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化工園區(qū)危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)概述

作者:王昭宏 李博  來源:上海電力學(xué)報(bào) 
評(píng)論: 更新日期:2020年09月25日

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工業(yè)廢物特別是危險(xiǎn)廢物的數(shù)量和種類不斷增多,已引起政府和公眾的極大關(guān)注。危險(xiǎn)廢物的隨地排放和不合理處置會(huì)危害人們的健康,長(zhǎng)期積累將嚴(yán)重破壞人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境,其破壞程度遠(yuǎn)大于生活垃圾。危險(xiǎn)廢物已成為世界性范圍的突出公害,積極開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備,開展對(duì)危險(xiǎn)廢物的集中管理和綜合處置,減少和消除其污染已是當(dāng)務(wù)之急。國家《“十二五”危險(xiǎn)廢物污染防治規(guī)劃》中提出:“統(tǒng)籌推進(jìn)危險(xiǎn)廢物焚燒、填埋等集中處置設(shè)施建設(shè),各省(區(qū)、市)應(yīng)將危險(xiǎn)廢物焚燒、填埋等集中處置設(shè)施納入污染防治基礎(chǔ)保障設(shè)施,統(tǒng)籌建設(shè);要落實(shí)責(zé)任主體,確保完成《設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》內(nèi)相關(guān)項(xiàng)目建設(shè)任務(wù)。”

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

在國內(nèi)外工業(yè)危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)中,應(yīng)用較多的裝置有回轉(zhuǎn)窯焚燒爐、機(jī)械式爐排爐和熱解氣化爐等?;剞D(zhuǎn)窯焚燒爐是最適用于處理工業(yè)危險(xiǎn)廢物的裝置;機(jī)械式爐排爐由于爐排自身活動(dòng)部件較多,較易腐蝕,設(shè)備維修復(fù)雜,投資較高,多用于焚燒生活垃圾;熱解氣化爐應(yīng)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(duì)回轉(zhuǎn)窯焚燒工藝進(jìn)行論述。

一、總體工藝路線

整個(gè)系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)必須滿足如下條件:廢物必須經(jīng)過高溫燃燒,以徹底焚毀有毒物質(zhì);煙氣中的有毒有機(jī)物也必須徹底在高溫下燃盡(《危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定二次燃燒室焚燒溫度應(yīng)大于1100℃,停留時(shí)間不低于2s);尾氣、殘?jiān)?、污水、飛灰的妥善處理和達(dá)標(biāo)排放;處理全過程無接觸、無泄漏、無污染;焚燒設(shè)備保證氣密性,防止有害物質(zhì)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(biāo),系統(tǒng)必須能夠連續(xù)不間斷地運(yùn)行。

化工園區(qū)中的危險(xiǎn)廢物由專用運(yùn)輸車輛運(yùn)至廠區(qū)暫存庫。從廢物形態(tài)上看,可分為固體廢物、半固體廢物和液體廢物??煞贌墓腆w、半固體危險(xiǎn)廢物經(jīng)破碎預(yù)處理后,由料坑抓斗送入回轉(zhuǎn)窯焚燒爐??煞贌膹U液泵送至廢液罐區(qū),置于儲(chǔ)罐內(nèi)存儲(chǔ),經(jīng)過多級(jí)過濾后,通過廢液噴嘴噴入回轉(zhuǎn)窯焚燒爐或二燃室進(jìn)行焚燒處理。

