陳元哲 駱雪云

摘要：隨著工業(yè)的發(fā)展，危廢產(chǎn)量逐年增多。等離子氣化熔融技術(shù)作為危廢處理的先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)危廢減量化、無(wú)害化、資源化處理目標(biāo)。等離子氣化熔融技術(shù)雖然已經(jīng)成熟應(yīng)用，但仍存在運(yùn)行周期較短的問(wèn)題。本文介紹了等離子氣化熔融爐目前運(yùn)行情況，從危廢性質(zhì)、等離子氣化熔融關(guān)鍵設(shè)備、工藝操作等方面分析了影響等離子氣化熔融爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的因素，提出了應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：等離子;氣化熔融爐;長(zhǎng)周期運(yùn)行

1概述

隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的危廢數(shù)量逐年增多。國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的危廢處置技術(shù)主要包括填埋法和焚燒法[1]。危廢填埋會(huì)占用大量的土地，焚燒會(huì)產(chǎn)生大量的二噁英和飛灰。等離子氣化熔融爐利用其高能量密度、高溫（核心溫度高達(dá)4000-7000℃）的特點(diǎn)，使危廢在氣化熔融爐內(nèi)進(jìn)行高效的能量轉(zhuǎn)移和化學(xué)反應(yīng)，將有機(jī)質(zhì)分解氣化，生成合成氣，灰渣與輔料配比后高溫熔融生成玻璃體，將重金屬固化在玻璃體內(nèi)[2]，具有相對(duì)較低的污染物排放和適應(yīng)危廢種類范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，克服了填埋法和焚燒法的缺點(diǎn)。因此，危廢等離子氣化熔融技術(shù)被認(rèn)為是一種綠色和可持續(xù)的解決方案。目前國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)和在建的等離子氣化熔融爐有數(shù)十套。

等離子氣化熔融技術(shù)的工藝流程主要包括危廢預(yù)處理與輸送系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)、等離子氣化熔融系統(tǒng)、等離體炬系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、合成氣洗滌系統(tǒng)等單元。等離子氣化熔融技術(shù)雖然已經(jīng)成熟應(yīng)用，但仍存在運(yùn)行周期較短，通常1個(gè)月左右需按計(jì)劃停爐更換等離子炬，3個(gè)月后按計(jì)劃停爐檢修，同時(shí)受到其他非計(jì)劃停爐因素的影響，制約了等離子氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

2影響等離子氣化爐長(zhǎng)周期運(yùn)行因素分析

2.1危廢性質(zhì)對(duì)等離子氣化熔融爐長(zhǎng)周期運(yùn)行的影響

等離子氣化爐熔融爐要求進(jìn)爐危廢具有較高的熱值，較低的水分和合適的灰熔點(diǎn)，低硫、低灰、低氯。這些因素對(duì)等離子氣化熔融爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行都有較大的影響，下面重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分析。

2.1.1熱值

對(duì)于等離子氣化熔融爐，氣化爐輸入的能量主要包含危廢氣化熱、等離子炬產(chǎn)熱、焦炭產(chǎn)熱。熔融過(guò)程中除了玻璃體消耗一部分熱量外，還有少量的熱損失，可有效利用的是合成氣的熱值和顯熱。

在維持合成氣熱值1000Kcal/Nm3的條件下，危廢熱值越低，則需要等離子炬和焦炭產(chǎn)熱更多，將造成危廢處理成本上升;危廢熱值太高，爐溫難以控制，耗氧量上升，氣化效率降低。通過(guò)模擬計(jì)算，控制危廢低位熱值在3500～3800Kcal/kg之間時(shí)，合成氣的低位熱值在1000～1100Kcal/Nm3之間變動(dòng)，既能滿足合成氣品質(zhì)要求，等離子氣化爐也可經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.1.2灰熔點(diǎn)

危廢灰熔點(diǎn)高，將使氧耗增加，氣化爐操作溫度提高，導(dǎo)致耐火材料使用壽命縮短;同時(shí)為了降低灰熔點(diǎn)，必須添加助熔劑，增加運(yùn)行成本。等離子氣化熔融爐要求控制灰熔點(diǎn)在1400℃以下。

2.1.3灰分

危廢中灰分的升溫、熔化及化學(xué)反應(yīng)將增加氣化爐能耗。同時(shí)，為了玻璃體的生成，將需添加更多的輔料，增加玻璃體外排量，帶走更多的熱量消耗。等離子氣化熔融爐要求控制危廢灰分在25%以下。

2.1.4鹵素、磷、硫

氯、氟、硫化合物氣化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生腐蝕性較強(qiáng)的酸性氣體，硫、氯元素在氣化過(guò)程中，會(huì)生成酸性氣體，不僅影響合成氣洗滌效果，還會(huì)加速系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕。一套日處理60t的等離子氣化爐，入爐危廢要求控制Cl<2%，S<2.5%。

2.2關(guān)鍵設(shè)備的影響

2.2.1危廢預(yù)處理設(shè)備

危廢成分復(fù)雜，形態(tài)不一。為了進(jìn)料順暢、在爐內(nèi)充分的發(fā)生氣化熔融反應(yīng)，需要將危廢破碎成粒徑小于50mm，并與輔料混合均勻。

