危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的控制參數(shù)分析及調(diào)節(jié)方法研究

1、危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的控制參數(shù)分析及 調(diào)節(jié)方法研究作者:賈軍峰 趙聯(lián)逢來(lái)源:環(huán)境與發(fā)展 2014年第 03期摘要隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,危險(xiǎn)廢物產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng),它們帶來(lái)了嚴(yán)重的社會(huì)危害和環(huán) 境危害。焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù),危險(xiǎn)廢物通過(guò)焚燒處理可實(shí)現(xiàn)無(wú)害化、減量化和資源 化?；剞D(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)具有處置范圍廣、處理量大、焚毀率高、安全可靠和可長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行等特 點(diǎn),被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。文章通過(guò)分析回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的主要控制參數(shù),根據(jù)工程運(yùn)行的實(shí)際 經(jīng)驗(yàn),繪制了回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)控制參數(shù)和焚毀率關(guān)系圖,并提出了 “ 最佳焚燒區(qū)域 ” 的概念,對(duì) 于回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的調(diào)試和運(yùn)行工作,有積極的指導(dǎo)作用和重要的現(xiàn)實(shí)意

2、義。關(guān)鍵詞危險(xiǎn)廢物 回轉(zhuǎn)窯 焚燒 控制參數(shù) 調(diào)節(jié)方法中圖分類號(hào) X705, TQ110.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2095-672X (2014 03-0025-03Abstract: With the rapid development of our economy, hazardous waste production continued to grow, they bring harm to society and the environment. Rotary kiln incineration disposal system has wide range, large capacit

3、y, high burning rate, safe and reliable and can be long-term continuous operation, widely used at home and abroad. In this article, through the analysis of the main control parameters of rotary kiln incineration system, according to the actual experience of the project , draw the rotary kiln inciner

4、ation system control parameter and burning rate diagram, and put forward the concept of optimum incineration area, which has a positive role and practical significance , in the course of debugging and operation of the rotary kiln incineration system, guide the positive and realistic significance.Key

5、 words: Hazardous waste; Rotary kiln; Incineration; Control parameter; Adjustment method引言一般來(lái)說(shuō),凡是列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄或者根據(jù)國(guó)家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)和鑒別方法 認(rèn)定的具有危險(xiǎn)特性的廢物都統(tǒng)稱為危險(xiǎn)廢物。危險(xiǎn)廢物(含醫(yī)療廢物具有腐蝕性、毒性、 易燃性、反應(yīng)性和感染性等特性 1。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)的危險(xiǎn)廢物產(chǎn)量居高不下,且種類繁 多、涉及行業(yè)范圍廣。近幾年,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,危險(xiǎn)廢物產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)中 國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)和中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)數(shù)據(jù)顯示, 2009年和 2010年我國(guó)工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn) 量分別

6、為 1430萬(wàn)噸和 1578萬(wàn)噸 2。危險(xiǎn)廢物隨意傾倒或利用處置不當(dāng),會(huì)對(duì)人體健康和生態(tài) 環(huán)境產(chǎn)生不同程度的危害,甚至造成難以恢復(fù)的損害,已成為不可忽視的社會(huì)問(wèn)題和環(huán)境問(wèn) 題。1焚燒法概述焚燒法是一種高溫?zé)崽幚砑夹g(shù),即以一定的過(guò)剩空氣量與被處理的有機(jī)廢物在焚燒爐內(nèi)進(jìn) 行氧化燃燒反應(yīng),廢物中的有毒有害物質(zhì)在高溫下氧化、熱解而被破壞,是一種可最大限度實(shí) 現(xiàn)危險(xiǎn)廢物無(wú)害化、減量化、資源化的處理技術(shù) 3。焚燒法因其在處理危險(xiǎn)廢棄物時(shí)能同時(shí) 實(shí)現(xiàn)減量化、無(wú)害化以及資源化,被認(rèn)為是最有效的處理危險(xiǎn)廢棄物的方法,也是我國(guó)危險(xiǎn)廢 棄物集中處理中心主要采用的方法。焚燒法處理廢棄物在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛應(yīng)用 4

