淺談回轉(zhuǎn)窯危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)的優(yōu)化
隨著國名經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，工業(yè)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(tài)環(huán)境問題。我國對危險(xiǎn)廢物集中處置設(shè)施建設(shè)相對滯后, 大部分危險(xiǎn)廢物處于低水平綜合利用、簡單貯存或直接排放狀態(tài)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，,我國城市生活垃圾已達(dá)115 億噸/ 年,人均日產(chǎn)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(jì)增加。工業(yè)垃圾約為生活垃圾的10～11 倍，,到1995 年累計(jì)量已有6614 億噸。值得注意的是生活垃圾中的醫(yī)院垃圾,其增長和累計(jì)增長速度也是驚人的。
面對這一嚴(yán)峻形勢, 我國對危險(xiǎn)廢物集中處置制定如下規(guī)劃目標(biāo): 2003 年, 建設(shè)一批前期基礎(chǔ)好具有示范作用的危險(xiǎn)廢物和醫(yī)療廢物集中處置工程。2004 年, 建設(shè)設(shè)區(qū)城市的醫(yī)療廢物集中處置工程和其他危險(xiǎn)廢物處置工程。2005 年, 全國所有地區(qū)(行署、自治州) 建成醫(yī)療廢物集中處置設(shè)施, 邊遠(yuǎn)縣(旗) 因地制宜建設(shè)醫(yī)療廢物安全處置工程。根據(jù)這一規(guī)劃目標(biāo), 處理危險(xiǎn)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(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛采用并行之有效的方法。實(shí)踐證明,焚燒法能夠最大限度實(shí)現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)窯是焚燒法中應(yīng)用最多的一種爐型，該爐型技術(shù)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(yè)廢棄物及危險(xiǎn)廢棄物，它以處理量大、有害成分破除率高和設(shè)備簡單可長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，而被各國內(nèi)外廣泛應(yīng)用[[1]]。聯(lián)系我國當(dāng)前危險(xiǎn)廢物處置的具體情況, 政府鼓勵(lì)地方優(yōu)先采用回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)[2]。
1 回轉(zhuǎn)窯式危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)
1.1焚燒特性
(1) 焚燒爐溫度：≥1100℃；
(2) 煙氣停留時(shí)間：≥2s；
(3) 焚燒效率：≥99.9%；
(4) 焚毀去除率：≥99.99%
(5) 焚燒殘?jiān)臒嶙茰p率：<5%。
1.2處理對象
回轉(zhuǎn)窯式焚燒系統(tǒng)能焚燒各種垃圾，包括醫(yī)院垃圾、危險(xiǎn)品、混合垃圾等;垃圾的狀態(tài)可以為固態(tài)，液態(tài)，半固態(tài),漿狀及氣態(tài)，我公司處理的的危險(xiǎn)廢物種類分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。
表1 危險(xiǎn)廢物分類 單位：t/a
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1.3焚燒法處理危險(xiǎn)廢物的工藝流程
(1)基本工藝流程框圖
以某項(xiàng)目為例，工藝系統(tǒng)總體流程如圖1所示。
(2)廢物處理流程說明
1)運(yùn)輸貯存：危險(xiǎn)廢物利用專用容器及車輛集中收集運(yùn)輸進(jìn)場，經(jīng)檢測、驗(yàn)證、計(jì)量后，需焚燒處理的危廢和經(jīng)過預(yù)處理后需焚燒的危廢用專用容器和車輛運(yùn)入暫存間內(nèi)，卸入儲(chǔ)料池和儲(chǔ)料罐內(nèi)。
2) 破碎預(yù)處理系統(tǒng)：主要處理不能直接焚燒的危險(xiǎn)廢物，對危險(xiǎn)廢物進(jìn)行破碎（進(jìn)料粒度要求不大于200mm），使之滿足焚燒進(jìn)料的要求。
3) 廢物焚燒：采用旋轉(zhuǎn)窯型焚燒爐技術(shù)焚燒處理、經(jīng)過二燃室高溫處理后的煙氣則先經(jīng)余熱利用和降溫、凈化后達(dá)標(biāo)排放。產(chǎn)生的殘?jiān)吞盥駡鲋苯犹盥?，飛灰經(jīng)穩(wěn)定固化填埋。