回轉(zhuǎn)窯及整個(gè)焚燒系統(tǒng)均在負(fù)壓狀態(tài)下運(yùn)行?;剞D(zhuǎn)窯分為低溫和高溫兩段燃燒區(qū)域。廢物在回轉(zhuǎn)窯低溫段內(nèi)與空氣接觸,在可調(diào)節(jié)氧含量的環(huán)境中完成加熱、干燥、燃燒過程;在高溫段完成揮發(fā)及燃盡過程。廢物在揮發(fā)分揮發(fā)氣化的同時(shí)進(jìn)行燃燒,揮發(fā)產(chǎn)生的大量可燃?xì)怏w在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)未完全燃燒的情況下進(jìn)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(chǎn)生的灰渣掉進(jìn)水封刮板出渣機(jī),經(jīng)水淬冷卻后排出。回轉(zhuǎn)窯高溫段焚燒溫度控制在850~1000℃,廢物在窯內(nèi)的停留時(shí)間大于1h。二燃室燃燒溫度需達(dá)到1100℃,且煙氣在高溫區(qū)停留時(shí)間大于2s,以保證有害物質(zhì)在高溫下充分分解。當(dāng)溫度低于1100℃時(shí),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(zhuǎn)窯和二燃室燃燒所用的空氣通過助燃風(fēng)機(jī)供給,采用變頻調(diào)節(jié),使廢物的燃燒處于較佳狀態(tài)。同時(shí),當(dāng)余熱鍋爐煙氣溫度為900~1050℃時(shí),在水冷壁上均勻噴灑尿素溶液,以熱力脫硝工藝去除爐內(nèi)部分NOx。

從二燃室出來的1100℃煙氣進(jìn)入余熱鍋爐,進(jìn)行余熱回收,同時(shí)利用煙氣熱量產(chǎn)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(jìn)入急冷塔,并將鍋爐排污水、二級(jí)洗滌塔排污水和自來水送入急冷塔內(nèi),使煙氣溫度在1s內(nèi)迅速降至200℃以下,以減少二噁英的再合成。經(jīng)急冷降溫后的煙氣進(jìn)入干式脫酸系統(tǒng)進(jìn)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(zhì)。經(jīng)脫酸處理后的煙氣隨后進(jìn)入袋式除塵器,煙氣中的飛灰被捕獲后以干態(tài)形式排出。除塵后的煙氣經(jīng)過兩級(jí)洗滌塔脫除煙氣中的HCl,HF,SO2等酸性氣體,再經(jīng)除霧器除霧后,由引風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙氣加熱器,最后通過煙囪排入大氣。該焚燒系統(tǒng)可分為廢物預(yù)處理系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)及煙氣處理系統(tǒng),具體如圖1所示

二、廢物預(yù)處理系統(tǒng)

2.1廢物預(yù)處理

危險(xiǎn)廢物由專用運(yùn)輸車輛運(yùn)至廠區(qū)暫存庫,并進(jìn)行化驗(yàn)和分類。將需要進(jìn)行破碎預(yù)處理的危險(xiǎn)廢物用叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至預(yù)處理車間的進(jìn)料準(zhǔn)備區(qū),通過水平傳送帶和提升機(jī)將其送入廢物破碎間的進(jìn)料口。桶裝廢棄物通過托盤送入被氮?dú)馓畛涞钠扑殚g,當(dāng)破碎間內(nèi)氧氣含量較低時(shí)(<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(tǒng)返回進(jìn)料準(zhǔn)備區(qū),循環(huán)使用。破碎后的廢物經(jīng)螺旋輸送機(jī)送入料坑中存儲(chǔ)。

卸料站和罐區(qū)可供廢液和柴油的卸料和暫存使用,并根據(jù)進(jìn)料的廢液性質(zhì)設(shè)置卸料和存儲(chǔ)分區(qū)。

2.2廢物進(jìn)料系統(tǒng)

廢物進(jìn)料系統(tǒng)主要包括固體和半固體廢物進(jìn)料裝置及廢液進(jìn)料系統(tǒng)。

(1)固體和半固體廢物進(jìn)料裝置 ?破碎后的廢物存儲(chǔ)在料坑中,由抓斗送至回轉(zhuǎn)窯。進(jìn)料形式有推桿進(jìn)料、溜槽進(jìn)料和螺旋輸送進(jìn)料。工程實(shí)踐證明,溜槽進(jìn)料可以防止回火、堵塞,且能夠防止廢物在進(jìn)料裝置中產(chǎn)生粘結(jié)、結(jié)焦。

