劉 丹

(臨沂大學(xué)建筑學(xué)院,山東臨沂,276005)

隨著能源價格的上漲,造紙企業(yè)對于能源自給越來越感興趣,并考慮將造紙固體廢棄物作為能源加以利用。

1999年,歐盟執(zhí)行了為降低垃圾填埋量所制定的歐洲指導(dǎo)方針,所有成員國都應(yīng)逐年減少生物質(zhì)廢棄物的填埋比例,并計劃到2020年實現(xiàn)無生物質(zhì)廢棄物填埋處理。在英國,傾倒固體廢棄物需繳納額外的稅金[1]；德國規(guī)定采用焚燒工藝來處理造紙固體廢棄物；造紙固體廢棄物的焚燒處理工藝也在意大利推廣。造紙固體廢棄物經(jīng)焚燒處理后可減容90%,但焚燒產(chǎn)生大量的煙塵、臭味和二惡英會對人體造成極大危害[2],所以不能曝露在空氣中焚燒,固體廢棄物焚燒處理是否得當(dāng)直接影響節(jié)能減排的效果。我國能源缺乏,固體廢棄物的再利用逐漸受重視[3]。

本文以廣東惠州市博羅縣新柏紙廠(以下簡稱新柏紙廠)為例,將造紙固體廢棄物(如廢塑料皮和草渣等)在鍋爐中進(jìn)行焚燒處理,其熱能加以利用,產(chǎn)生蒸汽,進(jìn)一步用于生產(chǎn)。新柏紙廠是一家以美廢和國廢為原料生產(chǎn)瓦楞原紙、年產(chǎn)能達(dá)4萬t的造紙企業(yè)。

1 造紙固體廢棄物的熱力學(xué)特性

新柏紙廠產(chǎn)生的固體廢棄物主要由廢塑料皮、草渣和造紙污泥組成,廢塑料皮主要包括塑料包裝、泡沫塑料及塑料電腦紙等,其可燃物較多,熱值較高；草渣主要由稻麥草及蘆葦中的碎葉片和麥糠、稻殼等組成[1],熱值很高；造紙污泥是生物質(zhì)污泥和脫墨污泥的混合物,含水量大,約為70%。長期以來，新柏紙廠都是采用堆放、填埋和定點焚燒的方式來處理這些固體廢棄物。

新柏紙廠與臨沂大學(xué)合作,對該廠造紙固體廢棄物進(jìn)行研究分析。新柏紙廠造紙污泥的發(fā)熱量低(約為2300 kJ/kg),含水量又高,這兩項特點決定了以其為燃料燃燒時所需的干燥時間長,著火困難,并且燃燒所產(chǎn)生的煙氣溫度低,因此單獨采用這種污泥作為燃料不能維持穩(wěn)定的燃燒。所以,將新柏紙廠的固體廢棄物作為燃料進(jìn)行燃燒,以及分析燃料的熱力學(xué)特性時,不考慮造紙污泥。該廠每天產(chǎn)生約50 t的固體廢棄物(主要指廢塑料皮和草渣的產(chǎn)生量),其熱力學(xué)特性：①廢塑料皮,產(chǎn)生量33 t/d、發(fā)熱量9628 kJ/kg、含水量57%、灰分10%；②草渣,產(chǎn)生量17 t/d、發(fā)熱量10465 kJ/kg、含水量20%、灰分32%；③廢塑料皮和草渣的混合燃料(按每天的產(chǎn)生量混合),發(fā)熱量9913 kJ/kg、含水量44.4%、灰分24.5%、碳元素及氫元素的含量分別為20%和3.5%。

2 造紙固體廢棄物的焚燒處理

2.1 LC50-6-1.25焚燒鍋爐

2009年,新柏紙廠引進(jìn)了LC50-6-1.25焚燒鍋爐,將造紙固體廢棄物作為LC50-6-1.25焚燒鍋爐的燃料進(jìn)行焚燒,用于生產(chǎn)蒸汽。LC50-6-1.25焚燒鍋爐由帶式輸送機、送料裝置、往復(fù)爐排、空預(yù)器、下部鋼架、下部爐墻及落灰裝置等主要部件組成。主要技術(shù)參數(shù)：額定蒸發(fā)量6 t/h,額定蒸汽壓力1.25 MPa,飽和蒸汽溫度193.3℃,給水溫度20℃,本體受熱面積186 m2,空預(yù)器受熱面積255 m2,鍋爐設(shè)計熱效率70%。設(shè)計燃料為造紙固體廢棄物(60%廢塑料皮和40%草渣),若燃料的含水量高,則著火燃燒困難,設(shè)計要求廢塑料皮和草渣的含水量分別低于40%和20%,燃燒時通過自然晾干降低其含水量。

為防止廢塑料皮受熱熔化成團(tuán)、黏結(jié)爐排、影響熱空氣進(jìn)入爐膛,采用與水平方向成16°傾角三級往復(fù)爐排的布置方式,并在每兩級之間設(shè)置合理的落差,使燃料從前向后推動前進(jìn)的同時有一個下落翻動過程,在上級爐排落至下級時有一個較大的翻滾,起到自撥火作用,有利于充分燃燒。

