付 強

（北京北控環(huán)保工程技術(shù)有限公司，北京 100124）

國家法律法規(guī)對危險廢物焚燒污染物煙塵排放濃度有明確要求[1]。布袋除塵器因除塵效率高，進氣條件變化不易影響其除塵效率，在固體廢物處理中得到廣泛應用[2]。危險廢物焚燒煙氣凈化系統(tǒng)的除塵設(shè)備應優(yōu)先選用袋式除塵器[3]。在危險廢物焚燒實際生產(chǎn)運行中，前端焚燒爐的風、火、料工藝控制對布袋除塵器運行與維護起到至關(guān)重要的作用。如焚燒系統(tǒng)操作不當，將會造成布袋除塵器燒毀事故。

某危險廢物焚燒系統(tǒng)曾發(fā)生一起布袋除塵器濾袋燒毀事故。該系統(tǒng)主要工藝流程為：部分固態(tài)物料經(jīng)破碎、篩分后，與其他固態(tài)或半固態(tài)物料通過料坑抓斗混配，再上料、定量輸送至回轉(zhuǎn)窯。在窯內(nèi)800℃以上高溫及一次風作用下，物料進行預熱、烘干、熱解與燃燒?；剞D(zhuǎn)窯熱解產(chǎn)生的大部分可燃物質(zhì)隨煙氣排入二燃室進行二次充分燃燒，二燃室溫度控制在1100℃以上。夾帶著飛灰的煙氣在引風機作用下，進入后續(xù)系統(tǒng)進行余熱利用和煙氣凈化，最終加熱至130℃以上達標排放。其中，煙氣凈化系統(tǒng)主要包括：急冷噴淋塔、布袋除塵器、酸性洗滌塔。

1 濾袋燒毀事故過程

事故發(fā)生在煙道清灰后的啟窯帶料、升溫過程。經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯止料、停窯、煙道清堵、檢查工作后，回轉(zhuǎn)窯開始點火。由于燃燒器出現(xiàn)故障，窯內(nèi)溫度一直維持600℃無法提升。采用包裝輕質(zhì)類廢物入窯升溫3 h后，窯尾出口溫度達到900℃，外排煙氣CO濃度逐漸達標。但運行1.5 h后煙氣CO濃度又持續(xù)超標，直至布袋除塵器發(fā)生濾袋燒毀事故。

中控室監(jiān)測顯示，布袋收塵器灰斗溫度首先出現(xiàn)異常，從160℃急劇上升到500℃?，F(xiàn)場采取降低引風機頻率、停止進料等措施，發(fā)現(xiàn)布袋卸出的飛灰處于燃燒狀態(tài)。當灰斗溫度出現(xiàn)異常32 min后，除塵器出口煙氣溫度出現(xiàn)異常上升，從170℃逐步升到500℃，隨后濾袋壓差突降，現(xiàn)場對焚燒系統(tǒng)采取停窯降溫措施。當布袋除塵器冷卻后打開上蓋板，顯現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部所有濾袋已燒毀。

2 濾袋燒毀事故分析

2.1 直接原因

對于除塵器裝置內(nèi)部發(fā)生燃燒的原因，人們可以從三個方面進行初步分析。

2.1.1 裝置內(nèi)的可燃物質(zhì)

經(jīng)檢測除塵器出灰熱灼減率為40.38%，說明除塵器截留下來的飛灰中含有高含量、未燃盡可燃物質(zhì)。這些可燃物質(zhì)主要以0.1～10 μm細微顆粒的炭黑形式存在。

煙氣中CO是燃燒不完全過程中的代表性產(chǎn)物[2]。在運行大部分時間段，煙氣CO排放濃度處于超標狀態(tài)，這說明系統(tǒng)處于不充分燃燒的狀態(tài)，煙氣中存在未燃盡物質(zhì)。由于焚燒系統(tǒng)二燃室出口煙氣夾帶的未燃盡炭黑粒徑細微，很難在余熱鍋爐、急冷塔內(nèi)沉降下來，進入除塵器后在濾袋上附著或灰斗內(nèi)堆積，因此裝置內(nèi)存在可燃物質(zhì)成為燃燒的第一要素。

2.1.2 裝置內(nèi)的點燃溫度或能量

煙氣凈化系統(tǒng)采用的濾袋為PTFE材質(zhì)，其適用范圍為：連續(xù)工作溫度230℃以下，瞬間工作溫度280℃。根據(jù)運行記錄，除塵器進口溫度一直維持在200～210℃。飛灰中的炭黑燃點在600～700℃。從裝置內(nèi)運行溫度來看，應該不具備物料點燃溫度的條件。

