燒結磚隧道窯特性及共處置危險廢物潛力的研究

劉振森 何 捷 聶 卿 崔敬軒 蕭 瑛 徐偉偉 趙蘭珍 宋彤彤

（中國建筑材料科學研究總院，北京 100024）

自1998年國務院頒布了《國家危險廢物名錄》以來，我國陸續發布《危險廢物污染防治技術政策》、《危險廢物填埋污染控制標準》、《危險廢物貯存污染控制標準》、《GB 5085.7—2007 危險廢物鑒別標準通則》，使得我國對于危險廢物的管理趨于規范和嚴格。危險廢物處置方面，目前我國采用的是專用設施危險物焚燒、填埋和現存工業窯爐共處置兩項并舉的措施。由于缺乏對工業窯爐特性的系統研究，它們的共處置危險廢物潛力也不為人所知。本文就燒結磚行業規模企業的主要燒成設備——隧道窯的熱工特性進行研究，并探討其共處置危險廢物的潛力。

1 燒結磚及隧道窯

燒結磚瓦行業是我國建材類重要行業，2012年規模以上企業燒結磚完成3429.70億塊標磚，較上年同比增長9.5%；燒結瓦產量完成110.83億片，同比增長0.9%[1]。隧道窯是燒結磚行業類規模企業的主要燒成設備，其工作結構可以分為預熱帶、燒成帶、冷卻帶三部分。預熱帶，通過借助燒成余熱對磚坯進行預熱、干燥、脫水以保證燒成；燒成帶，是對來自預熱帶的磚坯繼續加熱，實現礦物熔融、結晶、固化，完成它的物理化學反應過程；冷卻帶，通過送風機鼓入的空氣對來自燒成區的磚進行冷卻，并保證其不炸裂。干燥后的磚坯，由擺渡車送到隧道窯預熱入口，之后，經過預熱帶的緩慢升溫，到500℃時已逐漸排除完自由水分和結晶水分；到570℃時，β-石英相變到α-石英，產生0.8%的體積膨脹[2]。此后，磚坯進入1000～1200℃的燒成帶燒制，燒成階段一般保溫時間較長，以便有利于滿足原料磚坯的要求。當磚進入冷卻帶后，隨著窯內溫度降低，由于α-石英相變到β-石英和方石英產生快速體積收縮等因素，會使磚出現裂紋，影響磚的性能。為此，冷卻應緩慢進行。

為保證磚的產量、質量和隧道窯的穩定操作，在生產過程中必須有合適的燒制熱工制度，即溫度制度、氣氛制度以及壓力制度，這些在探討隧道窯共處置危險廢物的潛力過程中是首當其沖的；除此之外，我們還應關注隧道窯磚坯停留時間、煙氣等因素，綜合評估隧道窯共處置危險廢物的潛力。

2 隧道窯共處置危險廢物潛力

2.1 溫度制度

隧道窯的溫度制度，是磚在預熱、燒成和冷卻過程中，為保證制品質量指標 （如尺寸、性能）的而設定燒成溫度。一般預熱帶溫度范圍為40～900℃，燒成帶的溫度范圍為900～1150℃[3]，冷卻帶的溫度范圍為1150℃～出窯溫度。隧道窯的溫度場如圖1所示。

圖1 隧道窯溫度場（窯長150m，有效高度1.4m）

目前，危險廢物處置工程技術要求的依據是《HJ 2042-2014 危險廢物處置工程技術導則》（以下簡稱導則），其中，危險廢物焚燒處置溫度要求為：溫度范圍應為750～1200℃。可以看出，隧道窯溫度制度滿足危廢處置溫度的要求。

2.2 壓力制度

隧道窯預熱帶為負壓，燒成帶為微正壓，冷卻帶為正壓[4]。隧道窯壓力值和分布是否合理，決定窯內氣體流量、窯溫均勻程度和氣氛維持狀況。實踐表明，預熱帶負壓不能過大，燒成帶微正壓操作，冷卻帶正壓也不能過大。還應強調的是，壓力制度除與工作系統有關外，還與窯內的煙氣阻力有關。

導則中規定，對于采用焚燒技術處置危險廢物，應保證系統處于負壓狀態，以避免有害氣體溢出。由于燒成帶采用微正壓操作，這使得燒結磚隧道窯必須重新考慮整體密閉性，同時應建立廢氣回窯設施，否則現階段不適合共處置危險廢物。

2.3 物料停留

隧道窯的物料停留時間，即燒成周期約50 小時[5]，燒成帶物料停留時間為6～12小時。導則中規定，危險廢物焚燒處置物料停留時間為：750～1200℃范圍內，固體停留時間應為30min～2h。可以看出，燒結磚隧道窯滿足物料停留時間的要求。

2.4 隧道窯煙氣

隧道窯煙氣溫度為80～120℃，化學成分復雜，在燒成過程中可逸出有害氣體SO2、HF、NOx、CO、HC1等。導則中規定焚燒處置系統產生的高溫煙氣應采取急冷措施，煙氣溫度應在1s內下降到200℃以下，減少煙氣在200～500℃溫度區的停留時間，防止二噁英產生或二次生成。盡管煙氣溫度滿足需求，但是由于隧道窯煙氣經過預熱帶降溫緩慢，所以必須建立合適的煙氣冷卻制度，否則隧道窯共處置危廢現階段不滿足煙氣排放要求。

2.5 原料及設施

隧道窯的原料中，由于Mg、S元素易造成磚“泛霜”和“疏解粉碎”，影響磚的質量和成品率，因此，Mg、S含量高的危險廢物不能采用燒結磚隧道窯進行共處置。

導則中，其他對危險廢物焚燒處置要求如下：

采用焚燒技術處置危險廢物，焚燒處置設施應采用技術成熟、自動化水平高、運行穩定的設備。

焚燒處置設施宜采取連續焚燒方式，并保證焚燒處理量在額定處理量的60%～110%內波動。

焚燒動力裝置應滿足最大負荷及各種意外情況下的最大動力輸送，宜取平均值的3～5倍或以上。

可以看出，除了隧道窯自身外，還應建立并完善廢物來源及存儲設施，改進焚燒設置技術，提高管理水平，擴大窯動力負荷等，以達到隧道窯共處置危險廢物的相關要求。

3 結 語

為滿足導則對處置危廢的要求，應對危險廢物成分進行Mg、S含量控制，同時對現有的燒結磚隧道窯和配套系統進行如下改進：

1）重新考慮整體密閉性，同時應建立廢氣回窯設施；

2）建立合適的煙氣冷卻制度，以減少煙氣在二噁英產生溫度區的停留時間。

3）建立并完善廢物來源及存儲設施，改進焚燒設置技術，提高管理水平，擴大窯動力負荷。

[1] 中國建筑材料工業年鑒2013版[M]，北京:中國建筑材料工業年鑒編輯部，2013年，p136-137

[2] 晏擁華，尚江山，淺談輪窯的熱工制度和內燃燒成[J]，磚瓦世界，2006，6:P30-32

[3] 張學功，隧道窯總體設計與燒成工藝（一）[J], 磚瓦世界，2009，3:P48-52

[4] 張美杰，程玉保，無機非金屬材料工業窯爐[M]，北京:冶金工業出版社，2008.74-75

[5] 孟永利，楊寰宇，鄧磊，現代化燒結磚廠工藝探討[J], 磚瓦世界，2011，11:P14-18