4) 醫(yī)廢收運(yùn)車輛和周轉(zhuǎn)箱消毒和清洗；每次運(yùn)送完畢，均在廠內(nèi)對運(yùn)車輛和周轉(zhuǎn)箱進(jìn)行消毒、清洗。清洗污水收集入污水消毒處理設(shè)施。
5) 廢氣罐每次焚燒完成后，循環(huán)使用。
6) 飛灰處理：將余熱鍋爐、急冷脫酸、煙氣凈化產(chǎn)生的飛灰經(jīng)過穩(wěn)定固化處理后，送填埋場填埋。
7) 焚燒殘?jiān)夯剞D(zhuǎn)窯焚燒殘?jiān)吞盥駡觯?jīng)鑒別合格后，進(jìn)行封閉填埋。二燃室、沉降室產(chǎn)生的飛灰經(jīng)過高溫處理，經(jīng)鑒別合格后，進(jìn)行封閉填埋，降低運(yùn)行成本。
2回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)及存在的問題
2.1技術(shù)特點(diǎn)
(1)對垃圾的適應(yīng)范圍廣
回轉(zhuǎn)窯式焚燒爐可以分別接受固體及液體進(jìn)料; 可以處理各種不同形狀的固體、液體廢物; 可以處理熔點(diǎn)低的物質(zhì); 可以將桶裝或大型塊狀固體廢物直接送入窯內(nèi)處理; 通過自動(dòng)調(diào)節(jié)爐體的回轉(zhuǎn)速度, 進(jìn)風(fēng)量及進(jìn)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(qiáng)的適應(yīng)性, 可以承受垃圾形態(tài)(粘度, 水分, 粒徑) 熱燃值、進(jìn)料量等條件變化的沖擊[2]。
(2)運(yùn)行可靠
由于回轉(zhuǎn)窯爐體與爐膛結(jié)構(gòu)的獨(dú)特設(shè)計(jì)且內(nèi)部無運(yùn)動(dòng)部件, 加上耐高溫材料的使用, 因此, 不存在磨損和高溫?fù)p壞零部件的問題, 可長期連續(xù)運(yùn)行。
(3)運(yùn)行和維修費(fèi)用底
由于設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠, 爐膛內(nèi)部無運(yùn)動(dòng)機(jī)械, 因此制造及維修費(fèi)用較低, 與其它爐型相比運(yùn)動(dòng)功率小,噪音低且比較節(jié)能, 爐膛內(nèi)耐火磚爐襯定期維修約每年一次, 平時(shí)只需對爐外的動(dòng)力部分進(jìn)行日常維護(hù)便可。
(4)自動(dòng)化程度高
除自動(dòng)化程度很高的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)外, 還配有手動(dòng)控制做備份, 并配置監(jiān)視器, 可在控制室內(nèi)對運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控。在運(yùn)行過程中計(jì)算機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)推料器頻率, 以控制垃圾進(jìn)料量, 調(diào)節(jié)爐體轉(zhuǎn)速, 以控制垃圾在爐中的停留時(shí)間(0.5～1h ) , 調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量和燃燒器的啟閉, 以控制燃燒溫度。通過計(jì)算機(jī)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)控制, 達(dá)到最佳的焚燒效果。自動(dòng)化程度高, 工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。
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圖1 工藝流程
2.2存在的問題
(1)煙氣中含塵量高
回轉(zhuǎn)窯式爐由于爐內(nèi)物料在爐體旋轉(zhuǎn)作用下不停翻滾與強(qiáng)湍流煙氣接觸, 在物料得到充分燃燒的同時(shí), 容易導(dǎo)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(tǒng)對過?？諝庑枨罅扛? 這時(shí)在負(fù)壓的作用下, 窯內(nèi)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(nèi)煙氣
回轉(zhuǎn)窯的進(jìn)料口在窯頭部位, 在進(jìn)料過程進(jìn)料口可能泄露窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煙氣, 如何避免這一問題, 關(guān)鍵是設(shè)計(jì)和運(yùn)行回轉(zhuǎn)窯及二次燃燒要控制在負(fù)壓約0. 5kPa, 以免有毒的未完全燃燒氣體逸出爐外, 由于負(fù)壓必需嚴(yán)格回轉(zhuǎn)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(nèi)適當(dāng)?shù)臏囟? 這是技術(shù)的關(guān)鍵。
