian， China）

Abstract： Its an ideal way to treat shoemaking waste by incineration， which can not only reduce the amount， but also realize the recovery of heat energy. However， the emission of pollutants from the incineration of shoemaking waste has attracted much attention. This paper starts with the common small-scale moving bed combustion boiler， uses shoe-making waste as fuel， detects the pollutant emission from incineration， analyzes the causes of pollutants， and puts forward relevant prevention and control suggestions for clean emission of flue gas.

Key Words： Shoemaking waste; Boiler incineration; Dioxins; Pollutant emission

1引言

我國是世界公認的制鞋大國，每年生產的鞋類產品約占世界總產量的60%。然而在制鞋過程中，不可避免會產生大量的邊角料。這些邊角料由于成分多樣、形態瑣碎無規則、工業回收再利用困難等問題，大多只能當作固體廢料加以處置[1]。相對于露天堆放或填埋法，通過焚燒法來處理制鞋廢料不僅能達到減量化，又能實現熱能回收，無疑是十分理想的處理方式。然而，制鞋廢料焚燒時產生的污染物排放一直是人們關注的焦點。

采用移動床鍋爐焚燒處理固體廢物目前在我國及歐美地區均已得到廣泛應用且技術相對成熟[2-4]。這是因為移動床鍋爐對處理固體廢物具有適應性強、故障少、運行穩定可靠等優勢。但是，在處理制鞋廢料這種特殊固體廢物上的應用，相關的文獻報道仍不多見[5]。文中從常見的小型移動床式層燃鍋爐入手，以制鞋廢料為燃料，對焚燒產生的污染物排放情況進行檢測，并根據檢測結果分析污染物存在的原因，提出煙氣清潔排放的防治建議。

2實驗部分

2.1移動床制鞋廢料焚燒鍋爐及除塵系統

文中選用的移動床焚燒鍋爐為制鞋廠常用的臥式鏈條爐排有機熱載體鍋爐，鍋爐型號：YLW-4700S，測試時使用的燃料為制鞋廢料。在煙氣系統中，該鍋爐煙道尾部配有2座旋風除塵器（D×H=2.5m×6.0m）和6臺布袋除塵器（D×H=2.5m×6.0m），燃燒廢氣經引風機通過一根40米高的磚砌煙囪向大氣排放。鍋爐及除塵系統的平面布置圖見圖1。

2.2燃燒工況介紹

燃燒工況主要由現場的爐膛出口（即第二煙道入口處）煙溫和鍋爐本體出口（即末端熱水器前）煙溫判斷。溫度測量采用鎧裝S型熱電偶，測溫范圍為0℃～1300℃。熱電偶外部套有不銹鋼鋼管進行保護，經測孔垂直插入側墻內以獲取爐膛及鍋爐本體出口處的煙氣溫度信息。經測試，尾氣污染物檢測期間，爐膛出口（即第二煙道入口處）煙溫在800℃～1100℃之間，平均值約為950℃;鍋爐本體出口（末端熱水器前）的煙溫在234℃～249℃之間，平均值約為242℃。

2.3尾氣污染物測試情況說明

邀請資質齊全的第三方檢測公司分別對該鍋爐進行煙氣污染物排放測試。其中，煙氣（塵）采樣點位、重金屬及其化合物類污染物監測點為鞋材廢料焚燒爐布袋除塵后端廢氣排放口處（1#采樣點，見圖1標注）。二噁英類污染物采樣點位分別為進布袋除塵器前端（2#采樣點）、布袋除塵器內（3#采樣點）和布袋除塵器后端（1#采樣點）三個位置。以上檢測頻次均為連續3次。

各類污染物的檢測標準（方法）和所使用的儀器名稱及型號詳見表1。煙氣（塵）和重金屬類含量實際采樣工況信息見表2。

3 污染物排放測試結果

3.1煙氣（塵）測試情況

采樣點位為1#采樣點處，檢測結果見表3。在平均標干流量5711m3/h下，顆粒物（煙塵）含量為ND，即為未檢出。汞及其化合物實測平均濃度為0.0166mg/m3，折算平均濃度為0.0200mg/m3。二氧化硫的實測濃度為1.16×103mg/m3，折算濃度為1.39×103mg/m3，超出GB 18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》[6]及修改單表4（以下簡稱“標準規定”）中的控制值100mg/m3（1h均值）。氮氧化物的實測濃度為400mg/m3，折算濃度為480mg/m3，超出標準規定中的控制值300mg/m3（1h均值）。一氧化碳的實測濃度為283mg/m3，折算濃度為339mg/m3，超出標準規定中的控制值100mg/m3（1h均值）。氯化氫的實測濃度為0.88mg/m3，折算濃度為1.06mg/m3，大大低于標準規定中的控制值60mg/m3（1h均值）。氟化氫的排放濃度為ND，即為未檢出。