7、。回轉(zhuǎn)窯焚燒爐是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的多用途焚燒爐,具有處置范圍廣、處理量大、有害成分 焚毀率高、安全可靠和可長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn),成為危險(xiǎn)廢物焚燒系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種爐 型?；剞D(zhuǎn)窯焚燒爐除了重金屬、無(wú)機(jī)化合物、爆炸物、放射性等物質(zhì)外,各種不同物態(tài)(固 態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、污泥等及形狀(顆粒、粉狀、塊狀、桶狀等的可燃性廢物皆可送入回轉(zhuǎn) 窯中焚燒,尤其適用于焚燒含水率較高、難處理的工業(yè)廢棄物及危險(xiǎn)廢棄物 3。根據(jù)我國(guó)當(dāng) 前危險(xiǎn)廢物處置的具體情況,政府鼓勵(lì)地方優(yōu)先采用回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)。2回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)一般主要包括進(jìn)料系統(tǒng)、焚燒系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)、尾氣凈化系統(tǒng)等部 分。為確保煙氣達(dá)標(biāo)排放,尾氣凈化工

8、藝采用煙氣急冷、干法脫酸、活性炭吸附、布袋除塵、 濕法脫酸、煙氣再熱的尾氣凈化工藝。圖 1 回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)流程圖危險(xiǎn)廢物由進(jìn)料裝置進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行焚燒,在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)過(guò)干燥、燃燒、燃燼的全過(guò)程, 焚燒后的爐渣由窯尾排出,焚燒產(chǎn)生的大量煙氣進(jìn)入二燃室;煙氣在二燃室中經(jīng)過(guò) 1100以 上高溫燃燒,停留時(shí)間大于 2秒,使有害物質(zhì)得到充分分解;高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱利用系統(tǒng)降 溫,同時(shí)回收部分熱能;降溫后的煙氣進(jìn)一步經(jīng)過(guò)急冷后,噴入活性炭來(lái)吸附二噁英,經(jīng)過(guò)干 式脫酸塔進(jìn)入布袋除塵系統(tǒng)進(jìn)行除塵;除塵后的煙氣經(jīng)過(guò)洗滌塔進(jìn)一步去除煙氣中的酸性物 質(zhì);然后通過(guò)煙氣加熱器升溫,最后經(jīng)引風(fēng)機(jī),從煙囪達(dá)標(biāo)排放。3 焚燒過(guò)程的

9、主要控制參數(shù)焚燒過(guò)程是指在高溫供氧的條件下通過(guò)燃燒過(guò)程處理各種可燃性廢物。危險(xiǎn)廢物的焚燒過(guò) 程,通常需要借助于自身可燃物質(zhì)或輔助燃料,調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)目諝廨斎?在適當(dāng)?shù)母邷胤秶鷥?nèi)持 續(xù)一定時(shí)間,實(shí)現(xiàn)較高的焚毀率、較低的熱灼減率,最大限度的降解或分解其中的有毒有害物 質(zhì),并殺死病毒病菌,同時(shí)實(shí)現(xiàn)較低的污染排放指標(biāo) 5。因此,正確控制危險(xiǎn)廢物的焚燒過(guò) 程是實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)廢物無(wú)害化、減量化和資源化的關(guān)鍵因素。危險(xiǎn)廢物的焚燒過(guò)程非常復(fù)雜,受到很多因素和參數(shù)的影響,但主要的控制參數(shù)有四個(gè):焚燒溫度(Temperature ,混合程度(Turbulence ,停留時(shí)間(Time ,過(guò)量空氣(Ex-cessoxygen

