湯立

（西安航天源動力工程有限公司，陜西 西安 710199）

目前，危廢的處置大多數(shù)采用填埋或者焚燒的方式，危廢填埋比較粗放，填埋場的選址及設(shè)計條件相對比較苛刻。目前國內(nèi)大多采用回轉(zhuǎn)窯焚燒處置，回轉(zhuǎn)窯在無害化、減量化、資源化方面有著顯著的優(yōu)勢，通過回轉(zhuǎn)窯進行減量化處置，余熱鍋爐進行余熱回收利用。

1 危險廢物種類和規(guī)模

2019年末，國內(nèi)某縣總?cè)丝谶_到150萬，每年產(chǎn)生的危廢總量達到了2萬t。其中適合于焚燒處置危廢質(zhì)量達到了1萬t，該縣危廢產(chǎn)生量最大的就是化工業(yè)生成化學(xué)制品，其次就是紡織廢棄物，對該縣危廢處理過程進行調(diào)查，需要焚燒處置廢棄物有農(nóng)藥HW04、有機溶液HW06、廢礦物油燃料HW08及含有有機磷酚類等相應(yīng)有機溶劑廢棄物。根據(jù)廢棄物處理量，在本工程設(shè)計的焚燒系統(tǒng)中，廢棄物焚燒處置能力達到1.3 t/h，整套焚燒設(shè)施會24 h連續(xù)運轉(zhuǎn)[1]。

2 工藝選擇

2.1 焚燒爐選擇

在當(dāng)前國內(nèi)外工業(yè)危廢焚燒處置工程中使用較多的就是回轉(zhuǎn)窯焚燒爐，還有爐排爐、鏈條爐、熱解氣化爐、隧道窯等，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)各子系統(tǒng)設(shè)備較多、運行水平有一定要求，設(shè)備投資成本相對較高，在危廢處置中有一定的技術(shù)壁壘。在中國北方地區(qū)，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)大多與余熱鍋爐聯(lián)合使用，最大實現(xiàn)系統(tǒng)價值化?；剞D(zhuǎn)窯系統(tǒng)核心設(shè)備是回轉(zhuǎn)窯，回轉(zhuǎn)窯本體是由鋼圈卷制而成，目前國內(nèi)大多本體長度在13 m，窯頭窯尾通過迷宮結(jié)構(gòu)進行密封，筒體傾角1.5°，逆時針旋轉(zhuǎn)。由于危廢大多具備毒性、腐蝕性、反應(yīng)性等特性，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)部有一圈耐材保護，常見窯頭、窯尾區(qū)域是澆注料，中間段是耐火磚?；剞D(zhuǎn)窯正常運行時，危廢通過抓斗進入進料系統(tǒng)，使用推料器把物料推入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，物料進入回轉(zhuǎn)窯后先后經(jīng)過烘干、分解、燃燒、燃盡4個階段，從窯尾將燃燒后的殘渣排出到撈渣機內(nèi)?；剞D(zhuǎn)窯內(nèi)燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，通過余熱鍋爐進行余熱回收利用，產(chǎn)生的飽和蒸汽輸送至各用氣用戶。焚燒后的煙氣含有粉塵、HCl、SO2等，煙氣通過煙氣凈化系統(tǒng)使其達標(biāo)排放?；剞D(zhuǎn)窯系統(tǒng)核心工藝流程如圖1所示。

圖1 危廢焚燒處理流程

目前回轉(zhuǎn)窯焚燒處置技術(shù)應(yīng)用較多，可參考成功案例較多，國內(nèi)有很多成熟的典型工程項目。與其他技術(shù)比較，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)在固廢處置方面有著不可替代的優(yōu)勢，可以滿足不同類型危廢的焚燒處置，如固體物料、半固體膏狀物、廢液等，該縣區(qū)的危廢有固體型、半固體型和液態(tài)類型的物質(zhì)，比如精餾殘渣、含油廢物、油漆渣、活性炭、污泥、乳化液等，因此回轉(zhuǎn)窯設(shè)備有更廣泛處理物料特性[2]。

