淺談回轉窯危險廢物焚燒系統的優化
隨著國名經濟的迅猛發展，工業垃圾和生活垃圾成倍增加，它們帶來的危害已成為不可忽視的生態環境問題。我國對危險廢物集中處置設施建設相對滯后, 大部分危險廢物處于低水平綜合利用、簡單貯存或直接排放狀態。據不完全統計，,我國城市生活垃圾已達115 億噸/ 年,人均日產量1～2kg/ 人·日,正以8 %～10 %的速度增長,占地約5 億m2 ,由于處理量< 50 % ,垃圾逐年累計增加。工業垃圾約為生活垃圾的10～11 倍，,到1995 年累計量已有6614 億噸。值得注意的是生活垃圾中的醫院垃圾,其增長和累計增長速度也是驚人的。
面對這一嚴峻形勢, 我國對危險廢物集中處置制定如下規劃目標: 2003 年, 建設一批前期基礎好具有示范作用的危險廢物和醫療廢物集中處置工程。2004 年, 建設設區城市的醫療廢物集中處置工程和其他危險廢物處置工程。2005 年, 全國所有地區(行署、自治州) 建成醫療廢物集中處置設施, 邊遠縣(旗) 因地制宜建設醫療廢物安全處置工程。根據這一規劃目標, 處理危險廢物成為了目前普遍研究的問題。
采用焚燒法處理生活垃圾是工業發達國家廣泛采用并行之有效的方法。實踐證明,焚燒法能夠最大限度實現城市生活垃圾的減量化、無害化、資源化,而且具有占用土地資源最少的優點。回轉窯是焚燒法中應用最多的一種爐型，該爐型技術成熟，操作簡單靈活，廣泛用于焚燒各種類型固體、半固體和液體廢棄物，尤其適用于焚燒含水率較高、難處理工業廢棄物及危險廢棄物，它以處理量大、有害成分破除率高和設備簡單可長期連續運轉等特點，而被各國內外廣泛應用[[1]]。聯系我國當前危險廢物處置的具體情況, 政府鼓勵地方優先采用回轉窯焚燒技術[2]。
1 回轉窯式危險廢物焚燒系統
1.1焚燒特性
(1) 焚燒爐溫度：≥1100℃；
(2) 煙氣停留時間：≥2s；
(3) 焚燒效率：≥99.9%；
(4) 焚毀去除率：≥99.99%
(5) 焚燒殘渣的熱灼減率：<5%。
1.2處理對象
回轉窯式焚燒系統能焚燒各種垃圾，包括醫院垃圾、危險品、混合垃圾等;垃圾的狀態可以為固態，液態，半固態,漿狀及氣態，我公司處理的的危險廢物種類分布統計結果見表1。
表1 危險廢物分類 單位：t/a
|
1.3焚燒法處理危險廢物的工藝流程
(1)基本工藝流程框圖
以某項目為例，工藝系統總體流程如圖1所示。
(2)廢物處理流程說明
1)運輸貯存：危險廢物利用專用容器及車輛集中收集運輸進場，經檢測、驗證、計量后，需焚燒處理的危廢和經過預處理后需焚燒的危廢用專用容器和車輛運入暫存間內，卸入儲料池和儲料罐內。
2) 破碎預處理系統：主要處理不能直接焚燒的危險廢物，對危險廢物進行破碎（進料粒度要求不大于200mm），使之滿足焚燒進料的要求。
3) 廢物焚燒：采用旋轉窯型焚燒爐技術焚燒處理、經過二燃室高溫處理后的煙氣則先經余熱利用和降溫、凈化后達標排放。產生的殘渣送填埋場直接填埋，飛灰經穩定固化填埋。
4) 醫廢收運車輛和周轉箱消毒和清洗；每次運送完畢，均在廠內對運車輛和周轉箱進行消毒、清洗。清洗污水收集入污水消毒處理設施。