(2)廢液進(jìn)料系統(tǒng) ?主要由廢液過濾系統(tǒng)、廢液輸送系統(tǒng)、廢液霧化噴入系統(tǒng)及有關(guān)的控制、維護(hù)等輔助設(shè)備組成。在廢液送入噴嘴前必須經(jīng)過預(yù)處理,去除廢液中的固體雜質(zhì),以便于泵的輸送和噴嘴的霧化。由于危險(xiǎn)廢物處置接受的廢液來源較為廣泛,種類極為復(fù)雜,多為廢礦物油、有機(jī)溶劑和乳化液類。該類廢液大多含有顆粒物質(zhì),因此必須對(duì)廢液進(jìn)行過濾,除去雜質(zhì),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(qū)設(shè)置伴熱保溫措施,以保證廢液不在輸送系統(tǒng)中堵塞。在設(shè)備調(diào)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(diǎn)低的組分就會(huì)揮發(fā)出來,形成氣液兩相流,對(duì)下游的焚燒設(shè)備及輸送系統(tǒng)產(chǎn)生危害。

三、燃燒系統(tǒng)

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(zhǎng)的停留時(shí)間、良好的湍流接觸,以及過量的氧氣含量。該過程在回轉(zhuǎn)窯燃燒系統(tǒng)中一般是分成兩步完成。首先,廢物進(jìn)入窯內(nèi)進(jìn)行干燥、氣化及燃燒,這一過程中溫度較低,廢物中的有機(jī)成分可以充分揮發(fā);然后,帶有大量有機(jī)成分的煙氣進(jìn)入下游二燃室進(jìn)行充分燃燒,燃盡后的灰渣落入二燃室下方的除渣機(jī)中。上述工藝為常用的廢物燃燒處理工藝。

3.1 回轉(zhuǎn)窯

各類廢物均須通過預(yù)處理和合適的配伍才能送至回轉(zhuǎn)窯,因此良好的預(yù)處理和配伍摻混對(duì)廢物在窯內(nèi)穩(wěn)定安全的焚燒是十分重要的[5]。固體廢物由抓斗起重機(jī)送入輸送機(jī)中,并通過輸送機(jī)定量送入窯前溜槽中滾入窯內(nèi)。廢物依靠窯筒體的斜度和窯的轉(zhuǎn)動(dòng)在窯內(nèi)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(zhuǎn)窯末端的出渣口,灰渣滯留時(shí)間為60~150min。

回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)行溫度范圍為800~1050℃,建議運(yùn)行溫度為950℃,以防止灰分熔融結(jié)渣。若廢物中的堿金屬含量較高,應(yīng)適當(dāng)降低運(yùn)行溫度,以延長(zhǎng)窯內(nèi)耐火材料的使用壽命。當(dāng)發(fā)生回轉(zhuǎn)窯內(nèi)溫度過高、燃燒器意外熄火、爐膛壓力過高或進(jìn)料裝置消防緊急動(dòng)作等情況時(shí),都將導(dǎo)致廢物進(jìn)料的中止。如果回轉(zhuǎn)窯內(nèi)沒有足夠的氧氣,則不允許廢物進(jìn)料,這樣可以確保有機(jī)物的充分燃燒。同樣,如果爐內(nèi)溫度低于預(yù)設(shè)限度時(shí),也將導(dǎo)致進(jìn)料裝置停止進(jìn)料。