3.2 重金屬及其化合物測試情況

采樣點位為1#采樣點處，檢測結果見表4。在平均標干流量5425m3/h下，銻、砷、鉛、鉻、鈷、銅、錳、鎳及其化合物（以Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni計）實測濃度為0.107mg/m3，折算濃度為0.135mg/m3，低于標準規定中的控制值1.0mg/m3（測定均值）。鎘、鉈及其化合物（Cd+Tl計），實測濃度為1.5×10-4mg/m3，折算濃度為1.9×10-4mg/m3，低于標準規定中的控制值0.1mg/m3（測定均值）。

3.3 二噁英類污染物測試情況

二噁英類，是指多氯代二苯并-對-二噁英（PCDDs）和多氯代二苯并呋喃（PCDFs）的統稱。根據標準規定，本次檢測的二噁英類為PCDDs和PCDFs的總量，濃度為毒性當量（TEQ）的質量濃度。其中，PCDDs包含2，3，7，8-T4CDD、1，2，3，7，8-P5CDD、1，2，3，4，7，8-H6CDD、1，2，3，6，7，8-H6CDD、1，2，3，7，8，9-H6CDD、1，2，3，4，6，7，8-H7CDD和O8CDD;PCDFs包含2，3，7，8-T4CDF、1，2，3，7，8-P5CDF、2，3，4，7，8-P5CDF、1，2，3，4，7，8-H6CDF、1，2，3，6，7，8-H6CDF、2，3，4，6，7，8-H6CDF、1，2，3，7，8，9-H6CDF、1，2，3，4，6，7，8-H7CDF、1，2，3，4，7，8，9-H7CDF和O8CDF。

對于煙氣（塵）中的二噁英類，對進布袋除塵前端采樣口（2#采樣點）進行采樣檢測3次，經檢測三次結果分別為：11ng/m3、14ng/m3、11ng/m3，平均含量為12ng/m3;對布袋除塵后端采樣口（1#采樣點）進行采樣檢測3次，經檢測三次結果分別為2.6ng/m3、0.93ng/m3、2.5ng/m3，平均含量為2.0ng/m3。對布袋除塵器里的飛灰（3#采樣點）進行隨機采樣3次，經檢測該部分的二噁英類含量分別為80μg/kg、46μg/kg、73μg/kg，平均含量為66μg/kg。具體檢測結果見表5。

4結果討論與原因分析

4.1 測試結果概述與分析

參照GB 18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》及修改單4的排放要求，由測試結果可知，煙氣中的顆粒物（煙塵）含量為未檢出，說明通過配套的除塵設備（旋風除塵器和布袋除塵器）效果足夠好，可以滿足顆粒物（煙塵）達標排放、甚至超低濃度排放的要求。煙氣檢測中有少量氯化氫存在，但遠低于排放限值，能滿足清潔排放;煙氣檢測中幾乎無氟化氫含量，達到排放標準;各類重金屬類含量也遠低于排放限值，達到排放標準，說明制鞋廢料中重金屬含量較低。值得關注的是，參照標準規定，煙氣中的SO2、NOx、CO均不同程度地存在濃度超標排放，二噁英類的排放濃度也存在超標。

4.2? SO2排放濃度高的原因分析與防治建議

SO2濃度排放超標說明在鞋材廢料中，仍然有相當程度的含硫材料存在，在燃燒過程中徹底釋放出來，加上該鍋爐尾部未配備相應的脫硫裝置導致排放超標。因此，在此類焚燒爐的設計上，應考慮在鍋爐煙道尾部加裝脫硫裝置，這樣不但可以有效去除SO2的排放，同時也對酸性氣體（如HCl、HF等）的去除大大有利。

