劉振森 何 捷 聶 卿 崔敬軒 蕭 瑛 徐偉偉 趙蘭珍 宋彤彤

（中國建筑材料科學(xué)研究總院，北京 100024）

危險廢物（以下簡稱危廢），是指列入國家危險廢物名錄或者根據(jù)國家規(guī)定的危險廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法認(rèn)定的具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應(yīng)性和感染性等一種或一種以上危險特性，以及不排除具有以上危險特性的固體、液體或其他形態(tài)的固體[1]。由于危廢具有理、化、生物等特性，因此，必須對其進(jìn)行處置后才能排放，以確保對人類社會和環(huán)境造成的威脅和傷害最低。

2010年，我國共產(chǎn)生危廢1586.8萬噸，其中綜合利用量(含利用往年貯存量)976.8萬噸，貯存量166.3萬噸，處置量512.7萬噸。當(dāng)年，全國已有約1500 家單位取得了危險廢物經(jīng)營許可證，持證單位的危廢年利用處置能力達(dá)2325 萬噸，實(shí)際利用處置危廢（不含鉻渣）約840萬噸，其利用處置能力僅為第一次全國污染源普查危廢產(chǎn)生量的50%左右，且設(shè)施負(fù)荷率不足40%[2]。據(jù)預(yù)測，2015年我國危廢產(chǎn)生量將超過6000 萬噸。那時，危廢產(chǎn)生量越來越大的現(xiàn)狀和我國危廢焚燒、填埋等處置能力不足的矛盾將更加明顯，促使我們不得不盡快拿出應(yīng)對之策。

現(xiàn)有危廢處置技術(shù)，可分為焚燒處置技術(shù)、非焚燒處置技術(shù)、安全填埋技術(shù)等。其中，焚燒處置包括回轉(zhuǎn)窯焚燒、液體注射爐焚燒、流化床爐焚燒、固定床爐焚燒和熱解焚燒，適用于處置有機(jī)成分多、熱值高的危廢（不包括含汞廢物）。由于上述處置技術(shù)，均采用新建相應(yīng)的設(shè)施來實(shí)現(xiàn)，這存在投資大，規(guī)劃時間長的不足，因此，探索利用現(xiàn)有的工業(yè)窯爐以共處置危廢成為研究的熱點(diǎn)之一。本文就陶粒行業(yè)的主要燒成設(shè)備——回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行特性研究，以探討其是否能夠用于共處置危廢。

1 陶粒及回轉(zhuǎn)窯

陶粒， 是由粘土（或淤泥）、泥質(zhì)巖石、工業(yè)廢料(粉煤灰、煤矸石)等作為主要原料，經(jīng)加工、熔燒而成的顆狀陶質(zhì)物。由于具有質(zhì)輕，耐腐蝕，抗凍，抗震和良好的隔絕性等多功能特點(diǎn)，陶粒在我國應(yīng)用領(lǐng)域較廣，產(chǎn)量較大，2007年全國陶粒年產(chǎn)量為400萬m3，2011年全國陶粒年產(chǎn)量達(dá)到600萬m3[3]。陶粒的生產(chǎn)方法可分為焙燒型和養(yǎng)護(hù)型兩種類型，自20世紀(jì) 80年代開始，用回轉(zhuǎn)窯法燒脹陶粒成為我國陶粒生產(chǎn)的主要方法。

陶粒回轉(zhuǎn)窯主窯體與水平呈3°左右的傾角[4]，物料從高的一端（窯尾）進(jìn)入窯內(nèi)，高壓風(fēng)機(jī)將煤粉(或天然氣等其他燃料）在低的一端（窯頭）噴入窯內(nèi)，物料吸收燃料產(chǎn)生的熱量后發(fā)生物理、化學(xué)和膨脹變化，冷卻后即為陶粒。