飛灰在除塵器上截濾后，可形成約3 mm的附著層。當壓縮空氣反向脈沖吹掃濾袋時，濾袋急劇膨脹與收縮，將出現(xiàn)籠骨與濾袋之間的強烈震打現(xiàn)象，使附著層上的飛灰與濾袋發(fā)生摩擦靜電作用。震落的大塊飛灰進入灰斗過程中，有部分細粉狀飛灰在引風的作用下再次附著到濾袋表面，與濾袋發(fā)生摩擦靜電作用。

從回轉(zhuǎn)窯止料清理煙道到啟窯入料期間，除塵器溫度一直維持200～210℃，濾袋并沒有蓄積水分。因此，飛灰與濾袋之間所產(chǎn)生的靜電不具備水介質(zhì)導出裝置的條件。此外，PTFE材質(zhì)濾袋絕緣性能較好，靜電無法通過濾袋馬鞍橋部位傳導至鋼質(zhì)孔板上，造成除塵器裝置內(nèi)靜電蓄積。

飛灰內(nèi)靜電電壓達到3000 V，會產(chǎn)生靜電放電火花。對細微顆粒炭黑點燃所需的最小靜電點火能量在幾十至數(shù)百毫焦。當靜電放電相當能量所形成的放電有效點燃能量大于可燃物質(zhì)點燃所需要的最小靜電點火能量時，靜電放電火花可點燃所在空間的可燃物質(zhì)[4]。由于煙氣中CO可燃氣體的存在，與可燃炭黑形成的雜混合物進一步降低了點燃所需的最小靜電點火能量，從而增加了可燃物點燃的危險性。因此，飛灰與絕緣濾袋之間產(chǎn)生靜電放電火花成為燃燒的第二要素。

危險廢物焚燒處理一般會產(chǎn)生高溫、酸性腐蝕氣體。對于含有碳纖維等導電材質(zhì)的防靜電濾袋，導電材質(zhì)會與酸性物質(zhì)發(fā)生反應，造成導電性能衰減，使其失去防靜電功能。因此，危險廢物焚燒系統(tǒng)宜采用耐腐蝕好的高分子纖維材質(zhì)濾袋，而不采用防靜電材質(zhì)濾袋。

2.1.3 裝置內(nèi)的氧氣

根據(jù)運行記錄，濾袋事故發(fā)生前1 h內(nèi)，煙囪排放煙氣氧含量在14%～16%，而余熱鍋爐出口煙氣氧含量在2%～6%。這說明余熱鍋爐至引風機之間有漏風現(xiàn)象，使除塵器內(nèi)存在充足氧氣條件。震落下來并已達到點燃所需最小靜電點火能量的炭黑與裝置內(nèi)氧充分接觸，就會產(chǎn)生燃燒現(xiàn)象。因此，裝置內(nèi)的氧氣是燃燒的第三要素。

2.2 間接原因

除塵器截濾下來的飛灰含有大量未燃盡的炭黑是事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。飛灰中含有炭黑可燃物與焚燒系統(tǒng)的風、火、料工藝控制有關(guān)。因此，人們可以從工藝控制角度對事故原因作進一步分析。

2.2.1 一次風與二次風控制異常

一次風機與二次風機額定風量分別為3880 Nm3/h和3000 Nm3/h。在事故發(fā)生前，曾出現(xiàn)幾段非常明顯的不正常調(diào)節(jié)：一次風與二次風的風機頻率分別達到30～38 Hz與5～12 Hz，持續(xù)約30 min；一次風與二次風的風機頻率分別達到23～26 Hz與12～16 Hz，持續(xù)約25 min。這些異常調(diào)節(jié)造成一次風過大、窯內(nèi)風速過高，來不及熱解的輕質(zhì)類物料通過煙氣夾帶進入二燃室。二次風供風量不足，且二燃室內(nèi)煙氣停留時間過短，被夾帶的輕質(zhì)類物料無法在二燃室完成熱解與燃燒，造成尚未燃盡炭黑與CO隨煙氣進入后續(xù)的煙氣凈化系統(tǒng)。

2.2.2 回轉(zhuǎn)窯與二燃室溫度不足

從啟爐入料升溫直至濾袋燒毀事故發(fā)生，回轉(zhuǎn)窯與二燃室出口溫度基本在700～850℃。通常，提高焚燒溫度有利于廢物中可燃物質(zhì)的分解，并可抑制黑煙的產(chǎn)生[2]。二燃室焚燒溫度偏低，不足以保證從回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熱解產(chǎn)生的揮發(fā)分、炭黑可燃物質(zhì)充分燃燒。

2.2.3 入窯物料未進行合理配伍

根據(jù)出庫危險廢物臺賬記錄，停窯清理煙道后，啟爐入窯物料為破碎后的廢包裝類輕質(zhì)物料，含有薄膜及纖維類廢物。此類輕質(zhì)物料在窯內(nèi)熱解與焚燒過程中將產(chǎn)生大量漂浮物，在一次風作用下很容易帶入二燃室，無法完成熱解與燃燒。