3.2 二燃室

為保證回轉(zhuǎn)窯出來的煙氣中未燃盡的有機(jī)成分能夠在二燃室中充分燃燒,在進(jìn)行二燃室的工藝設(shè)計(jì)和選型時(shí),應(yīng)滿足以下要求:煙氣溫度可以達(dá)到1100℃以上,煙氣停留時(shí)間在2s以上;頂部設(shè)置緊急排放煙囪,在發(fā)生緊急停爐情況時(shí),可以開啟煙囪,將煙氣排入大氣,以保證下游設(shè)備的安全,且在每次排煙后,能夠自動(dòng)恢復(fù)原來位置。經(jīng)回轉(zhuǎn)窯及二燃室焚燒后的灰渣熱灼減率應(yīng)小于5%,燃燒效率應(yīng)大于99.9%。

四、余熱鍋爐系統(tǒng)

二燃室出口處的煙氣溫度為1100℃以上,為了滿足后續(xù)階段中煙氣處理對(duì)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(jié)度,采用膜式壁鍋爐降溫法。從二燃室出來的1100℃煙氣進(jìn)入余熱鍋爐內(nèi),通過與鍋爐水充分換熱,降溫至550℃。利用煙氣熱量產(chǎn)生過熱蒸汽,供內(nèi)部及廠區(qū)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(chǎn)生的熱能。鍋爐采用閉式循環(huán),由軟化裝置、除氧水裝置、給水泵等設(shè)備提供符合鍋爐要求的除氧軟化水。

余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可并入園區(qū)蒸汽管網(wǎng),按照平均每噸蒸汽200元的價(jià)格,一臺(tái)蒸發(fā)量為8t/h的鍋爐,約3個(gè)月即可收回建設(shè)成本。

由于焚燒產(chǎn)生的煙氣中含有腐蝕性氣體(如HCL和HF),因此在設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)必須考慮長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)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(tài)下呈熔融狀態(tài)且具有很大的黏性,因此應(yīng)通過輻射將煙氣溫度降至灰分的熔點(diǎn)以下,從而避免受熱面因灰分粘結(jié)而受到腐蝕,以及鍋爐效率下降的不利情況。

爐內(nèi)脫硝采取選擇性非催化還原技術(shù)。該技術(shù)是將尿素等還原劑噴入余熱鍋爐內(nèi)與NOx進(jìn)行反應(yīng),脫除煙氣中的氮氧化物。還原劑噴入爐膛溫度為900~1050℃的區(qū)域,迅速熱分解成NH3,與煙氣中的NOx反應(yīng),生成N2和H2O。煙氣中的氧氣卻極少與還原劑發(fā)生反應(yīng),從而達(dá)到了對(duì)氮氧化物選擇性還原的效果。

五、煙氣處理系統(tǒng)

從余熱鍋爐出來的550℃高溫?zé)煔庠诩崩渌薪抵?00℃以下。冷卻介質(zhì)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(xì)小的顆粒,與高溫?zé)煔獬浞纸佑|換熱,并在短時(shí)間內(nèi)蒸發(fā),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(zhì),并通過布袋除塵器達(dá)到除塵脫酸的目的。經(jīng)過除塵后的煙氣進(jìn)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(dá)標(biāo)。經(jīng)濕法處理后的煙氣中含水率較高,若直接排入空氣,當(dāng)煙氣接觸到空氣時(shí),溫度迅速下降,變?yōu)檫^飽和煙氣,產(chǎn)生煙霧,將破壞周邊地區(qū)的景觀,視覺效果較差。為解決上述問題,可以在下游引風(fēng)機(jī)后設(shè)置煙氣加熱器,將煙氣加熱至120℃后,送至煙囪進(jìn)行排放。

六、結(jié)論

(1)回轉(zhuǎn)窯+二燃室焚燒工藝能夠有效處理集中式化工園區(qū)的各類指定危險(xiǎn)廢物。根據(jù)現(xiàn)有的工程檢測(cè)結(jié)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?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐回收熱量,產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,對(duì)鍋爐煙氣和蒸汽溫度的合理控制可延長(zhǎng)鍋爐壽命。

(3)根據(jù)現(xiàn)有的工程檢測(cè)結(jié)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(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)》的要求。

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