合成革廢渣焚燒處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵

高全喜 楊再興

（浙江博世華環(huán)?？萍加邢薰?浙江省杭州市 310015）

我國(guó)是世界最大的皮革生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)大國(guó)和進(jìn)出口貿(mào)易大國(guó)。最近十年，我國(guó)合成革行業(yè)平均每年都保持10%以上增長(zhǎng)。近幾年，以我國(guó)為代表的東亞、東南亞地區(qū)皮革工業(yè)飛速發(fā)展，亞洲已成為世界皮革制造中心。目前全國(guó)共有人造革合成革企業(yè)2000多家，上千條生產(chǎn)線(xiàn)。[1]

合成革在產(chǎn)品的生產(chǎn)以及產(chǎn)品深度處理過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生廢水、廢氣和固廢等污染物。近年來(lái)，大量的污染物排到環(huán)境之中，環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，尤其是固體廢物。因此，在合成革行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，如何妥善處置合成革行業(yè)產(chǎn)生的固體廢物，不但關(guān)系著合成革行業(yè)的生存、發(fā)展，也密切關(guān)系著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。[2]

1 合成革廢渣性質(zhì)

本廢物來(lái)自于合成革生產(chǎn)中的高濃度有機(jī)殘液經(jīng)過(guò)精餾提煉后的釜?dú)埼?，根?jù)《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》，本廢物屬于HW11精(蒸)餾殘?jiān)?lèi)的危險(xiǎn)廢物。其成分除含有DMF等一些有機(jī)物之外，還含有一定量的碳酸鈉、固體碳、氧化鐵等，呈固-液相，且粘度高、流動(dòng)性差，廢物熱值在4000 kcal/kg左右。[2]

2 廢物處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)國(guó)家有關(guān)政策和法規(guī)，處置系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：

2.1 在嚴(yán)格達(dá)到相應(yīng)處理標(biāo)準(zhǔn)的前提下，力求最大限度地減少投資和日常運(yùn)行費(fèi)用；

2.2 采用的工藝必須能滿(mǎn)足對(duì)廢物的處理可靠達(dá)標(biāo)并且穩(wěn)定運(yùn)行；2.3設(shè)備做到先進(jìn)、可靠、合理，平面布置力求流程順暢、合理緊湊、節(jié)省占地；

2.4 妥善處置焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的殘?jiān)?、廢水、廢氣，竭盡全力減少對(duì)環(huán)境造成的二次污染。

3 設(shè)計(jì)關(guān)鍵

根據(jù)廢物的性質(zhì)可知，廢物中含有一定量的碳酸鈉、固體碳、氧化鐵等，在廢物焚燒時(shí)，其表面的有機(jī)物在高溫下被蒸發(fā)出來(lái)迅速燃燒，內(nèi)部的有機(jī)物與無(wú)機(jī)鹽在高溫下很快形成結(jié)晶碳化塊，從而可能致使廢物不能充分燃燒，排出的殘?jiān)羞€含有大量的有機(jī)質(zhì)，使殘?jiān)臒嶙茰p率達(dá)不到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮如下幾個(gè)方面。

3.1 焚燒爐爐型

焚燒爐型和設(shè)備的選擇必須根據(jù)廢物的特點(diǎn)和處置特點(diǎn)來(lái)選定，選型應(yīng)符合《危險(xiǎn)廢物焚燒污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB18484-2001)和《危險(xiǎn)廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T176-2005)的技術(shù)要求。

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用的焚燒爐爐型較多，但在危險(xiǎn)廢物焚燒處置領(lǐng)域，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是應(yīng)用最廣泛，也是最成熟的焚燒爐，可同時(shí)處置固體、液體、氣體和膠體狀等廢物，如污泥、化工漆渣、有機(jī)廢液、工業(yè)固廢、醫(yī)療廢物等，是危險(xiǎn)廢物處置中心的首選爐型，也是國(guó)際危險(xiǎn)廢物處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的焚燒設(shè)備，在危險(xiǎn)廢物焚燒領(lǐng)域的市場(chǎng)占有率為80%左右。因此，根據(jù)國(guó)家有關(guān)危險(xiǎn)廢物焚燒處置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合本類(lèi)廢物的性質(zhì)，回轉(zhuǎn)窯焚燒爐為優(yōu)選爐型。