4.3 NOx排放濃度超標的原因分析與防治建議

NOx排放濃度高，主要跟燃燒有關。焚燒煙氣中NOx中主要成分是NO，約占90%，NO2占5%～10%，從形成機理上劃分，可以分為熱力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx[7]。當焚燒爐溫度大于1200℃時，溫度每增加100℃，反應速率成指數增長，熱力型NOx相應增加。當焚燒爐溫度不超過1200℃，煙氣中NOx的來源主要是燃料中的氮化合物在高溫燃燒的條件下，與氧氣反應生成的燃料型NOx。快速型NOx是指碳氫燃料在燃燒過程中，當過量空氣系數小，而燃料濃度大時，會快速生成NOx。從鍋爐運行工況數據可知，本鍋爐爐膛溫度基本運行在1200℃以下，熱力型NOx生成量少，因此主要是燃料型NOx和快速型NOx。由于制鞋廢料的燃燒著火點較低，著火迅速，過量空氣系數迅速降低;同時，制鞋廢料為成捆投料燃燒，著火初期燃料又相對充足，因此，燃料型NOx和快速型NOx迅速增加，最終導致排放濃度明顯超標。對于NOx的防治，應先通過調整燃燒工況和配風來實現，再結合后端二噁英的防治設施協同脫除。

4.4 CO排放濃度高的原因分析與防治建議

CO是不完全燃燒的產物之一。CO含量高是因為目前市面上的制鞋廢料為成包捆扎成方塊狀（重量約200kg/包）投料，投料初期由于制鞋廢料迅速著火，爐內出現暫時的供氧不足，從而造成部分燃燒不充分現象，最終導致CO濃度排放超標。因此，給料均勻性差是造成CO超標的主要原因。對于CO的排放防治，主要以燃燒前端控制為主。將制鞋廢料壓縮制備成較小模塊，或者將制鞋廢料和木材聯合加工成制鞋廢料衍生物[8]，都能大大提高給料的均勻性，是將CO含量控制在達標排放范圍內的一大解決思路。

4.5 二噁英類的排放問題分析與防治建議

通過測試結果可以發現，在進布袋除塵前，二噁英平均含量為12ng/m3;對進入布袋除塵后端的煙氣進行測試，二噁英平均含量為2.0ng/m3。這說明制鞋材料燃燒還是會產生二噁英類物質。另外，從對布袋除塵器里的飛灰的采樣檢測結果，平均含量為66μg/kg也可以看出，在這種燃燒工況下二噁英是普遍存在于煙氣中，并且以飛灰攜帶為主。雖然通過布袋除塵器，可以使顆粒物幾乎完全除盡以及捕捉大部分飛灰中的二噁英，但是煙氣中仍平均存在2.0ng/m3。根據GB 18485-2014《生活垃圾焚燒污染控制標準》及修改單表5規定，對于處理能力<50t/d的，應將排放指標控制在1.0ng/m3以內。因此，按照這個標準，在布袋除塵器后端（1#采樣點）的第二次檢測結果其實是能滿足排放控制要求。不過，要進一步降低二噁英類的排放，還需通過有效的去除設備來聯合實現。有文獻[9]報道，在布袋除塵前端加裝活性炭噴射塔技術，對生活垃圾焚燒中的二噁英去除效率能達到99%。此外，活性炭也能吸附煙氣中的SO2和NOx，降低SO2和NOx的排放，對制鞋廢料焚燒的清潔排放也是大大有益。

5結語

通過對制鞋廢料在移動床層燃鍋爐上焚燒的煙氣、飛灰檢測發現，僅通過旋風除塵器和布袋除塵器的配置，煙氣中顆粒物、絕大多數污染物氣體和重金屬及其化合物都能達到《生活垃圾焚燒污染控制標準》中的控制值排放，但SO2、NOx、CO和二噁英類排放仍然會超過標準規定的排放濃度。因此，不能直接將制鞋廢料在這種小型鍋爐上焚燒處理。要做到制鞋廢料在鍋爐上焚燒的清潔排放，可以從以下三個方面進行改進：（1）將制鞋廢料制成小模塊，或與木柴等加工成制鞋廢料衍生物，可以降低燃燒中的CO含量，使燃燒更為充分。（2）應配置專門的脫硫裝置，可有效去除煙氣中的SO2等酸性有害氣體。（3）使用活性炭噴射加布袋除塵技術，有望將二噁英和煙氣污染物控制在達標排放標準內。

總而言之，對于小型的移動床鍋爐在處理制鞋廢料上仍存在諸多不完善的技術問題，需要投入更多的嘗試和研究。只有不斷通過技術應用和創新，才能找到制鞋廢料熱能利用與清潔排放相統一的方法，真正做到變廢為寶，從而為我國制鞋廢料的工業治理提供堅強有力的技術支持。

參考文獻

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