回轉窯焚燒爐在某縣危廢焚燒處理中的應用

肖 燕，李 軍，伍長青

（中國天楹股份有限公司，江蘇 南通 226600）

1 危險廢物種類及規模

2013年末，某縣總人口95萬人，產生的危險廢物總量約18000 t/a，其中適合焚燒處理的危險廢物量約為10000 t/a，約占處置總量的56%。此縣危險廢物產生量最大的行業是化學原料及化學制品制造業，其次是紡織業。根據對此縣危險廢物產生情況的調查，需焚燒處理的廢物主要有農藥廢物（HW04）、有機溶劑廢物 （HW06）、廢礦物油（HW08）、廢乳化液 （HW09）、精(蒸)餾殘渣（HW11）、染料涂料廢物（HW12）、有機樹脂類廢物（HW13）、有機磷化合物廢物（HW37）、含酚廢物（HW39）、含醚廢物（HW40）、廢鹵化有機溶劑（HW41）、廢有機溶劑 （HW42） 等。

根據危險廢物產生量，本工程設計焚燒系統處置能力為1250 kg/h，整套焚燒系統24 h連續運行，廢物低位熱值為14630kJ/kg，危險廢物混合物的元素成分見表1。

表1 危險廢物混合物元素成分 %

2 工藝選擇

在危險廢物焚燒處理技術和設備發展的歷程中，產生了多種技術，但基本工藝組合形式一般如圖1所示。其中，焚燒系統和煙氣凈化系統是評價整個危險廢物焚燒工藝的關鍵。

圖1 危險廢物焚燒處理工藝流程

2.1 焚燒爐選擇

目前國內外工業危險廢物焚燒爐應用較多的處理工藝是回轉窯焚燒爐、機械爐排爐和熱解氣化爐3種。回轉窯一般用于處理工業危險廢物；機械爐排由于活動件多，設備維修較為復雜，投資也較高，多用于處理生活垃圾；對于10 t/d以下的焚燒爐，熱解氣化爐應用較多。

回轉窯焚燒爐主體部分為臥式的鋼制圓筒，圓筒與水平線略傾斜安裝，進料端略高于出料端，筒體可繞軸線轉動。運行時廢物從較高的一端進入，焚燒殘渣從較低一端排出。與余熱鍋爐共同使用可以回收熱分解過程中產生的大量能量，能量額定值非常高。回轉窯能有效處理各種不同物態（固體、液體、半固體等）的危險廢物，對焚燒廢物的適應性強，技術成熟，運行可靠，且運行操作相對簡單，可較好滿足各種危險廢物焚燒在進料、出渣、燃燒完全等方面的要求。

此縣焚燒處理的危險廢物，有固態、半固態和液態，因此要求焚燒爐爐型對需處理的物料有廣泛的適用性和靈活性［3］。根據本工程特點，選擇回轉窯焚燒爐較為合適。

2.2 煙氣凈化工藝選擇

焚燒法處理廢物后產生的煙氣雖經余熱回收，但為控制二惡英類物質的重新生成，余熱鍋爐出口煙氣溫度要控制在550℃左右，加之煙氣中含一定量的粉塵、有毒氣體（氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳、氯化氫等）、二惡英類物質及重金屬汞、鎘、鉛等，為防止焚燒產生的煙氣對大氣環境造成二次污染，必須對煙氣進行凈化處理。針對不同煙氣成分及不同的環境質量控制要求，選用不同的煙氣凈化系統。去除煙氣中各種成分的常見方法有干式洗滌塔、半干式洗滌塔、濕式洗滌塔、靜電除塵及布袋除塵，煙氣中有的成分選用單獨一種方法即可，有的成分則需幾種方法組合使用。

⑥后期維護便利性。治理工程后期維護要方便簡捷，工程不需要頻繁維護，工程在遭到簡單破壞后能完成自我修復。

綜合考慮危險廢物的種類、成分、規模、污染物排放標準、設備投資、運行成本以及操作的難易程度，本工程采用半干法和干法相結合的煙氣處理系統，達到凈化酸性氣體（SO2、HCl、HF等） 和吸附煙氣中二惡英、汞的目的。具體煙氣凈化工藝為“急冷塔+半干反應塔+干式脫酸塔+布袋除塵器”。

綜上所述，本工程采用“回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+半干反應塔+干式脫酸塔+布袋除塵器”的危險廢物焚燒處理工藝。詳細工藝流程如圖2所示。

圖2 焚燒工藝流程

3 回轉窯焚燒爐設計

焚燒處理只有在足夠高的溫度、足夠的氣體停留時間和良好的湍流接觸及過量氧（6%～10%）存在等條件下才能達到完全無害化燃燒。該過程可以分2步完成，先在轉窯內使廢物經過干燥、氣化、燃燒這一溫度較低的過程，分離灰渣后，煙氣再在一個固定的爐內（即二燃室）高溫燃燒。如一次性完全燃燒則要求回轉窯容積大，耐溫高而且造價高，運行能耗也大。所以本工程采用“回轉窯+二燃室”2步走的工藝方法。

3.1 熱力計算

物料平衡與熱平衡的計算以危險廢物中的碳、氫、硫等可燃元素和空氣中氧的化學反應方程式為依據，并假定焚燒所需空氣為干空氣、所需空氣和生成的煙氣均為理想氣體，空氣量以1 kg的危險廢物為計算基礎。

1）理論空氣量的計算公式為：

2）理論煙氣量的計算公式為：

當過量空氣系數α＞1且完全燃燒時，實際煙氣的成分只比理論煙氣（α＝1） 多出1項：過剩空氣。回轉窯焚燒爐的總過量空氣系數通常維持在1.1～1.5，以促進固體可燃物與氧氣的接觸［4］。