5) 廢氣罐每次焚燒完成后，循環使用。
6) 飛灰處理：將余熱鍋爐、急冷脫酸、煙氣凈化產生的飛灰經過穩定固化處理后，送填埋場填埋。
7) 焚燒殘渣：回轉窯焚燒殘渣送填埋場，經鑒別合格后，進行封閉填埋。二燃室、沉降室產生的飛灰經過高溫處理，經鑒別合格后，進行封閉填埋，降低運行成本。
2回轉窯焚燒系統的技術特點及存在的問題
2.1技術特點
(1)對垃圾的適應范圍廣
回轉窯式焚燒爐可以分別接受固體及液體進料; 可以處理各種不同形狀的固體、液體廢物; 可以處理熔點低的物質; 可以將桶裝或大型塊狀固體廢物直接送入窯內處理; 通過自動調節爐體的回轉速度, 進風量及進料量來控制垃圾的燃燒情況, 因此對物理成分不同的垃圾具有很強的適應性, 可以承受垃圾形態(粘度, 水分, 粒徑) 熱燃值、進料量等條件變化的沖擊[2]。
(2)運行可靠
由于回轉窯爐體與爐膛結構的獨特設計且內部無運動部件, 加上耐高溫材料的使用, 因此, 不存在磨損和高溫損壞零部件的問題, 可長期連續運行。
(3)運行和維修費用底
由于設備結構可靠, 爐膛內部無運動機械, 因此制造及維修費用較低, 與其它爐型相比運動功率小,噪音低且比較節能, 爐膛內耐火磚爐襯定期維修約每年一次, 平時只需對爐外的動力部分進行日常維護便可。
(4)自動化程度高
除自動化程度很高的自動監控系統外, 還配有手動控制做備份, 并配置監視器, 可在控制室內對運行情況進行監控。在運行過程中計算機自動調節推料器頻率, 以控制垃圾進料量, 調節爐體轉速, 以控制垃圾在爐中的停留時間(0.5～1h ) , 調節進風量和燃燒器的啟閉, 以控制燃燒溫度。通過計算機對執行機構的動態控制, 達到最佳的焚燒效果。自動化程度高, 工人勞動強度低。
 |
圖1 工藝流程
2.2存在的問題
(1)煙氣中含塵量高
回轉窯式爐由于爐內物料在爐體旋轉作用下不停翻滾與強湍流煙氣接觸, 在物料得到充分燃燒的同時, 容易導致煙氣中粉塵含量偏高。
(2)熱效率低
為保證垃圾能夠充分燃燒, 系統對過剩空氣需求量高, 這時在負壓的作用下, 窯內有大量的熱量將被帶走, 熱效率底。
(3)窯頭部位可能泄露窯內煙氣
回轉窯的進料口在窯頭部位, 在進料過程進料口可能泄露窯內燃燒產生的煙氣, 如何避免這一問題, 關鍵是設計和運行回轉窯及二次燃燒要控制在負壓約0. 5kPa, 以免有毒的未完全燃燒氣體逸出爐外, 由于負壓必需嚴格回轉窯的氣密度, 氣密度不佳易造成大量空氣的吸入, 這樣便難以維持爐內適當的溫度, 這是技術的關鍵。
(4)尾部易形成熔渣
由于醫療垃圾當中的玻璃制品含量較高, 在回轉窯的高溫焚燒過程中, 玻璃易結成大塊熔渣, 堵塞窯尾的出灰口。解決這一問題，需要深入研究垃圾的結渣機理，制定合理的焚燒方案, 消除大塊熔渣的形成條件。
3回轉窯焚燒系統的優化
3.1危險廢物焚燒結焦原理和防止措施
(1)危險廢物焚燒結焦原理
由于危險廢物成分復雜，含鹽和玻璃等低熔點的物質，在焚燒過程中形成熔融和半熔融狀態。
