流化床鍋爐在脫墨渣焚燒中的應用

周修浩 陳永堅

(廣州造紙集團有限公司，廣東廣州，511462)

目前，國內很多造紙企業(yè)采用廢紙脫墨漿作為生產原料，廢紙脫墨過程中必然產生固體廢物，有些固體廢物如脫墨渣被國家環(huán)保部門列為有害固廢物，如何有效地對其作無害化處理，做到既符合環(huán)保要求，又盡量低成本處理固廢物，是造紙企業(yè)正在探討的課題。

1 造紙工業(yè)固廢物

1.1 固廢物的產生

脫墨漿生產過程固廢物的來源大體為:廢紙散包后經人工分揀，挑出的較大塊塑料等固廢物;廢紙進入碎漿機打漿，碎漿機尾部排出碎塊塑料等固廢物;碎漿機出來的紙漿送去脫墨生產線處理，脫墨生產線在處理過程產生的脫墨污泥，經螺旋壓榨機脫水成為脫墨渣;生產產生的全部廢水送到廢水處理系統(tǒng)，經厭氧、好氧工藝統(tǒng)一處理后，產生的廢水污泥。

1.2 造紙固廢物一般的處理方法

(1)人工分揀出來的塑料、金屬、包裝箱等，可分類回收出售。

(2)碎漿機尾部出來的主要是塑料，其熱值很高，接近標煤，可以作為燃料入爐焚燒，但焚燒時產生的有害廢氣的處理成本很高，目前可出售回收利用。

(3)廢水污泥一般也是委托外運處理，基本是填埋;也可以直接摻入到原煤中送熱電廠的鍋爐焚燒處理。

(4)脫墨渣一般是委托外單位外運處理，少部分用于做堆肥，大部分填埋。但這種處理方法已難以繼續(xù)，在2008年脫墨渣被列入《國家危險廢物名錄》［1］中，必須按照危險廢物的處理方法進行處置。

隨著環(huán)保要求越來越嚴格，脫墨渣需按照危險廢物的處理方法進行處置［2］，已經引起了業(yè)界的重視。目前，造紙企業(yè)都在探討用焚燒爐焚燒固廢物的方法來處理脫墨渣，既可符合環(huán)保要求，也能回收有效熱能。而焚燒處理的前提則是必須符合國家的有關規(guī)范。

1.3 脫墨渣的性質

(1)脫墨渣的來源

廢紙脫墨過程中去除油墨是一個非常關鍵的過程。廢紙脫墨是化學反應和物理反應相結合的過程，一般通過脫墨劑來破壞印刷油墨對纖維的黏附，在適當的溫度和機械力的作用下，將油墨從纖維上分離下來。脫墨污泥的成分，主要是來自廢紙中的填料和涂料、細小纖維及大部分的油墨粒子。脫墨污泥經螺旋壓榨機去掉大部分水后為脫墨渣，含水量在45%左右。

表1 脫墨渣主要成分

(2)脫墨渣主要成分

脫墨渣主要成分見表1，脫墨渣灰的特性和成分見表2和表3。

表2 脫墨渣灰的熔融特性 ℃

表3 脫墨渣灰的成分含量 %

從表1可以看到，脫墨污泥經脫水到含水量45%的脫墨渣時，低位發(fā)熱值為3692 kJ/kg，是低發(fā)熱量的燃料，可供鍋爐作為燃料使用，只要燃料的低位熱值不小于3649 kJ/kg，就可以不加輔助燃料在鍋爐內穩(wěn)定燃燒，這說明用鍋爐焚燒處理脫墨渣在技術上是可行的，工藝也并不復雜。但脫墨渣已被列入《國家危險廢物名錄》中，其焚燒處理就必須符合國家對危險廢物的處理規(guī)定。