為了達(dá)到破碎效果，一般采用兩級(jí)雙軸剪切式破碎機(jī)，一級(jí)破碎采用液壓驅(qū)動(dòng)，二級(jí)破碎采用電機(jī)驅(qū)動(dòng);混料機(jī)采用雙軸防纏繞混料器。

造成破碎機(jī)、混料機(jī)故障的主要原因：

（1）危廢熱值高，破碎、攪拌過(guò)程中易產(chǎn)生火花導(dǎo)致危廢起火燃燒;

（2）危廢中有堅(jiān)硬物質(zhì)，易使破碎刀片斷裂;

（3）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中液壓泵、液壓馬達(dá)、減速機(jī)易產(chǎn)生故障;

（4）柔性物料易導(dǎo)致混料機(jī)出現(xiàn)纏軸現(xiàn)象。

延長(zhǎng)設(shè)備使用周期的應(yīng)對(duì)措施：攪拌、混料過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)充氮?dú)獗Ｗo(hù)，并設(shè)計(jì)氧含量在線檢測(cè)系統(tǒng)和二氧化碳滅火系統(tǒng);破碎刀片選用NiCrMo鍛造合金鋼材質(zhì);液壓系統(tǒng)核心部件選用進(jìn)口品牌;難破碎柔性物質(zhì)單獨(dú)采用撕碎機(jī)破碎。

為了防止預(yù)處理設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致氣化爐停車，應(yīng)設(shè)置一個(gè)可滿足氣化爐24h用量的中間料倉(cāng)，給設(shè)備留出檢修時(shí)間。

2.2.2等離子氣化爐

等離子氣化熔融爐是實(shí)現(xiàn)危廢減量化和無(wú)害化的重要設(shè)備。危廢在氣化爐內(nèi)的高溫下，發(fā)生氣化、熔融反應(yīng)，使危廢分解。等離子氣化爐內(nèi)襯耐火材料需要承受1500℃的玻璃體熔融物和1100℃合成氣的沖刷腐蝕，使耐火材料不斷變薄，在某些情況下，也會(huì)出現(xiàn)耐火材料脫落，熾熱氣體就會(huì)穿過(guò)耐火材料使?fàn)t壁溫度升高，產(chǎn)生安全隱患。因此氣化爐的設(shè)計(jì)、制造、材質(zhì)選型、耐火材料的砌筑等都影響等離子氣化爐的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

延長(zhǎng)氣化爐使用壽命的主要措施：

（1）在等離子氣化熔融爐設(shè)計(jì)時(shí)，高徑比設(shè)計(jì)在3.2左右;

（2）耐火材料必須耐侵蝕性好，一般選用Al2O3-Cr2O3質(zhì)、Cr2O3為15%的耐火磚;

（3）氣化爐爐壁設(shè)置表面測(cè)溫電纜，在檢測(cè)到溫度異常時(shí)及時(shí)處理;

（4）進(jìn)爐危廢的熱值要穩(wěn)定，避免合成氣量、爐溫頻繁波動(dòng);

（5）嚴(yán)格控制危廢中重金屬、氯和硫含量。

2.2.3等離子體炬

等離子體炬是等離子體氣化熔融爐的核心設(shè)備之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著危廢處理系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。一套日處理60t危廢的等離子氣化爐，需要4套220Kw的等離子體炬。而目前等離子體炬的壽命只有2000h。

解決措施：

（1）優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)和工質(zhì)氣體供應(yīng)方式，設(shè)計(jì)合理的電磁場(chǎng)，提高電極的抗燒蝕能力;

（2）加強(qiáng)等離子體炬循環(huán)冷卻水流量、溫度的監(jiān)控，防止冷卻水流量波動(dòng)或中斷而損壞等離子體炬;

（3）增加在線更換等離子體炬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不停爐就可更換等離子體炬。

3結(jié)論與建議

（1）加強(qiáng)危廢配伍管理。為了保證等離子氣化熔融爐運(yùn)行穩(wěn)定、合成氣熱值滿足要求，必須對(duì)形態(tài)各一、成分復(fù)雜的危廢進(jìn)行化驗(yàn)分析并建立一套配伍方案。配伍前，要全面了解危廢的信息，包括元素分析數(shù)據(jù)、工業(yè)分析數(shù)據(jù)、反應(yīng)性、相容性等。配伍方案要保證進(jìn)爐危廢熱值相對(duì)穩(wěn)定，避免工況脈沖式波動(dòng);控制氯素、硫、磷、重金屬含量，減輕對(duì)設(shè)備的腐蝕。

（2）針對(duì)等離子體炬開(kāi)展技術(shù)研究，提高等離子體炬的使用壽命，延長(zhǎng)更換周期。

（3）做好氣化爐耐火材料生產(chǎn)、安裝質(zhì)量的監(jiān)控及檢查驗(yàn)收;生產(chǎn)中平穩(wěn)控制進(jìn)氧量，做好爐壁溫度監(jiān)控。

（4）定期對(duì)安全聯(lián)鎖系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，提高儀表運(yùn)行的可靠性。

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作者簡(jiǎn)介：陳元哲（1986—），男，陜西寶雞人，漢族，工程師，碩士。