化工園區危險廢物回轉窯焚燒系統概述

　　隨著社會和經濟的發展，工業廢物特別是危險廢物的數量和種類不斷增多，已引起政府和公眾的極大關注。危險廢物的隨地排放和不合理處置會危害人們的健康，長期積累將嚴重破壞人類賴以生存的生態環境，其破壞程度遠大于生活垃圾。危險廢物已成為世界性范圍的突出公害，積極開發新技術、新工藝、新設備，開展對危險廢物的集中管理和綜合處置，減少和消除其污染已是當務之急。國家《“十二五”危險廢物污染防治規劃》中提出:“統籌推進危險廢物焚燒、填埋等集中處置設施建設，各省(區、市)應將危險廢物焚燒、填埋等集中處置設施納入污染防治基礎保障設施，統籌建設；要落實責任主體，確保完成《設施建設規劃》內相關項目建設任務。”

　　集中式化工園區會產生較大量的危險廢物，種類多為HW06(有機溶劑廢物)、HW09(油\水\烴混合物)、HW11(精蒸餾殘渣)、HW13(有機樹脂類廢物)、HW39(含酚廢物)、HW40(含醚類廢物)、HW42(廢有機溶劑)、HW49(其他廢物)、HW50(廢催化劑)。這些廢物在國家危險廢物名錄中都有明確的定義。現行的危險廢物處理方法主要有焚燒和安全填埋兩種方法。根據HJ2042—2014《危險廢物處置工程技術導則》中的要求，上述類別的廢物均宜進行焚燒處理。焚燒處理不僅可以實現廢物的減量化和無害化，還可以對煙氣余熱進行回收利用。

　　在國內外工業危險廢物焚燒技術中，應用較多的裝置有回轉窯焚燒爐、機械式爐排爐和熱解氣化爐等。回轉窯焚燒爐是最適用于處理工業危險廢物的裝置；機械式爐排爐由于爐排自身活動部件較多，較易腐蝕，設備維修復雜，投資較高，多用于焚燒生活垃圾；熱解氣化爐應用于處理量較少的情況，如10t/d以下的廢物焚燒。本文主要對回轉窯焚燒工藝進行論述。

圖片來源于網絡

　　一、總體工藝路線

　　整個系統工藝設計必須滿足如下條件:廢物必須經過高溫燃燒，以徹底焚毀有毒物質；煙氣中的有毒有機物也必須徹底在高溫下燃盡(《危險廢物焚燒污染控制排放標準》規定二次燃燒室焚燒溫度應大于1100℃，停留時間不低于2s)；尾氣、殘渣、污水、飛灰的妥善處理和達標排放；處理全過程無接觸、無泄漏、無污染；焚燒設備保證氣密性，防止有害物質的泄漏；為了避免裝、出料的二次污染和頻繁啟、停爐造成的煙氣中二噁英超標，系統必須能夠連續不間斷地運行。

　　化工園區中的危險廢物由專用運輸車輛運至廠區暫存庫。從廢物形態上看，可分為固體廢物、半固體廢物和液體廢物。可焚燒的固體、半固體危險廢物經破碎預處理后，由料坑抓斗送入回轉窯焚燒爐。可焚燒的廢液泵送至廢液罐區，置于儲罐內存儲，經過多級過濾后，通過廢液噴嘴噴入回轉窯焚燒爐或二燃室進行焚燒處理。

　　回轉窯及整個焚燒系統均在負壓狀態下運行。回轉窯分為低溫和高溫兩段燃燒區域。廢物在回轉窯低溫段內與空氣接觸，在可調節氧含量的環境中完成加熱、干燥、燃燒過程；在高溫段完成揮發及燃盡過程。廢物在揮發分揮發氣化的同時進行燃燒，揮發產生的大量可燃氣體在回轉窯內未完全燃燒的情況下進入二燃室，在過量燃燒空氣的作用下完成完全燃燒。廢物燃盡后產生的灰渣掉進水封刮板出渣機，經水淬冷卻后排出。回轉窯高溫段焚燒溫度控制在850～1000℃，廢物在窯內的停留時間大于1h。二燃室燃燒溫度需達到1100℃，且煙氣在高溫區停留時間大于2s，以保證有害物質在高溫下充分分解。當溫度低于1100℃時，增加二燃室燃燒器的輔助燃料噴入量，以確保爐溫升至1100℃以上。

　　回轉窯和二燃室燃燒所用的空氣通過助燃風機供給，采用變頻調節，使廢物的燃燒處于較佳狀態。同時，當余熱鍋爐煙氣溫度為900～1050℃時，在水冷壁上均勻噴灑尿素溶液，以熱力脫硝工藝去除爐內部分NOx。