2.2 煙氣凈化工藝選擇

由于危廢往往具備腐蝕性、易燃性等，通過回轉(zhuǎn)窯焚燒后產(chǎn)生大量煙氣，煙氣中含有大量粉塵、酸性氣體、二噁英、重金屬等有毒害物質(zhì)，為了防止這些煙氣給外界環(huán)境帶來破壞，針對不同類型煙氣成分、不同環(huán)境質(zhì)量控制要求，選擇不同的煙氣凈化工藝。煙氣中的二噁英在二燃室1 100℃高溫下會分解，250～500℃會再次合成。為了防止二噁英再次合成，要求余熱鍋爐出口溫度要控制在550～600℃，急冷塔出口溫度控制在180～200℃，煙氣在急冷塔停留時間小于1 s。考慮到現(xiàn)有危廢的類型、規(guī)模、污染排放標(biāo)準、設(shè)備投資運行及設(shè)備操控難易程度，在除塵中，使用半干法、煙塵處理設(shè)施來處理二氧化硫、氯化氫，并且吸附煙氣中的有毒害物質(zhì)[3]。目前國內(nèi)回轉(zhuǎn)窯工程中在煙氣凈化系統(tǒng)中大多采用干法/半干法脫酸、布袋除塵器除塵、濕法脫酸工藝，該工藝運行穩(wěn)定，技術(shù)可靠。

3 回轉(zhuǎn)窯焚燒爐設(shè)計

3.1 回轉(zhuǎn)窯

3.1.1 容積熱負荷

通過回轉(zhuǎn)窯焚燒處置危廢，要先確定好回轉(zhuǎn)窯的尺寸，測量方法是先結(jié)合危險廢物成分來測算出廢棄物的熱值之后，在結(jié)合廢棄物處理的量，確定出每小時廢棄物在焚燒爐內(nèi)燃燒時所生成熱量。回轉(zhuǎn)窯的容積熱負荷直接影響危廢在窯內(nèi)的燃燒情況[4]。當(dāng)容積熱負荷過小，窯體容積過大，窯內(nèi)溫度水平降低，部分物料將無法完全燃盡；當(dāng)容積熱負荷過大，窯體容積過小，窯內(nèi)煙氣量過大，煙氣流速加速，物料在窯內(nèi)停留時間縮短，不能保證物料充分燃盡。所以在回轉(zhuǎn)窯設(shè)計時，要結(jié)合設(shè)計要求及行業(yè)特點，選擇合適的容積熱負荷[5]。

3.1.2 停留時間

危廢首先要經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)進行破碎、撕碎、配伍等環(huán)節(jié)后，才能通過行車抓斗送入進料系統(tǒng)，然后通過液壓推料器推進回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。危廢通過回轉(zhuǎn)窯的時間是物料的停留時間，它與回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速、傾斜角度、窯體長度、窯體半徑、安息角、摩擦阻力等有關(guān)。物料停留時間過短，存在物料燃燒不完全的可能，在回轉(zhuǎn)窯參數(shù)設(shè)計中至關(guān)重要。

3.2 二燃室

焚燒系統(tǒng)主要為回轉(zhuǎn)窯+二燃室+燃燒器，回轉(zhuǎn)窯作為一燃室，主要是進行固廢焚燒，二燃室作為二次燃燒室，其中一燃室爐溫為800～1 000℃，二燃室1 100～1 200℃。二燃室煙氣停留時間大于2 s，焚毀去除率能達到99.99%。當(dāng)危廢進入回轉(zhuǎn)窯后經(jīng)過烘干、分解、燃燒、燃盡，產(chǎn)生大量煙氣及未燃盡物質(zhì)，可燃氣進入二燃室，進行二次燃燒，有效保證了能燃盡燃。二燃室設(shè)置了燃燒器助燃，配置獨特的二次供風(fēng)裝置，以保證煙氣在高溫下同氧氣充分接觸，同時，保證煙氣在二燃室的滯留時間并根據(jù)二燃室出口煙氣的含氧量來調(diào)整供風(fēng)量[5]。