由于脫墨渣的特性，要注意脫墨渣倉及脫墨渣入爐方式的選擇。脫墨渣倉宜選擇帶有防搭橋鐵板的圓柱體儲倉，倉底應設置刮臂用于脫墨渣出倉，用螺旋給料方式入爐。

脫墨渣干燥后為粉狀物，所以不適合用鏈條爐、爐排爐等爐型的鍋爐。

本文重點對利用廢紙脫墨漿作為生產原料的造紙企業(yè)在生產過程產生固體廢物脫墨渣的焚燒處理進行探討。

2 鍋爐焚燒處理固廢物的應用

目前固廢減量化焚燒處理主要有爐排爐和流化床燃燒兩種方式 (小型的還有回轉窯爐，在此不作介紹)。爐排焚燒方式經過100多年的發(fā)展，技術已日臻完善并趨成熟。我國采用的爐排爐主要以直接購買或引進技術的方式，設備尚未國產化;采用流化床燃燒技術焚燒固廢，雖然存在這樣或那樣的問題，但其應用結果證明是可行的，國內已有相近或類似應用的成功例子。

2.1 爐排爐

爐排爐由推料裝置、干燥爐排、燃燒爐排和燃盡爐排等組成，見圖1。固廢由推料裝置進入，推到干燥爐排，由熱風干燥，并將有機物熱解，干燥后的固廢進入燃燒爐排焚燒;經焚燒的固廢進入燃盡爐排，固廢的渣灰在燃盡爐排冷卻后排出爐外。爐膛來的熱煙氣進入余熱鍋爐回收熱量，煙氣要按環(huán)保要求進行處理后才能排放。

爐排爐的處理能力可以很大，目前垃圾焚燒處理大部分用這種爐型，但造紙的固廢脫墨渣因是顆粒碎狀，容易由爐排縫漏落，所以不適合在爐排爐里進行焚燒。

圖1 爐排爐示意圖

2.2 流化床固廢焚燒鍋爐

流化床固廢焚燒鍋爐技術在國外很早就有利用，但因固廢燃料的特殊性以及對流化床燃燒低劣燃料技術掌握的不夠，尤其是對高水分、低熱值的固廢燃料燃燒技術掌握不夠廣泛，使得該項技術沒有得到深入發(fā)展。其實流化床燃燒技術幾乎覆蓋了所有可燃物質，優(yōu)勢非常明顯，因此將該項技術用于固廢焚燒也就成為一種必然，將其用于固廢物的減量化及資源化處理也將成為一種趨勢。流化床固廢焚燒鍋爐示意圖見圖2。

實踐證明采用流化床燃燒方式鋼材耗量低，最關鍵的是不存在技術壁壘，為其發(fā)展拓展了無限空間。流化床燃燒方式非常適合低劣燃料的燃燒，只要技術引用得當，結構及形式選擇合理，采用流化床焚燒固廢物將是一個很好的選擇。

流化床焚燒鍋爐存在的問題主要表現在以下幾個方面:①固廢物入爐，由于脫墨渣與其他燃料差異性很大，所以其倉儲與入爐的方式設計必須具有很強的針對性，這一點很重要。②燃燒過程，由于熱容大，對于高水分、低熱值的固廢燃料有著很好的包容性，但水分的變化卻使其燃燒表現出明顯的不穩(wěn)定性，傳熱計算方面對固廢燃料用于流化床燃燒計算沒有成熟的經驗，特別在負荷變化較大時經驗參數的選取很重要。③高、低溫腐蝕問題，由于固廢燃料組分的復雜性，會有高溫腐蝕問題，合理選取鍋爐設計參數可以提高高溫過熱器的使用壽命，由于固廢燃料的高水分特性，加之燃料中硫的存在及堿鹽中氯的高溫分解特性，大大提高了煙氣露點溫度，會導致低溫區(qū)受熱面的嚴重腐蝕，縮短鍋爐運行周期和使用壽命，但脫硫脫硝技術的應用已可以解決這些問題。④二惡英的減量化處理及安全，二惡英是一種油脂類易溶性物質，常態(tài)下分解幾乎是不可能的，因此有效遏制二惡英的生成或采取必要的分解措施尤顯重要，焚燒爐必須設計二次燃燒室及急冷段。

目前以流化床燃燒固廢物的鍋爐都需要采用燃料煤作為助燃媒介，尤其是啟動時更是如此，鍋爐穩(wěn)定燃燒后可以視入爐固廢物的具體情況增減助燃煤給入量，以確保燃燒的穩(wěn)定。