(4)尾部易形成熔渣
由于醫(yī)療垃圾當(dāng)中的玻璃制品含量較高, 在回轉(zhuǎn)窯的高溫焚燒過程中, 玻璃易結(jié)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(jié)渣機(jī)理，制定合理的焚燒方案, 消除大塊熔渣的形成條件。
3回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的優(yōu)化
3.1危險(xiǎn)廢物焚燒結(jié)焦原理和防止措施
(1)危險(xiǎn)廢物焚燒結(jié)焦原理
由于危險(xiǎn)廢物成分復(fù)雜，含鹽和玻璃等低熔點(diǎn)的物質(zhì)，在焚燒過程中形成熔融和半熔融狀態(tài)。
危險(xiǎn)廢物焚燒內(nèi)壁面的積灰、結(jié)渣是一種普遍現(xiàn)象，在爐膛內(nèi)火焰中心處的溫度高，燃料中的灰分大多呈熔化狀態(tài)，結(jié)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(xiàn)在內(nèi)表面上。造成結(jié)渣的主要原因是灰份的成份及其熔點(diǎn)。廢物焚燒形成結(jié)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(jìn)入物料深部與可燃物進(jìn)行反應(yīng)也愈困難,整個(gè)反應(yīng)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(gè)剩余可燃質(zhì)燒盡[3]。
焚燒爐膛火中心溫度一般可達(dá)1000℃，燃料中的灰份大多呈熔化狀態(tài)，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(shí)仍呈熔化或粘性狀態(tài)，則會(huì)逐漸粘附在管壁上形成緊密的灰渣層。焚燒爐結(jié)焦由許多復(fù)雜的因素引起，如爐內(nèi)空氣動(dòng)力場、爐型、燃燒器布置方式及結(jié)構(gòu)特性，廢物的尺寸等都將影響爐內(nèi)結(jié)焦?fàn)顩r。保證空氣和燃料的良好混合，避免在內(nèi)壁附近形成還原性氣氛，合理而良好的爐內(nèi)空氣動(dòng)力工況是防止鍋爐內(nèi)結(jié)的前提。
了解低熔鹽等生成的特點(diǎn)，對于控制低熔鹽粘結(jié)形成的結(jié)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(zhì)由于和其它元素的化合分解成份會(huì)被改變，它們會(huì)和其他組份重新結(jié)合成新的組份。
一個(gè)典型的例子是堿性成分(鈉、鉀)和鹵化物(氯、氟)的結(jié)合。需要處理的廢物中大多都含有氯或氟，當(dāng)處理的其他廢物中含有鈉或鉀時(shí)，低熔鹽就會(huì)形成。典型的鈉鹽(NaCl)，單一成份的熔點(diǎn)是800℃。通過化學(xué)結(jié)合鈉和氯時(shí)它會(huì)變得非常粘稠，它會(huì)發(fā)生自身粘結(jié)并粘附其它物質(zhì)。一個(gè)大的塊狀物或長圓狀物一旦形成，就會(huì)粘結(jié)更多的其它物質(zhì)。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(tǒng)，會(huì)發(fā)生阻塞。
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灰渣的熔點(diǎn)還與其鹽類組份的比例有關(guān)。如氯化鈉和硫酸鈉組合物的熔點(diǎn)低于純鹽的熔點(diǎn)；當(dāng)兩者的比例接近60/40時(shí)為最低。
(2)回轉(zhuǎn)窯防焦和除焦
回轉(zhuǎn)窯的尾部結(jié)渣如下圖所示。防止結(jié)渣的措施是選用高效的密封材料。此類結(jié)渣的處理是利用安裝在回轉(zhuǎn)窯后端板上除焦燃燒噴嘴進(jìn)行熔化使其脫落。
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圖2 NaCl- Na2SO4系統(tǒng)熔點(diǎn)
1) 防止低熔鹽的結(jié)焦措施
主要辦法是控制廢物的進(jìn)料和控制焚燒爐的燃燒溫度。
進(jìn)料時(shí)將鈉鉀鹽分的廢物和鹵素含量高廢物安排在不同的時(shí)間段進(jìn)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(diǎn)高的物質(zhì)如石灰等。
控制焚燒溫度，合理供風(fēng)。
選擇防掛壁的耐火磚。
密封采用國外技術(shù)，減少漏風(fēng)，防止煙溫降低而導(dǎo)致結(jié)焦。
2) 對已經(jīng)結(jié)焦的措施
如果觀察到窯內(nèi)出現(xiàn)低熔鹽結(jié)焦時(shí)，可以適當(dāng)降低回轉(zhuǎn)窯燃燒溫度。待低熔鹽順利焚燒進(jìn)入出渣系統(tǒng)后將窯內(nèi)溫度調(diào)整到正常運(yùn)行溫度。
