危廢焚燒項目烘煮爐的研究

劉青　曾忠強　吳恒　周清

〔摘 要〕以100 t/d處理量的廣東某危廢焚燒項目為例，闡述危廢焚燒項目烘煮爐的必要性，詳細研究烘煮爐工藝流程以及操作過程，分析烘煮爐的能源消耗、實際效果。實踐證明，按照國家標準規范烘爐曲線和要求進行的烘煮爐工藝，能有效地延長耐材壽命，清除爐內油垢、銹斑和氧化鐵屑。

〔關鍵詞〕危廢焚燒；回轉窯；余熱鍋爐；烘煮爐

中圖分類號：X705? ? 文獻標志碼：Ｂ? 文章編號：1004-4345（2024）02-00４３-0４

Research on Heating up of Furnace for Hazardous Waste Incineration Project

LIU Qing1， ZENG Zhongqiang2， WU Heng1， ZHOU Qing1

（1. China Nerin Engineering Co.， Ltd.， Nanchang， Jiangxi 330038， China;

2. Zhonghao Chenguang Research Institute of Chemical Industry Co.， Ltd.， Zigong， Sichuan 643200， China）

Abstract? Taking a hazardous waste incineration project with a processing capacity of 100 t/d in Guangdong as an example， this paper introduces the necessity of heating up of furnace for the hazardous waste incineration project， makes a detailed study of the process flow and operation of furnace heat up， and analyzes the energy consumption and actual effect of furnace heat up. Practice has proven that， the process of heating up of furnace strictly follows the scientific heat-up curve and national standard codes， which can effectively extend the service life of refractory materials， remove oil dirt， rust and iron oxide chips in the furnace， and lay the foundation for the stable operation of the rotary kiln.

Keywords? hazardous waste incineration; rotary kiln; waste heat boiler; heating up of furnace

目前，我國危廢大都采用回轉窯焚燒配合余熱鍋爐技術處置，技術日益成熟。然而，我國危廢處置技術起步相對較晚，缺乏后期運行管理經驗，導致設施運行時長、安全問題逐漸凸顯。為此，開展危廢處置設施的運行優化研究具有重大意義。烘煮爐是危廢焚燒設施投運前的重要工序，本文擬結合廣東省某危廢處置中心危險廢物焚燒處置工程對烘煮爐技術的具體應用進行研究，以期為優化工藝操作、提高生產效率、延長設備壽命提供參考。

1? ?危廢焚燒項目烘煮爐的必要性

《國家危險廢物名錄》（2021年版）將危廢分為50大類，并按照行業來源、危廢順序、危險廢物類別賦予其代碼。國內外危廢處置方法主要包含物理處置、化學處置、生物處置、穩定/固化處置、熱處置以及安全填埋處置等[1-2]。目前，我國大都采用的是熱處置技術，即利用回轉窯高溫焚燒危廢實現減量化[3]。高溫焚燒處置危廢燒出來的飛灰經過穩定固化后通常運入填埋場實現無害化，再配合余熱鍋爐進行余熱回收實現資源化。此技術因符合危險廢物污染防治原則已逐漸成為國內危廢焚燒的主流技術，而回轉窯、二燃室、鍋爐作為熱處置技術的核心設備，直接決定著危廢處置效果和熱轉化效率。

這些設備中的耐火材料、保溫材料及保溫灰漿等在施工后通常會夾帶大量的水分。如果提前不做處理，投產后隨著爐內溫度的迅速升高，可能會引起大量水分蒸發，而導致耐火材料強度降低，繼而縮減耐火材料的使用壽命。烘爐即是通過在不同溫度下對耐火層、保溫層進行持續加熱和恒溫烘烤，使其中的水分逐漸蒸發，直至干燥為止。烘爐能有效保證各設備在正常運行的同時，使耐火材料陶瓷化，最大限度地發揮耐火材料的性能，使其滿足各設備正常運行要求的物理、機械性能。

另外，余熱鍋爐安裝后，其受熱面管系集箱及汽包的內壁容易產生油銹以及少量堅硬的附著物，導致受熱面的導熱系數減少，降低鍋爐熱效率，致使水質不達標。由此可見，烘煮爐是危廢項目核心設備正式投產前至關重要的一個步驟[4-5]。