3 脫墨渣焚燒處理的應用

遵守國家環(huán)境保護法規(guī)，符合危險廢物處理規(guī)范，使資源再生和能源利用，用“無害化、減量化和資源化”的原則來綜合處理脫墨渣，使脫墨渣焚燒處理達到良好的環(huán)境效益、社會效益和經濟效益。

圖2 流化床固廢焚燒鍋爐示意圖

(1)采用先進、成熟、可靠的脫墨渣焚燒、熱能回收和煙氣凈化技術，使脫墨渣焚燒技術先進適用，確保脫墨渣焚燒運行的各項環(huán)保、能源指標優(yōu)于或滿足國家標準和規(guī)范的要求，同時合理控制工程造價和運行成本。

(2)針對脫墨渣熱值低、水分高的特點，脫墨渣焚燒采用絕熱爐膛的循環(huán)流化床爐，其處理效果符合HJ/T176—2005危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范的要求:確保爐渣熱灼減率＜5%;確保焚燒爐出口煙氣中氧氣含量達到6% ～10%(干煙氣);設置二次燃燒室，并確保煙氣在二次燃燒室1100℃以上停留時間＞2 s。

(3)設置煙氣的急冷段，在設計工況下確保煙氣溫度在1.0 s內自500℃以上降到200℃以下，以減少煙氣在該溫度區(qū)的滯留時間，避免二惡英再次合成。在急冷段布置省煤器和空氣預熱器受熱面回收余熱［3］。

(4)采用選擇性非催化還原 (SNCR，Selective Non-catalytic Reduction)技術以去除氮氧化物(NOx)，脫硝率大于40%。排放指標滿足GB18484—2001危險廢物焚燒污染控制標準的要求。

(5)脫墨渣含有大量碳酸鈣 (是脫硫劑)，脫墨渣在爐內焚燒時碳酸鈣與二氧化硫反應可達到脫硫的目的。爐后采用半干法進行煙氣脫酸，排放指標滿足GB18484—2001危險廢物焚燒污染控制標準的要求。

(6)設活性炭噴射裝置以吸附重金屬和二惡英。

(7)用布袋除塵器除塵，除塵效率99.9%。煙塵排放濃度可達65 mg/m3以下。滿足 GB18484—2001危險廢棄物焚燒污染物排放標準，見表4。

(8)二次污染控制措施:①渣灰分儲、分處，爐渣熱灼減率＜5%，渣、灰分別設置渣倉和灰?guī)熘修D存儲，然后用專用汽車送有資質的危險廢物填埋場進行安全處置，或者根據渣灰的成分分析，原地進行無害化調質處理后外運填埋。②焚燒煙氣經“燃燒控制+裝置凈化+在線檢測/監(jiān)測”后，滿足控制標準排放。

據據環(huán)保要求，危險廢物焚燒處理后的灰均應檢測重金屬含量是否達標。如超標，應固化后再委托有資質的單位處理。

表4 煙氣排放成分及含量

表5 脫墨渣重金屬總含量與控制要求mg/kg

圖3 脫墨渣焚燒處理及余熱回收系統(tǒng)流程圖

由表3脫墨渣灰成分含量可見，10種物質共占總成分的99.92%，其他沒有檢測到的成分只占0.08%。

此外，有關單位對脫墨渣重金屬含量檢測的結果及GB4284—1984農田污泥污染物控制標準的要求，見表5。

從表5可見，脫墨渣重金屬含量只有總銅一項對酸性土超標、對中性土不超標，其他重金屬含量均符合國家農田污泥污染物控制標準。

4 實例介紹

某公司是采用廢紙脫墨漿生產新聞紙及文化用紙的企業(yè)，在生產過程中會產生一定量的脫墨渣。由于脫墨渣在2008年被列入《國家危險廢物名錄》中，必須按照危險廢物的處理方法進行處置，因此，該公司建設了一套符合環(huán)保要求的脫墨渣焚燒處理及余熱回收系統(tǒng)。