危險廢物焚燒內壁面的積灰、結渣是一種普遍現象，在爐膛內火焰中心處的溫度高，燃料中的灰分大多呈熔化狀態，結渣主要由熔化或部分熔化的顆粒碰撞在熔融的沉淀物形式出現在內表面上。造成結渣的主要原因是灰份的成份及其熔點。廢物焚燒形成結渣由于灰層的形成和惰性氣體的比例增加、氧化劑穿透灰層進入物料深部與可燃物進行反應也愈困難,整個反應減弱。溫度比焚燒段有所下降，這就是燃盡階段的到來，直到整個剩余可燃質燒盡[3]。
焚燒爐膛火中心溫度一般可達1000℃，燃料中的灰份大多呈熔化狀態，而四周壁附近煙溫較低，如果煙氣中攜帶的灰粒在接觸壁面時仍呈熔化或粘性狀態，則會逐漸粘附在管壁上形成緊密的灰渣層。焚燒爐結焦由許多復雜的因素引起，如爐內空氣動力場、爐型、燃燒器布置方式及結構特性，廢物的尺寸等都將影響爐內結焦狀況。保證空氣和燃料的良好混合，避免在內壁附近形成還原性氣氛，合理而良好的爐內空氣動力工況是防止鍋爐內結的前提。
了解低熔鹽等生成的特點，對于控制低熔鹽粘結形成的結焦是十分重要。一般可以通過對廢物的元素分析來判定廢物的灰渣特性。在焚燒處理廢物的過程鹽類物質由于和其它元素的化合分解成份會被改變，它們會和其他組份重新結合成新的組份。
一個典型的例子是堿性成分(鈉、鉀)和鹵化物(氯、氟)的結合。需要處理的廢物中大多都含有氯或氟，當處理的其他廢物中含有鈉或鉀時，低熔鹽就會形成。典型的鈉鹽(NaCl)，單一成份的熔點是800℃。通過化學結合鈉和氯時它會變得非常粘稠，它會發生自身粘結并粘附其它物質。一個大的塊狀物或長圓狀物一旦形成，就會粘結更多的其它物質。這些粘狀物在它完全被覆蓋前可能得不到充分的焚燒分解。它們落到灰渣處理系統，會發生阻塞。
|
|
灰渣的熔點還與其鹽類組份的比例有關。如氯化鈉和硫酸鈉組合物的熔點低于純鹽的熔點；當兩者的比例接近60/40時為最低。
(2)回轉窯防焦和除焦
回轉窯的尾部結渣如下圖所示。防止結渣的措施是選用高效的密封材料。此類結渣的處理是利用安裝在回轉窯后端板上除焦燃燒噴嘴進行熔化使其脫落。
 |
圖2 NaCl- Na2SO4系統熔點
1) 防止低熔鹽的結焦措施
主要辦法是控制廢物的進料和控制焚燒爐的燃燒溫度。
進料時將鈉鉀鹽分的廢物和鹵素含量高廢物安排在不同的時間段進行焚燒。
對于含鹽量較高的廢物采取與其他廢物搭配，摻入溶點高的物質如石灰等。
控制焚燒溫度，合理供風。
選擇防掛壁的耐火磚。
密封采用國外技術，減少漏風，防止煙溫降低而導致結焦。
2) 對已經結焦的措施
如果觀察到窯內出現低熔鹽結焦時，可以適當降低回轉窯燃燒溫度。待低熔鹽順利焚燒進入出渣系統后將窯內溫度調整到正常運行溫度。
在窯尾設燃氣燃燒器，對于已經結焦的物質采用高溫融化的方法使其熔化排除。
對于上述方式不能清除的結焦采用水炮或電鉆清除結焦。
3.2污染物控制工藝優化
隨著對環境質量要求的不斷提高，對二噁英及其他污染物的排放濃度要求也越來越高，故應該全面提高尾氣處理系統水平。
我公司對焚燒處置系統工藝路線進行了優化，整個處理系統按照歐盟2000/76/EC進行設計，采取以下措施控制二噁英，重金屬等物質，確保焚燒系統尾氣達標排放。