2? ?烘煮爐實踐分析

2.1? 項目概況

廣東省某危廢處置中心的危險廢物焚燒處置工程包括廢液泵送、燃油儲存及泵送、危險廢物進料系統、危險廢物爐窯焚燒系統、煙氣余熱回收系統、煙氣凈化、排放監測系統以及其他輔助系統。設計規模為100 t/d（平均4 167 kg/h）的回轉窯焚燒生產線。回轉窯和余熱鍋爐基本參數分別見表1。

2.2? 工藝流程

點火前，先檢查回轉窯和余熱鍋爐是否具備烘煮爐條件，完成燃燒器、回轉窯、引 （鼓） 風機、液壓站、窯頭冷卻水泵、鍋爐給水泵、急冷泵、洗滌泵等關鍵設備的冷態試車，并對相關操作人員進行烘煮爐操作及安全培訓。

本項目烘煮爐燃料采用柴油。點火前，將鍋爐加水到正常運行水位，啟動引風機和冷卻水泵，確定設備能正常運行后點燃回轉窯燃燒器，系統開始升溫。轉窯和二燃室的溫度按照烘煮爐曲線維持，通過增減燃料量及供風量來控制爐膛的溫度，回轉窯溫度須達到300 ℃以上。烘煮爐中產生的煙氣經過余熱鍋爐冷卻后，進入半干法脫酸塔、干式脫酸塔進一步降低溫度，控制溫度在190～200 ℃，經過布袋除塵器、預冷器、兩級濕式脫酸塔、GGH和引風機后由煙囪排放大氣。隨著回轉窯和二燃室溫度的升高，按要求逐步啟動系統設備、轉動回轉窯，并定時巡檢。

2.3? 烘煮爐前的準備

在烘煮爐前需要檢查以下：1）各待運行設備是否注滿油脂；2）各設備能否正常運行；3）管路中的氣體、水分和雜質等是否排凈；4）各電路接線是否符合要求；5）系統調試用水、輔助燃料、煮爐藥劑是否準備完畢。

2.4? 烘煮爐過程

回轉窯砌體的主要材料是高鋁磚、莫來石磚、高鋁澆注料等。根據回轉窯砌體的特點，典型烘爐曲線如圖1所示。

按照圖1，該廠于2022年11月22日—30日進行了8 d的升降溫及保溫操作：

1）22日上午10∶08分窯點火，當晚22∶08回轉窯升溫至150 ℃。每隔2 h啟動輔傳電機80 s，轉窯1/4圈；撈渣機每隔2 h啟動運行3 min。

2）22日22∶08—24日10∶08，回轉窯在150 ℃下保溫36 h。在此期間，11月23日16∶00—18∶00，鍋爐進行加藥，分別投加氫氧化鈉和磷酸鈉各125 kg；同時，開啟循環水泵，轉窯時間縮短為1 h/次。急冷塔噴槍霧化氣切閥已打開；余熱鍋爐對空排已關閉。

3）24日10∶08起，回轉窯開始升溫，至24日晚22：08，溫度升至250 ℃。期間回轉窯連續運行。11∶40開啟鍋爐排污；17∶40取樣前進行一次鍋爐排污；由于鍋爐排污會帶走一定的熱量，回轉窯溫度會下降，因此需要通過升溫將回轉窯溫度維持在250 ℃。

4）24日22∶08—25日22∶08，回轉窯于250 ℃下保溫24 h。期間25日12∶08開始每隔2 h啟動鍋爐放灰鉸刀；與此同時，關閉汽包對空排，使用分氣缸排空。25日16∶30補充柴油，柴油液位從556 mm升至2 247 mm。

5）25日22∶08起，回轉窯繼續升溫，至26日9∶35，溫度升至350 ℃。08∶43鍋爐定排１次，08∶53結束并取樣；10∶50鍋爐定排１次，11∶00結束并取樣；12∶40鍋爐定排１次，12∶50結束并取樣；14∶04鍋爐定排１次；17∶15鍋爐定排１次并取樣，19∶30鍋爐開始保壓（1.0 MPa），同時調整柴油泵出口回流壓力。

6）26日０9：35—27日22∶08，回轉窯在350 ℃下保溫36 h。在此期間，27日08∶44進行鍋爐定排１次，并取樣；09∶30進行鍋爐換水，接著分別于10∶19、11∶54、13∶50、16∶00各取樣1次。排放的鍋爐廢水用濕法廢液罐收集。在此期間，于27日12∶00補充柴油1車，柴油液位由445 mm升至2 558 mm。