該項目脫墨渣焚燒處理及余熱回收系統(tǒng)的技術改造設計，以安全、可靠的焚燒處理脫墨渣為主要目的，同時采用高效率、低成本的熱能回收、發(fā)電技術。工程設計包括脫墨渣接收儲存、高溫焚燒、余熱利用和發(fā)電、煙氣急冷、煙氣凈化、渣灰處理、輔助燃料供應以及配套輔助生產設施等完整的建設內容［4］。

該項目采用流化床焚燒方法處理脫墨漿生產過程中產生的脫墨渣，脫墨渣焚燒處理及余熱回收系統(tǒng)流程圖見圖3。設計、建設范圍包括:脫墨渣焚燒處理及余熱回收系統(tǒng);焚燒爐后的環(huán)保設施;脫墨渣及燃料運輸、爐前儲存、入爐系統(tǒng);渣灰輸送、儲存系統(tǒng);電氣系統(tǒng);熱控系統(tǒng);配套的汽輪發(fā)電機組;給排水系統(tǒng);點火和二次燃燒室供油系統(tǒng);沼氣燃燒系統(tǒng);煙道及所需輔機［5］。

建設規(guī)模為安裝1臺處理能力不小于400 t/d的脫墨渣焚燒鍋爐及其相配套的汽輪機發(fā)電系統(tǒng)。

(1)脫墨渣的儲運及入爐系統(tǒng)

脫墨渣通過帶式輸送機送至爐前的2個容積約50 m3脫墨渣倉儲存，該渣倉底部各設置1套出料螺旋，將脫墨渣分別送入2套爐前給料螺旋，由給料螺旋送入焚燒爐燃燒。為防止煙氣反竄，脫墨渣的入爐口設在負壓區(qū)，并設有密封風 (密封風采用焚燒爐的冷二次風)。

(2)助燃煤的儲運及入爐系統(tǒng)

由于脫墨渣水分高、熱值低，為保證脫墨渣的穩(wěn)定燃燒，焚燒爐需用少量的助燃煤 (約1 t/h)，助燃煤的儲存利用原鍋爐系統(tǒng)的原煤倉，通過已有電站的輸煤系統(tǒng)將助燃煤送入爐前倉內，再經帶計量的帶式給煤機送入爐內燃燒。

(3)點火助燃油及沼氣輸送系統(tǒng)

焚燒爐燃燒點火及二次燃燒室助燃用的0#柴油由供油系統(tǒng)供給。燃油輸送管道分為兩路:一路作為床下油點火;另一路助燃油進入二次燃燒室加熱從燃燒室出來的煙氣，使煙氣溫度升高到1100℃以上;造紙廠的工藝廢水經厭氧處理將產生沼氣，以甲烷為主要成分的沼氣是非常理想的可再生能源。由于沼氣具有較高的燃燒值，可回收利用熱能。整個廠區(qū)現有和新建厭氧廢水處理系統(tǒng)共產生約11000 m3/d的沼氣，可全部引入新建脫墨渣焚燒爐作為燃料。沼氣通過管道輸送到爐前，經燃燒器送入爐內燃燒。

(4)脫墨渣的焚燒

脫墨渣的焚燒采用絕熱爐膛，脫墨渣在焚燒爐中直接燃燒熱解，焚燒溫度達到850℃，使脫墨渣充分焚燒，確保爐渣熱灼減率＜5%。由于脫墨渣熱值低、水分含量高，為了保證脫墨渣穩(wěn)定焚燒，使其充分得到燃燒并延長煙氣停留時間 (＞2 s)，需要加入少量燃煤，既可助燃和穩(wěn)燃，同時燃燒產生少量的渣灰又可作為床料補充。

為降低尾部煙氣含塵濃度，提高燃盡率，在焚燒爐煙氣出口設置旋風分離器。煙氣經過分離器后進入二次燃燒室，在二次燃燒室的入口設置油燃燒器和沼氣燃燒器，通過噴燃輕柴油和沼氣，使煙氣溫度升高到1100℃以上，且時間≥2 s，煙氣含氧＞6%［6］。