(1)物料分類存放，科學配伍。廢物進場經檢驗，驗收，計量后，按照其物性分類存放,分別進入固體存放區，半固體存放區，高熱值廢液罐，低熱值廢液罐，臨時廢液罐。廢物入爐前，需依其成份、熱值等參數進行搭配，對于酸性物質和重金屬類物質應控制單次進料的數量，盡可能保障焚燒系統穩定運行，降低焚燒殘渣的熱灼減率。
(2)余熱鍋爐設脫硝反應室。在高溫環境及氧的作用下, 通過霧化泵將濃度為3-5%的尿素CO(NH2)2溶液提升進入噴嘴，靠空氣壓力霧化噴入脫硝反應室內,煙氣在噴嘴下方區域與霧化的尿素溶液充分混合,煙氣中NOX組分在O2的存在下與CO(NH2)2發生還原反應,于此同時尿素溶液水分全部被煙氣汽化，被煙氣帶走，在CO(NH2)2與NOX的比例在2：1時，NOX的還原效率在50%左右。多余的尿素轉化為氨，經活性炭吸附，在低溫段進一步與NOX發生還原反應，可大大減少NOX的排放濃度。
(3)除酸采用干法和濕法兩級脫酸相結合，提高除酸效果。采用干法增濕脫酸，急冷塔出口煙道中設文丘里裝置，向內加入脫硫劑石灰粉，在Ca/S為1-1.5時，能達到90-97%的脫酸效率。用濕法洗滌脫酸處理煙氣，進一步提高處理效果，濕法洗滌作為干法脫酸的補充，確保煙污染物的達標排放，同時由于焚燒物中含有氟利昂，該物質焚燒后生成光氣，造成二次污染，采用堿液濕法洗滌，是吸收光氣的最有效方法。
采用活性碳吸附和布袋除塵器高效去除重金屬以及殘留的微量二噁英。煙氣管道上設置活性炭噴射裝置，活性炭具有極大的比表面積和極強的吸附能力，與煙氣充分混合，吸附煙氣中的污染物質。布袋除塵器選用進口PTFE濾料+PTFE腹膜材質，將煙氣中的粉塵截留在膜的表面。活性碳噴射＋濾袋式除塵器過濾的工藝組合去除效率可達99.9%，確保尾氣達標排放。
4 結 論
回轉窯作為危險廢物處理系統的主要焚燒設備，具有設備簡單、運行可靠、物料適應范圍廣和投資小等優點，在危廢處理領域得到廣泛的應用。但目前實際工程中還存在燃燒不充分、窯尾結渣、密封不嚴，脫硫效率低等工程問題。
(1) 詳細介紹了回轉窯焚燒系統的各部分組成及工藝。
(2) 分析了回轉窯焚燒系統在危險廢物焚燒領域的優勢，以及燃燒不充分、窯尾結渣、密封不嚴，脫硫效率低等一些工程問題。
(3) 對回轉窯的結渣機理進行了深入研究，提出了一套切實可行的除焦和防焦措施，提高了回轉窯系統的穩定性。
(4) 對于脫硫系統的若干優化，使整個處理系統污染物排放水平達到歐盟2000/76/EC標準。
參考文獻
[[1]] R. Clyde, E. Demp sey, T imo thy Oppelt, Incineration of Hazardous W aste: A Critical Review Update, A ir and W aste,1994, 43: 25～ 73
[2] 聶永豐．三廢處理工程技術手冊固態廢棄物卷[M]．北京：化學工業出版社,2000: 335．
[3] J. 塞克利, J. W. 埃文斯, H. Y. 索恩. 胡道和譯. 氣——固反應. 北京: 中國建筑工業出版社, 1986.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