回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是活動(dòng)爐床式焚燒爐的一種，結(jié)構(gòu)為一可旋轉(zhuǎn)的圓柱體，有一定的傾斜角度，廢物隨著窯體的轉(zhuǎn)動(dòng)，由高端進(jìn)入，沿著爐體長(zhǎng)度方向移動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的翻動(dòng)，使廢物能夠充分的進(jìn)行反應(yīng)。在移動(dòng)過(guò)程中廢物先后完成干燥、熱解、焚燒、燃燼等過(guò)程。其特點(diǎn)是將廢物投入連續(xù)、緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的筒體內(nèi)焚燒直到燃燼，廢物在窯內(nèi)850℃左右的高溫環(huán)境下停留1小時(shí)以上，故能夠?qū)崿F(xiàn)廢物與空氣的良好接觸和均勻充分的燃燒。[3]

3.2 余熱利用

對(duì)廢物焚燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馊舨捎眠m當(dāng)?shù)男问娇梢越?jīng)濟(jì)利用，可以降低整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)亦可減輕尾氣處理的負(fù)荷。然而，廢物焚燒爐又不同于一般的工業(yè)爐窯，其運(yùn)行介質(zhì)和運(yùn)行條件具有特殊性，余熱利用必須在保證焚燒系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、防止堵塞和防止二惡英的再次合成的前提下進(jìn)行。尤其是堵塞問(wèn)題，危險(xiǎn)廢物在高溫焚燒時(shí)，部分鹽分可能會(huì)氣化，當(dāng)溫度下降時(shí)，易在受熱面上結(jié)晶，不僅影響傳熱效果，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞煙氣通道，甚至?xí)斐赏t等事故。

由本廢物的成分可知，廢物含有部分鐵鹽、鈉鹽等堿性氧化物，其熔點(diǎn)一般較低，在廢物焚燒的高溫區(qū)域，這些鹽分氣化后隨煙氣進(jìn)入余熱鍋爐，煙氣經(jīng)鍋爐吸熱降溫后，氣化的鹽分又凝結(jié)成固態(tài)。因此在余熱鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用一定的技術(shù)措施降低結(jié)渣幾率，盡量避免堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

◆合理分配爐膛內(nèi)各段的溫度；

◆合理設(shè)計(jì)爐膛內(nèi)各段的煙氣流速；

◆如有對(duì)流管束換熱面，應(yīng)確定合理的管束排列方式、間距和煙氣流速。

3.3 煙氣凈化

根據(jù)《危險(xiǎn)廢物集中焚燒處置工程技術(shù)規(guī)范》、《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》等中的相關(guān)要求，結(jié)合本廢物的性質(zhì)，煙氣凈化工藝在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重如下幾點(diǎn)。

3.3.1 二惡英的抑制

二惡英是由兩類(lèi)含氯有機(jī)化合物組成，不同單體的毒性變化很大，其毒性隨氯代級(jí)別的增加而減小，其中毒性最大的是2，3，7，8－四氯代二苯二惡英/呋喃。根據(jù)目前的研究結(jié)果，在焚燒系統(tǒng)中，二惡英主要是在低溫下不完全燃燒過(guò)程中以及在200℃-600℃范圍內(nèi)的煙氣飛灰上發(fā)生異相催化反應(yīng)而生成的。[3]根據(jù)二惡英的生成機(jī)理和化學(xué)形態(tài)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)采取以下幾點(diǎn)抑制二惡英產(chǎn)生及凈化措施：