脫墨渣在高溫下得到充分的氧化、熱解和燃燒，使其焚燒去除率≥99.99%，可以從根本上解決脫墨渣焚燒所產生的煙氣中的二惡英和重金屬等有毒有害物質所帶來的二次污染問題。在二次燃燒室設有尿素液噴口，采用SNCR脫硝技術，使NOx滿足國家排放標準的要求。尿素制備系統(tǒng)與公司現有系統(tǒng)共用。

(5)余熱回收

高溫煙氣從二次燃燒室進入余熱鍋爐，余熱鍋爐的汽水系統(tǒng)包括省煤器、鍋筒及內部裝置、水冷壁、下降管、蒸發(fā)管、過熱器及減溫器等。

給水經煙氣傳熱后，產生壓力2.5 MPa、溫度350℃的次中壓蒸汽，蒸發(fā)量約30 t/h。余熱鍋爐產生的次中壓蒸汽送入1臺1.5 MW背壓式汽輪機做功后，排出壓力0.5 MPa的低壓蒸汽供生產用。

(6)急冷段

為防止在較低溫度區(qū)200～500℃再次生成二惡英的可能，在余熱鍋爐的后部設置急冷段，采用急冷技術將500℃以上的高溫煙氣在1 s內降低為160～200℃的低溫煙氣，避免二惡英在低溫區(qū)再次生成。

急冷段煙道內設省煤器和二級空氣預熱器，并設有應急噴水降溫裝置，噴嘴中冷卻水采用壓縮空氣霧化，使煙氣溫度快速下降。無論在任何狀況下都能保證急冷段出口的煙氣溫度低于200℃。為保證煙氣在1 s內從500℃以上降至200℃以下，省煤器和空氣預熱器應有足夠的面積且煙氣應保證適當的流速。省煤器面積762 m2，空氣預熱器面積825 m2。急冷段內省煤器+二級空氣預熱器的長度小于6.2 m，煙氣流速為7 m/s，從而保證煙氣從500℃以上降到200℃以下所用時間＜1 s。

(6)煙氣凈化

本工程煙氣凈化采用爐內初步脫硫和SNCR脫硝、爐后采用半干法脫酸、活性炭吸附、布袋除塵等技術和裝置。脫酸除塵系統(tǒng)包括煙氣脫酸塔及煙道系統(tǒng)、布袋除塵系統(tǒng)、灰循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑存儲輸送系統(tǒng)、灰輸送及存儲系統(tǒng)。

①煙氣脫酸塔及煙道系統(tǒng)

煙氣脫酸采用循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫酸裝置(吸收劑使用氫氧化鈣)，主要包括脫酸塔、雙流體噴嘴、石灰儲存和輸送系統(tǒng)及相關連接煙道等。塔徑約3020 mm，高約31.8 m。本脫酸塔適應鍋爐負荷變化范圍為50%～120%。

循環(huán)懸浮式半干法煙氣脫酸是近幾年國際上新興的比較先進的煙氣脫酸技術，具有投資相對較低，脫酸效率相對較高，設備可靠性高，運行費用較低的優(yōu)點，因為適用性廣，受到人們的關注，并在許多工程上普遍使用。

②活性炭吸附

余熱鍋爐出來的煙氣經脫酸塔后，在進入布袋除塵器前要噴入活性炭。活性炭是廣泛應用的吸附劑，吸附煙氣殘留的有害微粒。

③布袋除塵器

經脫酸塔后的含塵氣體進入布袋除塵器，布袋除塵器收集下來的灰儲存在灰斗，經空氣斜槽回送到脫酸塔進行灰循環(huán)。布袋除塵器底部灰斗中的灰經螺旋輸送機排出后經倉泵輸送至灰?guī)臁？紤]到煙氣的組分特殊，酸露點較高，故在除塵器灰斗外設有電加熱伴管保溫，保證除塵器本體內壁不至于出現酸結露。煙氣經布袋除塵器后，由引風機經煙囪排入大氣。本系統(tǒng)除塵效率≥99.9%。

(7)渣灰處理系統(tǒng)