2 陶粒回轉(zhuǎn)窯共處置危險廢棄物的潛力

2.1 回轉(zhuǎn)窯溫度制度

陶?；剞D(zhuǎn)窯的工作區(qū)可以分為兩個區(qū)域，即預(yù)熱區(qū)和燒成區(qū)?；剞D(zhuǎn)窯燒結(jié)粉煤灰陶粒的溫度制度（以40m窯為例），預(yù)熱區(qū)長度為35m，其溫度為200-1000℃，停留共78-108min左右；燒成區(qū)長度為14m，其溫度為1000-1200℃，停留共10-18min左右；陶粒出窯溫度為900-1000℃，經(jīng)豎式冷卻機(jī)冷卻后的陶粒溫度高于環(huán)境空氣溫度約30-40 ℃，熱風(fēng)（300-400 ℃）部分用于兩次空氣助燃，部分用于烘干。

回轉(zhuǎn)窯的溫度場如圖1所示。

圖1 回轉(zhuǎn)窯溫度場（窯長40m，直徑2.5m）

依據(jù)《HJ 2042-2014 危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》，與回轉(zhuǎn)窯有關(guān)的危險廢物焚燒處置溫度要求為：溫度范圍應(yīng)為750～1200℃?？梢钥闯觯樟；剞D(zhuǎn)窯溫度制度滿足危廢處置溫度的要求。

2.2 回轉(zhuǎn)窯物料停留時間

物料顆粒在回轉(zhuǎn)窯筒體內(nèi)停留時間t（min），與筒體轉(zhuǎn)速n（r/min）， 筒體長度L（m）， 筒體直徑D（m），筒體對水平面傾角α（度），自然休止角θ（度）等因素有關(guān)。對于光滑而無揚(yáng)料板或擋圈的筒體，且物料填充率φ=0.1～0.15， α=1o～ 6 o時，物料停留時間用公式[5]可表示為：

回轉(zhuǎn)窯（Φ2.5m×40m）固相從原材料投加到冷卻部位，平均速度為0.0056-0.0075m/s，通過時間為 90～140min， 其中，750～1200℃范圍內(nèi)物料停留33-44min；燒成區(qū)（1000～1200℃）停留時間為10～15min，依據(jù)《HJ 2042-2014 危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》，對回轉(zhuǎn)窯有關(guān)的危險廢物焚燒處置物料停留時間要求為：750～1200℃范圍內(nèi)，固體停留時間應(yīng)為30min～2h?？梢钥闯?，陶粒回轉(zhuǎn)窯滿足危廢處置物料停留時間的要求。

2.3 回轉(zhuǎn)窯氣氛和壓力制度

回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)陶粒的氣氛，依據(jù)不同的陶粒需要有所區(qū)別，對于原料中有色離子（如Fe），氣氛影響最終陶粒的顏色，氧化氣氛下為紅色，還原氣氛為青灰色[6]。

一般正常運(yùn)行情況下，回轉(zhuǎn)窯出料口壓力為-5Pa，廢氣入口壓力為-50-100Pa，出口壓力為-100-200 Pa。依據(jù)《GB 18484－2001危險廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》，焚燒技術(shù)處置危險廢物必須保證系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)，以避免有害氣體溢出。因此，應(yīng)保證回轉(zhuǎn)窯有良好的氣密程度；同時，嚴(yán)格控制壓力制度運(yùn)行，否則不能利用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行共處置危險廢物。

2.4 回轉(zhuǎn)窯煙氣

回轉(zhuǎn)窯產(chǎn)生的煙氣，多是從回轉(zhuǎn)窯窯尾進(jìn)入沉降室后，直接由煙囪排除，排出煙氣溫度為250-300℃[7]，煙氣的主要成分是煤粉燃燒后產(chǎn)生的廢氣和陶粒坯料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)行走過程中磨損或爆炸產(chǎn)生的細(xì)粉，除此之外，氣體主 要 成 分 為 CO2：16.8-22.2%；O2：0.4-1.0%， CO： 0.4-1.2%， N2含量為78.6-82.4V%。