在窯尾設(shè)燃?xì)馊紵?，對于已?jīng)結(jié)焦的物質(zhì)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(jié)焦采用水炮或電鉆清除結(jié)焦。
3.2污染物控制工藝優(yōu)化
隨著對環(huán)境質(zhì)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(yīng)該全面提高尾氣處理系統(tǒng)水平。
我公司對焚燒處置系統(tǒng)工藝路線進(jìn)行了優(yōu)化，整個(gè)處理系統(tǒng)按照歐盟2000/76/EC進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取以下措施控制二噁英，重金屬等物質(zhì)，確保焚燒系統(tǒng)尾氣達(dá)標(biāo)排放。
(1)物料分類存放，科學(xué)配伍。廢物進(jìn)場經(jīng)檢驗(yàn)，驗(yàn)收，計(jì)量后，按照其物性分類存放,分別進(jìn)入固體存放區(qū)，半固體存放區(qū)，高熱值廢液罐，低熱值廢液罐，臨時(shí)廢液罐。廢物入爐前，需依其成份、熱值等參數(shù)進(jìn)行搭配，對于酸性物質(zhì)和重金屬類物質(zhì)應(yīng)控制單次進(jìn)料的數(shù)量，盡可能保障焚燒系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，降低焚燒殘?jiān)臒嶙茰p率。
(2)余熱鍋爐設(shè)脫硝反應(yīng)室。在高溫環(huán)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(jìn)入噴嘴，靠空氣壓力霧化噴入脫硝反應(yīng)室內(nèi),煙氣在噴嘴下方區(qū)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(fā)生還原反應(yīng),于此同時(shí)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(shí)，NOX的還原效率在50%左右。多余的尿素轉(zhuǎn)化為氨，經(jīng)活性炭吸附，在低溫段進(jìn)一步與NOX發(fā)生還原反應(yīng)，可大大減少NOX的排放濃度。
(3)除酸采用干法和濕法兩級(jí)脫酸相結(jié)合，提高除酸效果。采用干法增濕脫酸，急冷塔出口煙道中設(shè)文丘里裝置，向內(nèi)加入脫硫劑石灰粉，在Ca/S為1-1.5時(shí)，能達(dá)到90-97%的脫酸效率。用濕法洗滌脫酸處理煙氣，進(jìn)一步提高處理效果，濕法洗滌作為干法脫酸的補(bǔ)充，確保煙污染物的達(dá)標(biāo)排放，同時(shí)由于焚燒物中含有氟利昂，該物質(zhì)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(shè)置活性炭噴射裝置，活性炭具有極大的比表面積和極強(qiáng)的吸附能力，與煙氣充分混合，吸附煙氣中的污染物質(zhì)。布袋除塵器選用進(jìn)口PTFE濾料+PTFE腹膜材質(zhì)，將煙氣中的粉塵截留在膜的表面?；钚蕴紘娚洌珵V袋式除塵器過濾的工藝組合去除效率可達(dá)99.9%，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放。
4 結(jié) 論
回轉(zhuǎn)窯作為危險(xiǎn)廢物處理系統(tǒng)的主要焚燒設(shè)備，具有設(shè)備簡單、運(yùn)行可靠、物料適應(yīng)范圍廣和投資小等優(yōu)點(diǎn)，在危廢處理領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但目前實(shí)際工程中還存在燃燒不充分、窯尾結(jié)渣、密封不嚴(yán)，脫硫效率低等工程問題。
(1) 詳細(xì)介紹了回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的各部分組成及工藝。
(2) 分析了回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)在危險(xiǎn)廢物焚燒領(lǐng)域的優(yōu)勢，以及燃燒不充分、窯尾結(jié)渣、密封不嚴(yán)，脫硫效率低等一些工程問題。
(3) 對回轉(zhuǎn)窯的結(jié)渣機(jī)理進(jìn)行了深入研究，提出了一套切實(shí)可行的除焦和防焦措施，提高了回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(4) 對于脫硫系統(tǒng)的若干優(yōu)化，使整個(gè)處理系統(tǒng)污染物排放水平達(dá)到歐盟2000/76/EC標(biāo)準(zhǔn)。
參考文獻(xiàn)
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