7）27日22∶08回轉窯繼續開始升溫，至28日10∶08，升溫至550 ℃。因柴油量不足，于28日16∶40進柴油1車，使柴油液位從760 mm升至2 735 mm。

8）28日10∶08—29日10∶30回轉窯于550 ℃保溫24 h。29日10∶08進行鍋爐定排，10∶30回轉窯開始降溫。30日０3∶00起柴油燃燒機停止加熱，回轉窯開始自然降溫，10∶00 回轉窯下降至常溫，烘煮爐結束。

從整個烘煮爐過程中可以看出，第1～2階段主要是完成回轉窯砌體中游離水的蒸發。第2～6階段主要是消除回轉窯砌體中水分蒸發引起的膨脹及熱應力進而蒸發結晶水。考慮到所用材料的膨脹系數較大，為了讓材料膨脹均勻且穩定，因此該階段升溫速度降低，耗時較長。階段7主要是完成結晶水的蒸發，促進回轉窯砌體材料晶型轉化和聚合作用。階段8則為降溫階段，為保證砌體強度應避免初期大量冷空氣進入爐膛。

2.5? 結果分析

1）能源消耗分析。該項目烘煮爐歷時8 d，消耗柴油總計61 847 kg，其中回轉窯柴油用量為47 721 kg，二燃室1口柴油用量為10 593 kg，二燃室2口柴油用量為3 533 kg。消耗電量總計111 094.8 kWh。具體每日能源消耗見圖2。

由圖2可知，隨著烘煮爐溫度的升高，能源消耗逐漸遞增。

2）烘爐分析。烘煮爐結束后，技術人員繪制的實際升溫曲線見圖3。烘煮爐結束后耐材狀況見圖4。

結合圖4可以看出，圖4（1）中耐材表面存在較大的裂縫且局部出現龜裂，而圖4（2）～圖4（4）中耐材表面無裂縫及龜裂現象發生。分析認為，圖4（1）出現較大裂縫的原因可能是更靠近回轉窯前端的燃燒器，受溫度影響最大。而烘煮爐剛開始控溫沒控制好，導致初始升溫較快，內部的游離水分擴散速率低于表面蒸發速率。內部的水分蒸發產生膨脹導致耐材收縮發生偏移和龜裂，削弱了耐材強度。針對這種情況，需要對松動的耐材用鎖縫鋼板緊固，裂縫較大的則用耐火澆注料填縫以滿足投產需求。

3）煮爐分析。鍋爐水質需要滿足《工業鍋爐水質》（GB/T 1576—2018），主要待測項目見表3。

烘煮爐期間技術人員對鍋爐水采取定期抽樣的方式送入檢測中心檢測，取得數據處理后繪制的變化曲線見圖5。

從圖5可知，剛開始煮爐時投加的氫氧化鈉和磷酸鈉會導致磷酸根離子和總堿度的數值很高，但隨著后期的排污補水提升了水質，最終磷酸根質量濃度為18.8 mg/L，優于表3中10～30 mg/L的要求。總堿度為6.6 mmol/L，優于表3中12.0 mmol/L的標準。

除此之外，打開空氣門、汽包人孔門，檢查汽包內壁銹蝕及油污情況。檢查發現，鍋筒集箱內壁無油漬、無銹斑存在，且形成了一層呈黑亮色的磷酸鈉保護膜，說明此次煮爐合格。

3? ?結論

本文結合廣東省某危廢處置中心廢物焚燒處置工程回轉窯焚燒爐、余熱鍋爐烘煮爐的具體過程，對烘煮爐的技術要求、能源消耗以及效果進行了詳細分析。本項目烘爐、煮爐過程嚴格按照烘煮爐方案進行，回轉窯、二燃室、余熱鍋爐耐材烘烤符合規范要求。烘爐后，各部位檢查發現除窯內部分耐材需要整改外，其他狀態基本良好。煮爐后，爐內表面清潔，無油垢和銹斑，無殘留的氧化鐵屑，焊渣內表面無二次浮銹。

參考文獻

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收稿日期：2023-06-13

基金項目：江西省重點研發計劃項目“高含可溶性鹽類危險廢物的資源化利用技術與工藝研究”（項目編號：20203BBG72W012）

作者簡介：劉青（1988—），男，高級工程師，主要從事危險廢物處理工程設計工作。