依據(jù)《HJ 2042-2014 危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》要求，采用焚燒技術(shù)處置危險廢物，焚燒處置設(shè)施出口煙氣中含氧氣應(yīng)為6%～10%(干氣)；同時焚燒處置系統(tǒng)產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈶?yīng)采取急冷措施，煙氣溫度應(yīng)在1s內(nèi)下降到200℃以下，減少煙氣在200～500℃溫度區(qū)的停留時間，防止二噁英產(chǎn)生或二次生成。

由于目前采用的降溫多是煙室緩慢降溫，同時煙氣成分中氧氣含量低，所以應(yīng)采取經(jīng)理論論證和工程實(shí)驗(yàn)的相關(guān)措施，以減少煙氣在二噁英產(chǎn)生溫度區(qū)的停留時間和提高煙氣中氧氣含量，否則現(xiàn)階段陶粒回轉(zhuǎn)窯共處置危廢不滿足煙氣排放要求。

2.5 設(shè)施及管理

依據(jù)《HJ 2042-2014 危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》，其他與回轉(zhuǎn)窯有關(guān)的危險廢物焚燒處置要求如下：

1）采用焚燒技術(shù)處置危險廢物，焚燒處置設(shè)施應(yīng)采用技術(shù)成熟、自動化水平高、運(yùn)行穩(wěn)定的設(shè)備。

2）焚燒處置設(shè)施宜采取連續(xù)焚燒方式，并保證焚燒處理量在額定處理量的60%～110%內(nèi)波動。

3）回轉(zhuǎn)窯等焚燒動力裝置應(yīng)滿足最大負(fù)荷及各種意外情況下的最大動力輸送，宜取平均值的3～5倍或以上。

可以看出，除了回轉(zhuǎn)窯自身外，還應(yīng)建立并完善廢物來源及存儲設(shè)施，提高焚燒設(shè)置技術(shù)、管理水平，擴(kuò)大窯動力負(fù)荷等，以達(dá)到回轉(zhuǎn)窯共處置危險廢物的相關(guān)要求。

3 結(jié) 語

為滿足導(dǎo)則對處置危廢的要求，應(yīng)對現(xiàn)有的陶?；剞D(zhuǎn)窯和配套系統(tǒng)進(jìn)行如下改進(jìn)：

1）嚴(yán)格控制現(xiàn)有陶粒回轉(zhuǎn)窯壓力制度，保證良好的氣密程度；

2）采取經(jīng)理論論證和工程實(shí)驗(yàn)的相關(guān)措施，以減少煙氣在二噁英產(chǎn)生溫度區(qū)的停留時間，提高煙氣中氧氣含量。

3）建立并完善廢物來源及存儲設(shè)施，提高焚燒設(shè)置技術(shù)、管理水平，擴(kuò)大窯動力負(fù)荷等。

[1] 環(huán)境保護(hù)部，HJ 2042-2014危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則[S]，北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2014

[2] 環(huán)境保護(hù)部，國家發(fā)展和改革委員會，工業(yè)和信息化部，衛(wèi)生部，關(guān)于印發(fā)《“十二五”危險廢物污染防治規(guī)劃》的通知[EB/OL],，http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201210/t20121023_240228.htm，2012-10-08

[3] 李壽德,宋淑敏,陳烈芳,陶粒工業(yè)技術(shù)發(fā)展與加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整之思考[J], 磚瓦，2012，11:P87-92

[4] 張云志，楊桂芝，劉敏，陶粒的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備及其發(fā)展前景[J]，磚瓦，2003，2:P33-34

[5] 姜煜林，水泥熱工機(jī)械設(shè)備[M], 武漢:武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1996，P21-23

[6] 李艷君，劉曉存，立窯生產(chǎn)粉煤灰陶粒[J]，北京建材，1995,2:P27-29

[7] 李壽德,秦仙景,支楠,王小超, 陶粒廠工藝方案選擇與煙氣環(huán)保處理措施,P177-180