◆二燃室內(nèi)燃燒溫度維持在1100℃的高溫并停留2s以上；

◆在中溫段(200－600℃)采用急冷方式，減少煙氣二惡英合成段的時(shí)間；

◆吸附處理，并且采用高效率袋式除塵器對(duì)煙氣中的顆粒物和活性碳顆粒進(jìn)行捕集。

3.3.2 重金屬的防治

去除尾氣中重金屬污染物質(zhì)的機(jī)理如下：

◆重金屬降溫達(dá)到飽和，凝結(jié)成粒狀物后被除塵設(shè)備收集去除；

◆飽和溫度較低的重金屬元素?zé)o法充分凝結(jié)，但飛灰表面的催化作用會(huì)促使重金屬元素形成飽和溫度較高且較易凝結(jié)的氧化物或氯化物，而易被除塵設(shè)備收集去除；

◆仍以氣態(tài)存在的重金屬物質(zhì)，因吸附于飛灰上或噴入的吸附物質(zhì)上而被除塵設(shè)備一并收集去除。

◆部分重金屬的氯化物為水溶性，即使無(wú)法在上述的凝結(jié)及吸附作用中去除，也可利用其溶于水的特性，在脫酸系統(tǒng)中去除。

3.3.3 高低溫腐蝕

根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范的要求，危險(xiǎn)廢物焚燒必須在高溫階段進(jìn)行，而對(duì)于后續(xù)的煙氣凈化，則需在低溫階段較適宜，因此在降溫的過(guò)程中應(yīng)考慮煙氣的高溫腐蝕和低溫腐蝕。

高溫腐蝕是指金屬高溫受熱面在高溫?zé)煔猸h(huán)境下在管壁溫度較高處所發(fā)生的煙氣側(cè)金屬腐蝕。如廢物中含有大量硫分，煙氣中的酸性成分對(duì)設(shè)備內(nèi)金屬受熱面會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用，金屬的腐蝕速率與金屬表面溫度有關(guān)，因此設(shè)法加大冷卻水循環(huán)速度和面積，以降低管壁溫度，減少腐蝕速度。

低溫腐蝕也稱(chēng)露點(diǎn)腐蝕，在危險(xiǎn)廢物焚燒處置領(lǐng)域尤為關(guān)注，危險(xiǎn)廢物焚燒后產(chǎn)生的煙氣應(yīng)采取急冷處理，使煙氣溫度在1秒內(nèi)降到200℃以下，減少煙氣在200-500℃溫區(qū)的滯留時(shí)間。因而危險(xiǎn)廢物焚燒尾氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行溫度一般都不高于200℃。[4]

國(guó)外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究和實(shí)踐表明，“低溫控制”和“高效顆粒物捕集”是危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣凈化系統(tǒng)成功的關(guān)鍵因素。為此，在危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣凈化過(guò)程中，必須將溫度控制得盡可能低。但與此同時(shí)，若焚燒煙氣凈化系統(tǒng)運(yùn)行溫度過(guò)低，焚燒煙氣中某些易冷凝物質(zhì)較易腐蝕處理設(shè)備。如何確定危險(xiǎn)廢物焚燒煙氣凈化系統(tǒng)最佳設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度（即不低于酸露點(diǎn)溫度）是本系統(tǒng)重點(diǎn)解決的話(huà)題。

根據(jù)廢物成分和煙氣性質(zhì)，主要通過(guò)如下幾點(diǎn)控制低溫腐蝕：

3.3.3.1 煙氣急冷后溫度控制在200℃左右。

3.3.3.2 排煙溫度在160℃以上，始終使煙氣溫度高于酸的露點(diǎn)溫度。

5 結(jié)論

合成革行業(yè)產(chǎn)生的固廢具有行業(yè)的特性，在設(shè)計(jì)焚燒系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合廢物特性，對(duì)系統(tǒng)的核心工藝進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，并且從技術(shù)角度，解決或避免系統(tǒng)今后可能出現(xiàn)的問(wèn)題，這樣方可確保整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成投運(yùn)后的正常運(yùn)行。

[1]周志展.溫州合成革行業(yè)調(diào)研報(bào)告[J].今日科苑，2010（24）.

[2]麻朝暉.合成革產(chǎn)業(yè)“污染物”資源化利用研究[J].企業(yè)經(jīng)濟(jì)，2007（06）.

[3]陳昆柏.固體廢物處理與處置工程學(xué)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.2005.

[4]HJ/T176-2005，危險(xiǎn)廢物集中焚燒處置工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范[S].