　　從二燃室出來的1100℃煙氣進入余熱鍋爐，進行余熱回收，同時利用煙氣熱量產生飽和蒸汽，余熱鍋爐出口煙氣溫度約為550℃。從余熱鍋爐出來的煙氣進入急冷塔，并將鍋爐排污水、二級洗滌塔排污水和自來水送入急冷塔內，使煙氣溫度在1s內迅速降至200℃以下，以減少二噁英的再合成。經急冷降溫后的煙氣進入干式脫酸系統進行脫酸處理，即在布袋除塵器入口煙道上噴入消石灰和活性炭，吸附煙氣中的酸性氣體、重金屬、二噁英等有害物質。經脫酸處理后的煙氣隨后進入袋式除塵器，煙氣中的飛灰被捕獲后以干態形式排出。除塵后的煙氣經過兩級洗滌塔脫除煙氣中的HCl，HF，SO2等酸性氣體，再經除霧器除霧后，由引風機進入煙氣加熱器，最后通過煙囪排入大氣。該焚燒系統可分為廢物預處理系統、燃燒系統、余熱回收系統及煙氣處理系統，具體如圖1所示

　　二、廢物預處理系統

　　2.1廢物預處理

　　危險廢物由專用運輸車輛運至廠區暫存庫，并進行化驗和分類。將需要進行破碎預處理的危險廢物用叉車轉運至預處理車間的進料準備區，通過水平傳送帶和提升機將其送入廢物破碎間的進料口。桶裝廢棄物通過托盤送入被氮氣填充的破碎間，當破碎間內氧氣含量較低時(<7%)，桶裝廢棄物通過落料槽落到粉碎塔的刀片上，托盤通過回收系統返回進料準備區，循環使用。破碎后的廢物經螺旋輸送機送入料坑中存儲。

　　卸料站和罐區可供廢液和柴油的卸料和暫存使用，并根據進料的廢液性質設置卸料和存儲分區。

　　2.2廢物進料系統

　　廢物進料系統主要包括固體和半固體廢物進料裝置及廢液進料系統。

　　(1)固體和半固體廢物進料裝置 破碎后的廢物存儲在料坑中，由抓斗送至回轉窯。進料形式有推桿進料、溜槽進料和螺旋輸送進料。工程實踐證明，溜槽進料可以防止回火、堵塞，且能夠防止廢物在進料裝置中產生粘結、結焦。

　　(2)廢液進料系統 主要由廢液過濾系統、廢液輸送系統、廢液霧化噴入系統及有關的控制、維護等輔助設備組成。在廢液送入噴嘴前必須經過預處理，去除廢液中的固體雜質，以便于泵的輸送和噴嘴的霧化。由于危險廢物處置接受的廢液來源較為廣泛，種類極為復雜，多為廢礦物油、有機溶劑和乳化液類。該類廢液大多含有顆粒物質，因此必須對廢液進行過濾，除去雜質，使其所含固體粒徑降低至合適水平以下。有些液體廢物黏度較高，還需在罐區設置伴熱保溫措施，以保證廢液不在輸送系統中堵塞。在設備調試過程中確定伴熱溫度，如果伴熱溫度過高，廢液中某些沸點低的組分就會揮發出來，形成氣液兩相流，對下游的焚燒設備及輸送系統產生危害。

　　三、燃燒系統

　　廢物的焚燒處理只有在特定的工況下才能保證完全燃燒，即足夠高的溫度、足夠長的停留時間、良好的湍流接觸，以及過量的氧氣含量。該過程在回轉窯燃燒系統中一般是分成兩步完成。首先，廢物進入窯內進行干燥、氣化及燃燒，這一過程中溫度較低，廢物中的有機成分可以充分揮發；然后，帶有大量有機成分的煙氣進入下游二燃室進行充分燃燒，燃盡后的灰渣落入二燃室下方的除渣機中。上述工藝為常用的廢物燃燒處理工藝。

　　3.1 回轉窯

　　各類廢物均須通過預處理和合適的配伍才能送至回轉窯，因此良好的預處理和配伍摻混對廢物在窯內穩定安全的焚燒是十分重要的[5]。固體廢物由抓斗起重機送入輸送機中，并通過輸送機定量送入窯前溜槽中滾入窯內。廢物依靠窯筒體的斜度和窯的轉動在窯內攪拌混合。物料在燃燒的過程中與助燃空氣充分接觸，完成干燥、燃燒和燃盡的全過程，最后將燃盡的灰渣排出。廢棄物中的不可燃燒部分(灰渣)將逐漸移向轉窯末端的出渣口，灰渣滯留時間為60～150min。

　　回轉窯的運行溫度范圍為800～1050℃，建議運行溫度為950℃，以防止灰分熔融結渣。若廢物中的堿金屬含量較高，應適當降低運行溫度，以延長窯內耐火材料的使用壽命。當發生回轉窯內溫度過高、燃燒器意外熄火、爐膛壓力過高或進料裝置消防緊急動作等情況時，都將導致廢物進料的中止。如果回轉窯內沒有足夠的氧氣，則不允許廢物進料，這樣可以確保有機物的充分燃燒。同樣，如果爐內溫度低于預設限度時，也將導致進料裝置停止進料。