4 工程實例分析

危險廢物焚燒工程選用回轉(zhuǎn)窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+干式脫酸塔+布袋除塵裝置+濕法脫酸塔+煙氣再熱器消白工藝，處置危廢的能力達到了1 300 kg/h。回轉(zhuǎn)窯焚燒溫度能達到800～1 000℃，危險廢物進入回轉(zhuǎn)窯后，經(jīng)過一個多小時的燃燒，就會被徹底焚燒殆盡，燃燒殘渣熱灼減率低于5%。不同物料的熱值、灰分、水分等均不同，需要結(jié)合物料化驗分析數(shù)據(jù)進行合理的配伍，使其達到最佳的燃燒工況?；剞D(zhuǎn)窯爐渣由回轉(zhuǎn)窯窯尾排出來，然后落入到出渣機內(nèi)部，經(jīng)過水冷降溫之后，由出渣機鏈板輸送到渣箱內(nèi)?；剞D(zhuǎn)窯焚燒產(chǎn)生的大量煙氣，附帶著顆粒物進入二燃室進行二次燃燒，這些煙氣在二燃室停留時間超過2 s，此外回轉(zhuǎn)窯燃燒產(chǎn)生的二噁英在二燃室1 100℃高溫下能夠99%分解。二燃室出口煙氣量將達到12 000 m3/h，這些高溫?zé)煔膺M入余熱鍋爐進行余熱回收利用。從余熱鍋爐出來的煙氣進入后端煙氣凈化系統(tǒng)進行除塵脫酸處理，最終達到國家排放標(biāo)準從煙囪排放。一些處理廢棄物的企業(yè)，在建立初期就建立起了回轉(zhuǎn)窯焚燒爐設(shè)備，而且該焚燒爐每年處理的廢棄物達到了近1萬t[6]。

5 危險廢物處置中回轉(zhuǎn)窯焚燒爐應(yīng)用分析

5.1 基本工藝

在危廢的回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)運行中有余熱利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要有鍋爐給水泵、鍋筒、水冷壁、軟化水設(shè)備等相應(yīng)裝置，該系統(tǒng)是位于二燃燒室和急冷塔中間位置。利用余熱利用系統(tǒng)，能夠收集大量熱蒸汽，如果進入余熱鍋爐的煙氣量較大、溫度較高，產(chǎn)生的蒸汽也會越多?；厥债a(chǎn)生的熱蒸汽可以通過分氣缸分別送到不同的用氣端。

在回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中，水冷壁鍋爐有著較好的使用效果，而且該鍋爐在目前危廢處置市場中銷量較高，含塵煙氣進入到輻射換熱室，煙氣流動速度會降低，煙氣中較重較大的顆粒物會有部分沉降，與水冷壁管接觸的煙塵會附著在表面。

5.1.1 急冷塔

二噁英在二燃室燃燒分解后，會在250～500℃再次合成，為了避免二噁英的再次合成，需要將余熱鍋爐出口煙氣溫度550～600℃在1 s內(nèi)降至180～200℃。急冷塔通過上部的急冷噴槍，使高溫?zé)煔庠诙虝r間內(nèi)溫度驟降，通過DCS系統(tǒng)PID調(diào)控能夠精確控制。

5.1.2干法脫酸塔

干法脫酸塔應(yīng)用原理是用CaO粉劑或Ca（OH）2粉劑作為吸收劑，直接向塔內(nèi)噴入粉劑或制備成石灰漿后噴入，使得吸收劑與煙氣中的酸性物質(zhì)進行反應(yīng)以達到脫酸目的。與煙氣中的SO2相比，其他酸性氣體如HC1、HF等更易于與Ca（OH）2，反應(yīng)時間只要保持1 s左右就幾乎都能被有效去除。噴入的CaO粉劑或Ca（OH）2粉劑通過布袋除塵器分離，隨著布袋灰一起排出。

