專業回轉窯焚燒與水泥窯協同處置技術的差異分析

文_葉新國 廣東鴻發環境投資有限公司

目前，危險廢物的處置越來越多樣化，而在最終處理方面，焚燒是減量化及無害化程度最高的手段，在危廢焚燒領域逐步形成以東江環保等為代表的回轉窯專業焚燒處置技術和以海螺創業等為代表的水泥窯協同處置技術。兩種技術均重在關注廢物的精確配伍問題，尤其是水泥窯協同處置技術，處置廢物以不影響水泥的產量和質量為前提，其對硫、氯、氟、重金屬等要求更為苛刻。水泥窯協同處置，是依托水泥熟料燒制系統對危險廢物進行協同焚毀處置，因此掌握水泥燒成工藝對協同處置廢物工藝設計至關重要。

1 危險廢物的焚燒處置技術

1.1 回轉窯專業焚燒技術

為確保危險廢物的徹底焚毀，相關標準規定，燃燒時需要達到以下幾個指標：①二然室出口溫度≥1100℃。②煙氣停留時間（1100℃）≥2Sec。③煙氣含氧量≥6%。此外，目前國內專業焚燒系統一般以200～500℃溫度范圍的煙氣一般采取急冷措施，防止二噁英的再次生成，目前主流的回轉窯專業焚燒系統如圖1所示。

固態及低熱值廢液從窯頭進料，固態廢物在窯內旋轉過程中與空氣充分接觸燃燒，窯出口煙氣溫度一般為850～950℃；在二燃室段，由于補充高熱值廢液，煙氣溫度達1100℃以上，在此溫度下，NOX以燃料型為主，因此過量的空氣不會造成NOX的大幅增加。

1.2 水泥窯協同處置技術

水泥窯協同處置主要是依托熟料燒成系統增加進料系統。根據廢物的物性不同，一般分為生料磨進料、窯頭廢液噴槍進料、窯頭氣力輸送進料、分解爐進料等，其中分解爐進料是主要進料點，溫度在900℃左右，見圖2。相較于專業焚燒技術，水泥窯協同處置危險廢物具有以下幾個優點：①其熱負荷大，處置能力為專業回轉窯的2～5倍；②廢物處置噸成本低，一般為專業回轉窯的1/3～1/5；③處置不產生爐渣飛灰等二次污染物。

2 水泥窯協同處置與專業回轉窯焚燒的異同分析

2.1 主要熱源來源不同

水泥窯協同處置的熱源主要來自煤粉的燃燒放熱，廢物熱量占總體熱負荷的2%～3%，表1為某水泥廠5500t/d熟料生產線協同處置廢物熱量來源計算。

表1 水泥窯協同處置系統熱量計算

專業焚燒熱源主要來源于所焚燒的廢物的熱值，一般來講，當廢物平均熱值≥3300kcal，且含水率≤25%時，可滿足二燃室溫度≥1100℃的要求，如圖3所示。當廢物平均熱值降低或者含水率升高時，通常需要額外補充天然氣或柴油，從而保證燃燒的溫度要求。

2.2 物料經過的溫度區間不同

無論是水泥窯焚燒系統還是回轉窯焚燒系統，物料均可分為廢物及產生的煙氣，二者物料所經過的溫度區間如圖4所示。

由于回轉窯內溫度不高、風量及停留時間不足，熱灼減率一直是回轉窯運行中難點；在水泥窯系統處置中，大部分廢物分別經過分解爐后進入水泥窯，水泥窯內最高溫度可達1450℃，遠高于回轉窯，且廢物在水泥窯內停留時間更久，因此水泥窯系統更容易控制廢物熱灼減率。此外，由于煙氣經過1100℃的高溫作用及過量氧環境氛圍，專業焚燒技術的焚毀去除率更有保障。

2.3 窯內反應原理不同

專業回轉窯內主要發生的氧化燃燒放熱反應，設計空氣過量系數1.5以上；水泥窯內主要發生的是碳酸鹽的分解及產生3CaO·SiO2等的化合反應，為非氧化反應、吸熱反應。此外，水泥窯內高溫段溫度可達1450℃，為防止熱力型NOX的大量生成，水泥窯主體段內一般為缺氧環境，表2為某水泥廠懸浮預熱器段O2及CO濃度分布情況。

表2 某水泥廠懸浮預熱器段煙氣參數

從表2可知，在整個懸浮預熱器段測試的O2濃度都較低，尤其在C5段，此處離分解爐段的煤粉投加點最近，由于缺氧而產生大量的CO，雖然在分解爐段補充三次風， CO在懸浮預熱器段被氧化成CO2，在C2段測試的CO的濃度大大降低，但不完全氧化的概率仍高于專業焚燒系統。

3 結論

（1）水泥窯協同處置技術不依賴廢物的熱值，對于低熱值廢物或低熱值廢物，尤其是無機工業固廢具有很好的資源化效果。而專業回轉窯焚燒對硫、氯、重金屬的敏感性低于水泥窯協同，因此水泥窯協同處置與專業焚燒窯可形成相輔相成的關系，從而實現廢物的最優化的處置方式。

（2）兩種技術最大的區別之一在于窯內的氧氣環境，由于缺氧環境，水泥窯協同處置的固體廢物在水泥窯內更有可能首先發生的高溫熱解過程，產生CO、H2及小分子烴類等煙氣，缺氧環境及未采取急冷措施將不利于對二噁英的控制。

（3）以某水泥廠5500t/d熟料生產線為例，實際消耗5200kcal/kg煤粉約32t/h，按過量空氣系數按1.05，實際所需空氣量214000Nm3/h；當協同處置10萬t/a危險廢物后，計算消耗5200kCal/kg煤粉約31t/h，共需空氣量235000Nm3/h，較協同處置前大10%。可以考慮適當降低窯頭去余熱鍋爐煙風量，增加窯尾三次風量，這對于控制窯尾排氣筒總有機碳（TOC）意義重大。

（4）兩種技術在燃燒控制方面各有優勢，水泥窯更有利于廢物熱灼減率的控制，回轉窯更有利于有機物的焚毀去除率。