　　3.2 二燃室

　　為保證回轉窯出來的煙氣中未燃盡的有機成分能夠在二燃室中充分燃燒，在進行二燃室的工藝設計和選型時，應滿足以下要求:煙氣溫度可以達到1100℃以上，煙氣停留時間在2s以上；頂部設置緊急排放煙囪，在發生緊急停爐情況時，可以開啟煙囪，將煙氣排入大氣，以保證下游設備的安全，且在每次排煙后，能夠自動恢復原來位置。經回轉窯及二燃室焚燒后的灰渣熱灼減率應小于5%，燃燒效率應大于99.9%。

　　四、余熱鍋爐系統

　　二燃室出口處的煙氣溫度為1100℃以上，為了滿足后續階段中煙氣處理對溫度的要求，減少二噁英的再合成，提高重金屬在灰塵顆粒上的凝結度，采用膜式壁鍋爐降溫法。從二燃室出來的1100℃煙氣進入余熱鍋爐內，通過與鍋爐水充分換熱，降溫至550℃。利用煙氣熱量產生過熱蒸汽，供內部及廠區外使用。該蒸汽鍋爐既可以降低尾氣溫度，又能充分利用焚燒產生的熱能。鍋爐采用閉式循環，由軟化裝置、除氧水裝置、給水泵等設備提供符合鍋爐要求的除氧軟化水。

　　余熱鍋爐產生的蒸汽可并入園區蒸汽管網，按照平均每噸蒸汽200元的價格，一臺蒸發量為8t/h的鍋爐，約3個月即可收回建設成本。

　　由于焚燒產生的煙氣中含有腐蝕性氣體(如HCL和HF)，因此在設計鍋爐時必須考慮長期運行時的耐腐蝕性，并在鍋爐材料的選擇，以及煙氣溫度和蒸汽溫度的控制方面做特殊的處理。另外，由于煙氣中含有灰分，而這些灰分在高溫狀態下呈熔融狀態且具有很大的黏性，因此應通過輻射將煙氣溫度降至灰分的熔點以下，從而避免受熱面因灰分粘結而受到腐蝕，以及鍋爐效率下降的不利情況。

　　爐內脫硝采取選擇性非催化還原技術。該技術是將尿素等還原劑噴入余熱鍋爐內與NOx進行反應，脫除煙氣中的氮氧化物。還原劑噴入爐膛溫度為900～1050℃的區域，迅速熱分解成NH3，與煙氣中的NOx反應，生成N2和H2O。煙氣中的氧氣卻極少與還原劑發生反應，從而達到了對氮氧化物選擇性還原的效果。

　　五、煙氣處理系統

　　從余熱鍋爐出來的550℃高溫煙氣在急冷塔中降至200℃以下。冷卻介質采用下游洗滌塔中排放的廢水和市政給水。冷卻水通過霧化噴槍后，霧化成細小的顆粒，與高溫煙氣充分接觸換熱，并在短時間內蒸發，迅速帶走熱量，使煙氣溫度急速下降。在煙道中噴入消石灰、活性炭等還原劑，捕集降溫后煙氣中的酸性物質，并通過布袋除塵器達到除塵脫酸的目的。經過除塵后的煙氣進入下游堿性洗滌塔，使用堿性還原劑將煙氣中未脫除的酸性氣體脫至達標。經濕法處理后的煙氣中含水率較高，若直接排入空氣，當煙氣接觸到空氣時，溫度迅速下降，變為過飽和煙氣，產生煙霧，將破壞周邊地區的景觀，視覺效果較差。為解決上述問題，可以在下游引風機后設置煙氣加熱器，將煙氣加熱至120℃后，送至煙囪進行排放。

　　六、結論

　　(1)回轉窯+二燃室焚燒工藝能夠有效處理集中式化工園區的各類指定危險廢物。根據現有的工程檢測結果，焚燒后的灰渣熱灼減率和燃燒效率較高。

　　(2)焚燒后的高溫煙氣通過余熱鍋爐回收熱量，產生了一定的經濟價值，對鍋爐煙氣和蒸汽溫度的合理控制可延長鍋爐壽命。

　　(3)根據現有的工程檢測結果，通過選擇性非催化還原+煙氣急冷+布袋除塵+干法脫酸+濕法脫酸煙氣的處理流程，可使得煙塵含量小于30mg/m，二氧化硫含量小于200mg/m，氮氧

　　化物含量小于400mg/m3，二噁英排放濃度小于0.1ngTEQ/m3，能夠滿足GB18484—2001《危險廢物焚燒污染控制標準》的要求。