2.2 燃燒污染物的控制

LC50-6-1.25焚燒鍋爐通過嚴(yán)格控制燃燒狀態(tài)和使用煙氣凈化設(shè)備來控制焚燒污染物的產(chǎn)生量。燃燒狀態(tài)的控制主要是控制進(jìn)氣量、燃燒溫度以及煙氣在爐膛內(nèi)停留的時間等。由于造紙固體廢棄物中含有各種易熔易黏的物質(zhì),燃燒時容易形成團(tuán)狀且表面固化,通過推動爐排的往復(fù)運動,使固體廢棄物充分?jǐn)噭?提高其透氣性,以便于干燥、著火和燃燒。廢塑料皮的主要成分是聚氯乙烯和氯代苯,當(dāng)其不充分燃燒或燃燒溫度不高時,會產(chǎn)生二惡英等有害物質(zhì),但二惡英可在850℃以上的高溫?zé)煔鈪^(qū)域內(nèi)分解燃燒。國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：為防止二惡英的產(chǎn)生,必須保證煙氣在高于850℃的煙區(qū)內(nèi)停留2 s以上。造紙固體廢棄物燃燒過程中分解出的甲苯、丙酮、苯酚等氣體在約700℃時也能充分燃燒[4]。LC50-6-1.25焚燒鍋爐燃燒室的最高溫度能達(dá)到1000℃,并可保證高溫?zé)煔膺_(dá)850℃以上持續(xù)2 s以上,使固體廢棄物充分燃燒,二惡英類有害物質(zhì)充分分解。

通過LC50-6-1.25焚燒鍋爐的攪拌機,使增濕的石灰與廢塑料皮焚燒過程中產(chǎn)生的HCl等酸性產(chǎn)物接觸,發(fā)生化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行脫酸。燃燒后對煙氣進(jìn)行半干法處理,由脫酸塔和布袋除塵器兩級處理,并在脫酸塔和布袋除塵器之間設(shè)活性炭噴射裝置,吸附二惡英,并采用選擇性催化還原(SCR)法脫硝。粉塵排放濃度達(dá)到30 mg/m3以下,大大低于100 mg/m3的國家標(biāo)準(zhǔn),并達(dá)到歐洲標(biāo)準(zhǔn)。 經(jīng)檢測,煙氣成分如表1,各項指標(biāo)均達(dá)到排放要求。

表1 LC50-6-1.25焚燒鍋爐煙氣成分

3 運行效果及經(jīng)濟效益分析

新柏紙廠造紙固體廢棄物焚燒工程于2010年完成,LC50-6-1.25焚燒鍋爐已累計運行3年多,最大焚燒量可達(dá)2.96 t/h,超過了設(shè)計量(2.08 t/h),平均焚燒量也達(dá)到了設(shè)計要求。鍋爐可實現(xiàn)自動控制,無需太多的操作人員,減少了管理成本。在實際操作過程中,要求司爐人員掌握好爐膛溫度,以高效燃燒固體廢棄物和減少更換爐排片次數(shù)。同時,要密切注意鍋爐的排煙溫度并及時調(diào)整,并按規(guī)定定期吹灰,確保受熱面清潔,從而減輕受熱管因過熱而腐蝕的可能性,延長受熱管的使用壽命。

LC50-6-1.25焚燒鍋爐運行期間,鍋爐的進(jìn)風(fēng)溫度為20℃,排煙溫度為200℃,化學(xué)不完全燃燒損失為1.0%。鍋爐主機和各輔機運行效果良好,各項重要技術(shù)指標(biāo)均能滿足設(shè)計要求。經(jīng)測試,可燃物在灰渣中的含量僅3%～5%,鍋爐實際熱效率為73%,比設(shè)計熱效率提高了0.3%。

LC50-6-1.25焚燒鍋爐投入運行后,新柏紙廠的造紙固體廢棄物得到減量化、無害化處理,減容效果良好,達(dá)97%,并減少了固體廢棄物的運輸費用,降低了環(huán)境污染。以生產(chǎn)蒸汽6 t/h的燃煤鍋爐計算,可節(jié)煤1200 kg/h,運行時間以7000 h/a計算,可節(jié)煤8400 t/a,每噸煤價格以250元計算,節(jié)煤效益可達(dá)210萬元/a,鍋爐運行1～1.5年即可收回全部投資成本。

4 結(jié)論及展望

將新柏紙廠每天產(chǎn)生的50 t廢塑料皮和草渣混合后作為LC50-6-1.25焚燒鍋爐的燃料進(jìn)行燃燒,采用具有自動撥火作用的16°傾角三級往復(fù)爐排,兩級爐排之間的落差可使燃料在下落時翻動,有效地防止了廢塑料加熱熔化黏結(jié)爐排。由脫酸塔和布袋除塵器處理尾氣,并采用SCR法脫硝。鍋爐運行效果良好,各項指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計要求或國家標(biāo)準(zhǔn),變廢為寶,社會經(jīng)濟效益顯著。固體廢物減容效果好，達(dá)97%以上。

新柏紙廠的廢塑料皮和脫水后的草渣熱值高,焚燒鍋爐運行良好,造紙污泥用板框壓濾機脫水后與前兩種固體廢棄物混合，并一起入爐焚燒,則是下一步研究的重要課題。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] QI liang. Paper making waste as energy use[J]. Papermaking Chemicals, 2008, 20(1): 69.

齊 亮. 造紙廢渣作為能源加以利用[J]. 造紙化學(xué)品, 2008, 20(1)： 69.

[2] SUN Xue-cheng. China’s Paper Industry and Dioxins of Persistent Organic Pollutants[J]. China Pulp & Paper, 2010, 29(9): 56.

孫學(xué)成. 我國造紙工業(yè)二惡英類持久性有機污染物的研究進(jìn)展[J]. 中國造紙, 2010, 29(9): 56.

[3] ZHANG Yan-guo, LI Qing-hai, KANG Jian-bin. Clean waste incineration power generation technology[M]. Beijing: China Water Power Press, 2004.

張衍國, 李清海, 康建斌. 垃圾清潔焚燒發(fā)電技術(shù)[M]. 北京： 中國水利水電出版社, 2004.

[4] YANG Qing-yong, DONG Zhi-gang. Combustion and control of paper industry waste[J]. China Pulp & Paper Industry, 2007, 28(10): 7.