①除渣系統(tǒng)

本系統(tǒng)所處理的爐渣主要是焚燒爐底渣以及二次燃燒室末端排渣。

焚燒爐底部設有1個放渣口，放渣口下方配1臺冷渣機，高溫爐渣通過除鹽水將其冷卻，冷卻后排渣溫度為100℃以下。冷卻后的爐渣輸送至埋刮板輸送機，再經斗式提升機后進入渣倉。

該系統(tǒng)設干渣庫1座，容積為150 m3。渣庫下部設出口，渣庫頂部布置布袋除塵器和真空壓力釋放閥。渣灰輸送設備及渣倉均為密閉操作，避免粉塵外泄。

爐渣按照危險廢物需送有資質的危險廢物填埋場進行安全處置，或者根據渣灰的成分分析考慮今后在原地進行無害化調質處理后外運填埋。

②除灰系統(tǒng)

脫墨渣焚燒處理產生的飛灰主要來自空氣預熱器下的排灰、脫酸塔排灰和布袋除塵器下的排灰。

脫酸后的干態(tài)產物小部分從脫酸塔塔底排灰口排出，絕大部分隨煙氣進入布袋除塵器，由布袋除塵器捕集。布袋除塵器收集的飛灰經倉式氣力輸送泵送至灰?guī)鞎捍妗Ｔ撓到y(tǒng)設干灰?guī)?座，容積300 m3，可儲灰量約240 t。當需將灰裝車外運時，先用空壓機站提供的經電加熱器加熱的壓縮空氣對氣化板充氣，使儲存的干灰流態(tài)化，然后打開卸灰設備卸灰。卸灰有兩種方式:一是干灰氣化后經庫底卸料器、散裝機后直接裝罐車外運;二是干灰氣化后經螺旋閘門、電動鎖氣器卸至雙軸攪拌機經加濕后裝車外運。庫頂設有脈沖式布袋除塵器1臺，以處理氣力輸送和散裝機排風產生的含塵氣體。當輸灰管和散裝機排風管向灰?guī)爝M灰時，經除塵器將含塵氣體凈化后排放。

該脫墨渣焚燒爐已投運并通過了環(huán)保測試驗收。

5 結語

本文介紹的流化床固廢焚燒鍋爐是按環(huán)保要求焚燒處理脫墨渣的較好的選擇。其優(yōu)點有:①能大量焚燒處理脫墨渣，可把造紙廠所產生的脫墨渣全部處理。②鍋爐有脫硝、脫酸、活性炭吸附和布袋除塵等環(huán)保處理配套設施，又有防止二惡英生成的二次燃燒室和急冷段的設置，滿足了環(huán)保要求。煙氣能完全達標排放。③焚燒處理達到了連續(xù)化、環(huán)保化、減量化處理脫墨渣的效果，又可以回收熱量產生造紙廠必須的蒸汽和電力，達到變廢為寶、資源化利用脫墨渣的效果。④焚燒處理脫墨渣的運行成本遠低于由有資質單位處理的成本，造紙廠可以承受。⑤脫墨渣焚燒處理項目取得了良好的環(huán)境效益、社會效益和經濟效益。

［1］ 中華人民共和國環(huán)境保護部、中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會．國家危險廢物名錄［S］．2008．

［2］ GB18484—2001 Pollution Control Standard for Bzzardous Wastes Incineration［S］．GB18484—2001危險廢物焚燒污染控制標準［S］．

［3］ HJ/T176—2005 Technical specifications for Centralized Incineration Facility［S］．HJ/T176—2005危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規(guī)范［S］．

［4］ 環(huán)發(fā)［2001］199號．危險廢物污染防治技術政策［S］．

［5］ GB50041—2008 Code for Design of Boiler Plant［S］．GB50041—2008鍋爐房設計規(guī)范［S］．

［6］ CAO Chun-hua．Air Supply System of Chemical Recovery Furnace［J］．China Pulp ＆ Paper，2013，32(1):46．曹春華．大型堿回收鍋爐燃燒供風系統(tǒng)［J］．中國造紙，2013，32(1):46． CPP