3.2 回轉窯

3.2.1 容積熱負荷

危險廢物焚燒回轉窯的容積熱負荷通常為（4.2～104.5） ×104kJ/(m3·h)。目前確定回轉窯尺寸采用的方法是：首先，根據危險廢物的成分計算出廢物的熱值，再根據廢物的處理量確定出每小時廢物在回轉窯內燃燒所產生的熱量，然后根據選定的容積熱負荷確定回轉窯的容積，最后結合回轉窯的長徑比，確定回轉窯的尺寸。

3.2.2 停留時間

危險廢物在回轉窯內的停留時間可用下列公式估算：

式中：θ為固體停留時間，通常為0.5～2 h；L為回轉窯長度，m；Di為回轉窯焚燒爐內徑，m；L/Di的比值為3～5；N為回轉窯焚燒爐轉速，通常為0.2～2 r/min；S為回轉窯焚燒爐傾斜度，為1°～2°。

各類危險廢物必須經預處理和配伍才能送入回轉窯焚燒。適當的預處理和良好的摻混配比對危險廢物在回轉窯內的安全、有效焚燒十分必要，并有助于控制污染物的生成［5］。固體廢物經電動橋式抓斗起重機混料后，抓起送入焚燒系統進料斗中，位于料斗下方的板式給料機將廢物均勻送入回轉窯內；半固體桶裝物由布置在窯頭的密封上料系統提升后送入回轉窯內焚燒；固體、半固體廢物入爐焚燒穩定后，液體廢物通過液體進料噴槍噴入回轉窯內焚燒。

3.3 二燃室

設置二燃室的目的是使從回轉窯出來的未完全燃燒的顆粒物在此進一步燃盡。為了避免輻射和二燃室外殼過熱，二燃室設計成由鋼板和耐火材料組成的圓柱筒體。根據焚燒理論，煙氣充分焚燒的原則是3 T＋1 E原則，即保證足夠的溫度（危險廢物焚燒爐＞1100℃）、足夠的停留時間（危險廢物焚燒爐1100℃時＞2 s）、足夠的擾動（二燃室喉口用二次風或燃燒器燃燒讓氣流形成漩流）、足夠的過剩氧氣，其中前3個作用是由二燃室來完成。在二燃室下部設置二次風和2個組合燃燒器，保證二燃室煙氣溫度達到標準以及煙氣有足夠的擾動。回轉窯本體內少量沒有完全燃燒的氣體在二燃室內得到充分燃燒。

二燃室設置緊急排放閥，在發生緊急停爐條件時，開啟急排煙囪，煙氣由二燃室頂部排到大氣中。急排煙囪頂端安裝氣動排煙閥，在每次排煙后能恢復原位。排煙口采用水封，防止在二燃室正常運行時煙氣泄漏。

4 工程實例分析

本工程采用“回轉窯+二燃室+余熱鍋爐+急冷塔+半干反應塔+干式脫酸塔+布袋除塵器”的焚燒處理工藝。焚燒系統設計處置能力1250 kg/h，危險廢物配伍后低位熱值為14630 kJ/kg。

回轉窯采用順流式，溫度控制在850℃左右，危險廢物經過60 min左右的高溫焚燒被徹底焚燒成高溫煙氣和灰渣，爐渣熱酌減率＜5%。由于危險廢物物料的波動性，焚燒時間長短不一，焚燒爐需要較大程度的調節，設計轉速為0.2～1.0 r/min。為保證物料向下的傳輸，回轉窯必須保持一定的傾斜度，本焚燒爐傾斜角度為2°。焚燒后的爐渣由窯尾排出，落入出渣機內，爐渣經冷卻降溫后由出渣機帶出，運至固化車間處理。

焚燒產生的煙氣，由窯尾進入二燃室。根據設計計算，二燃室內溫度始終維持在1100℃以上，煙氣在二燃室內停留時間將大于2 s，在此條件下，煙氣中的二惡英和其它有害成分的99.99%以上將被分解掉。

根據過量空氣系數α=1.5，計算得出焚燒煙氣量為11536 m3/h，焚燒爐物料平衡如圖3所示。

圖3 焚燒爐物料平衡

回轉窯焚燒爐焚燒產生煙氣量11536 m3/h，經余熱回收、煙氣凈化達標后由引風機引入煙囪排向大氣。

5 結論

回轉窯焚燒爐能有效處理不同種類的危險廢物，根據現有工程檢測結果，焚燒殘渣的熱灼減率＜5%，燃燒效率＞99.9%，飛灰去除率＞99.99%，煙氣中一氧化碳、二氧化硫、二惡英類的排放濃度分別＜80mg/m3、＜300mg/m3、＜0.1T EQng/m3，滿足GB18484—2001危險廢物焚燒污染控制標準。

［1］ 王少權，呂自強，王輝，等.危險廢物焚燒煙氣凈化工藝研究［J］.能源環境保護，2012，26（2）：30-32.

［2］ 陳強.回轉窯焚燒系統處理危險廢物［J］.福建環境，2003，20（6）：65-67.

［3］ 周苗生，李春雨，蔣旭光，等.危險廢物焚燒處置煙氣達標排放研究［J］.中國環保產業，2011（1）：30-33.

［4］ 陳敬軍.危險廢物回轉窯焚燒爐的工藝設計［J］.有色冶金設計與研究，2007，28（2/3）：81-87.

［5］ 岳強，范亞民，耿磊,等.危險廢物焚燒工程煙氣治理工藝設計［J］.環境衛生工程，2012，20（4）：28-30.