5.1.3 活性炭噴吹裝置

活性炭噴吹裝置的主要作用是吸附煙氣中重金屬及二噁英，降低煙氣中的有害物質(zhì)。該裝置一般設(shè)置在干法脫酸塔下部區(qū)域，活性炭粉末通過該裝置進入干法脫酸塔，均勻分散于煙氣中，充分與煙氣進行接觸，最后通過布袋除塵器分離排出。該裝置使用過程中活性炭的投加量一定要控制適當(dāng)，避免投加過量導(dǎo)致布袋灰燃燒。

5.1.4 布袋除塵裝置

布袋除塵器主要有殼體、濾袋、噴吹清灰設(shè)備、排灰設(shè)備組成，殼體主要由上箱體、中箱體、灰斗、進出口構(gòu)成。濾袋總成主要由濾袋、袋籠構(gòu)成。噴吹清灰設(shè)備主要由氣包、脈沖閥、電磁閥、噴吹管、PLC控制箱構(gòu)成。排灰設(shè)備主要由振打器、星型卸灰閥、螺旋輸灰機構(gòu)成。布袋除塵器作為回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中唯一的除塵設(shè)施，其在煙氣除塵方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，可有效脫除煙氣中的顆粒物，除塵效率一般可達99%以上。

5.1.5 濕式洗滌塔

濕式洗滌塔又被稱為堿洗塔，其作用主要是進行煙氣濕法脫酸。與干法反應(yīng)塔相比，濕法洗滌塔脫酸效率更高，在工程應(yīng)用常作首選。該設(shè)備在設(shè)計時，需要綜合考慮煙氣酸性氣體質(zhì)量濃度，預(yù)留足夠脫酸能力提升空間。目前該設(shè)備在工程應(yīng)用中大多采用玻璃鋼材質(zhì)，玻璃鋼材質(zhì)在耐溫耐磨、耐腐蝕性能、成本控制等方面有著突出的優(yōu)勢。煙氣由堿洗塔下部進入，噴淋層布置在堿洗塔中上部，煙氣與堿液采用逆流式接觸反應(yīng)，保證了足夠的反應(yīng)時間。脫酸后凈煙氣從堿洗塔上部流向后端。

5.2 控制指標(biāo)

回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的控制指標(biāo)要參考GB 18484—2020《危險廢物焚燒污染物控制標(biāo)準》來執(zhí)行。在技術(shù)性能指標(biāo)上要求：二燃室出口溫度要超過1 100℃，煙氣停留時間超過2 s，干煙氣氧體積分數(shù)控制在6%～15%，爐渣熱灼減率低于5%。在煙氣污染物排放質(zhì)量濃度限值上要求：顆粒物小時均值不超過30 mg/m3，一氧化碳（CO）小時均值不超過80 mg/m3，氮氧化物（NOx）小時均值不超過300 mg/m3，二氧化硫（SO2）小時均值不超過100 mg/m3，氟化氫（HF）小時均值不超過4.0 mg/m3，氯化氫（HCl）小時均值不超過60 mg/m3。目前在眾多回轉(zhuǎn)窯工程應(yīng)用中，各項排放指標(biāo)均能達到國家環(huán)保標(biāo)準。

6 結(jié)束語

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐可以處置多種類型危險廢物，設(shè)備適用性較廣泛，處置能力較大，滿足多數(shù)企業(yè)需求。在減量化、無害化方面優(yōu)勢突出，危廢燃燒效率可達99.9%，焚毀去除率可達99.99%。隨著當(dāng)下國內(nèi)生態(tài)環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略大幅推進，在碳中和大環(huán)境背景下，固廢處置越來越受到關(guān)注，淘汰老舊技術(shù)及設(shè)備，降低碳排放勢在必行，而回轉(zhuǎn)窯在危廢處置領(lǐng)域有著極大明顯的優(yōu)勢，從工藝選擇、設(shè)備性能、系統(tǒng)運行、煙氣排放等方面均有著不可多得的借鑒與參考的經(jīng)驗。