3 工藝控制的建議

通過以上濾袋燒毀事故分析，風、火、料焚燒工藝控制不當，將導致大量未燃盡炭黑產(chǎn)生，這是濾袋燒毀事故發(fā)生的間接原因。因此，只有焚燒系統(tǒng)采取適當?shù)墓に嚳刂品侥鼙苊忸愃剖鹿实陌l(fā)生。

3.1 供風量控制

在危險廢物焚燒系統(tǒng)中，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)需完成物料預熱、烘干、熱解、燃燒的功能。大部分熱解產(chǎn)物在二燃室完成充分燃燒?；剞D(zhuǎn)窯與二燃室由不同的供風量控制。其中，一次供風用于物料熱解、部分熱解產(chǎn)物燃燒、固定碳趨近燃盡；二次供風用于進入二燃室的揮發(fā)分與炭黑等可燃物質(zhì)充分燃燒。

焚燒系統(tǒng)供風量應以危險廢物處理量與配伍后物料組分分析為依據(jù)，并考慮過?？諝庀禂?shù)，核算焚燒總需氧量與供風量。標定風機運行頻率與風量的對應關(guān)系，初步設(shè)定一次風與二次風風量。根據(jù)生產(chǎn)運行經(jīng)驗，一次風與二次風分配比例一般約為6:4，具體分風比例需考慮實際焚燒系統(tǒng)漏風因素,再通過窯尾及余熱鍋爐出口煙氣氧含量監(jiān)測，對一次風量與二次風量進行微量調(diào)整。

供風量以確保焚燒系統(tǒng)有充足氧氣燃燒為原則，一次風不宜過大，二次風不宜過小。如一次風量過大，物料熱解產(chǎn)生的大部分可燃分會在窯內(nèi)實現(xiàn)燃燒，造成二燃室“斷糧”而無法保證燃燒室內(nèi)溫度。另外，它還會造成窯內(nèi)風速偏高，輕質(zhì)物料容易被帶入二燃室，無法進行充分熱解與燃燒；如二次風量過小，進入二燃室的可燃分與供風無法充分混合，供氧不足造成燃燒不充分。

在生產(chǎn)運行中，窯尾出口氧含量應控制在2%～3%，二燃室出口氧含量應控制在6%～10%。另外，需嚴格控制焚燒系統(tǒng)的漏風現(xiàn)象，使一次風、二次風、引風控制更為有效，保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。

3.2 焚燒爐溫度控制

焚燒爐溫度與進料量、物料形態(tài)與熱值、一次風與二次風的控制相關(guān)。應確?；剞D(zhuǎn)窯出口溫度在850～950℃。一旦回轉(zhuǎn)窯出口溫度低于850℃，應投入窯頭燃燒器補燃或噴入高熱值廢液，提升回轉(zhuǎn)窯溫度。同時，保證二燃室溫度控制在1100～1150℃，使系統(tǒng)達到≥99.99%的焚毀去除率。

3.3 物料控制

危險廢物在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)實現(xiàn)熱解后，熱解產(chǎn)物方能在二燃室實現(xiàn)充分燃燒。薄輕質(zhì)類物料入窯，很容易隨煙氣漂浮進入二燃室，在二燃室內(nèi)進行熱解并產(chǎn)生黑煙。因此，對薄輕質(zhì)類物料的調(diào)節(jié)控制，可采取與黏性物料混配入窯的方式，以減少窯內(nèi)漂浮物料的產(chǎn)生量，保證其在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)實現(xiàn)熱解。

4 結(jié)語

可燃物質(zhì)、靜電放電火花和氧氣是燃燒的三個要素，它們會直接造成除塵器濾袋燒毀事故，人們必須予以關(guān)注。在實際生產(chǎn)運行中，“風、火、料”的關(guān)聯(lián)工藝控制需綜合考慮，不能孤立處理。生產(chǎn)人員需要根據(jù)焚燒基本原理與工藝進行靈活運用，通過不斷摸索，獲得并確定適合危險廢物焚燒系統(tǒng)的工藝控制運行參數(shù)。

參考文獻

1 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB18484-2001 危險廢物焚燒污染控制標準[S].北京：中國標準出版社，2015.

2 聶永豐.固體廢物處理工程技術(shù)手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012.

3 中華人民共和國環(huán)境保護總局.HJ/T176-2005 危險廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國環(huán)境出版社,2005.

4 周本謀，范寶春.靜電放電火花點燃危險性分級方法研究[J].北京理工大學學報，2005，（25）：85-88.