10、 ,稱為 3T+E理論。焚燒溫度,是指分解危險(xiǎn)廢物中的有害組分直到完全破壞時(shí)需要的溫度,是指焚燒爐燃燒 室內(nèi)的操作溫度,是保證在焚燒系統(tǒng)中危險(xiǎn)廢物得到徹底焚毀的最重要的因素?；旌铣潭?是指危險(xiǎn)廢物與助燃空氣充分接觸燃燒、燃燒氣體與助燃空氣充分燃燒混合的 程度。危險(xiǎn)廢物與助燃空氣的混合程度取決于擾動(dòng)方式;可燃?xì)怏w與助燃空氣的混合程度取決 于湍流程度。停留時(shí)間,是指危險(xiǎn)廢物處于焚燒條件下,發(fā)生氧化、燃燒,使有害物質(zhì)變成無(wú)害物質(zhì)所 需的時(shí)間。為了保證危險(xiǎn)廢物的破壞率,停留時(shí)間必須足夠長(zhǎng),從而使最難于反應(yīng)的廢物也能 夠有時(shí)間被有效破壞。因此,危險(xiǎn)廢物或煙氣在焚燒系統(tǒng)高溫區(qū)域中停留的時(shí)間必須持續(xù)一個(gè) 特

11、定的時(shí)間,這樣才能保證在特定的高溫危險(xiǎn)廢物中的有害物質(zhì)被充分破壞和焚毀。過(guò)量空氣,是指為使危險(xiǎn)廢物燃燒完全,需要加上比理想空氣更多的助燃空氣,即供給過(guò) 量空氣才能使危險(xiǎn)廢物和空氣能完全混合燃燒。據(jù)研究文獻(xiàn)報(bào)道,對(duì)于危險(xiǎn)廢物,焚燒區(qū)域爐溫達(dá)到 8501100,焚燒時(shí)間達(dá)到 2s 以 上時(shí),如果給予充足的氧氣,則絕大多少的臭氣、有毒有機(jī)物及其它有害物質(zhì)均可以被分解或 除去(達(dá)到焚毀去除率 99.99% 5。在工程實(shí)際中,焚燒系統(tǒng)的實(shí)際控制參數(shù)主要包括系統(tǒng)的溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、氧含量等, 依據(jù)安裝在設(shè)備上的儀器儀表來(lái)測(cè)量和顯示。焚燒溫度主要指焚燒爐燃燒室中的操作溫度,由熱電偶來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示?；剞D(zhuǎn)窯焚

12、燒溫 度范圍在 8501000之間調(diào)節(jié),二燃室焚燒溫度范圍在 11001200之間調(diào)節(jié)?；旌铣潭戎饕苫剞D(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)動(dòng)和二燃室空氣供給來(lái)調(diào)節(jié)?；剞D(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速越高,物料翻轉(zhuǎn)速度 快,混合程度越好;二燃室內(nèi)空氣擾動(dòng)大,氣流湍動(dòng)越強(qiáng)烈,混合程度越好。停留時(shí)間主要根據(jù)回轉(zhuǎn)窯出口的壓力來(lái)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)頻率。為了保證煙氣不外溢,焚燒系統(tǒng) 在微負(fù)壓下運(yùn)行。引風(fēng)機(jī)的頻率越大,系統(tǒng)的負(fù)壓越大,煙氣流速越快,停留時(shí)間越短。在回 轉(zhuǎn)窯出口和二燃室出口安裝有壓力變送器,可以實(shí)時(shí)測(cè)量和顯示壓力?；剞D(zhuǎn)窯的出口壓力控制 在 -30-100Pa 。過(guò)量空氣量主要由鼓風(fēng)機(jī)來(lái)提供,根據(jù)煙氣中的氧含量來(lái)調(diào)節(jié)。煙氣中的氧含量較高時(shí), 適當(dāng)降低鼓風(fēng)

13、機(jī)頻率;煙氣中的氧含量較低時(shí),適當(dāng)提高鼓風(fēng)機(jī)頻率。焚燒系統(tǒng)的在回轉(zhuǎn)窯出 口、二燃室出口和煙囪進(jìn)口安裝有氧含量測(cè)量?jī)x。二燃室出口煙氣氧含量控制在 812%。根據(jù)多個(gè)危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),繪制了回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)控制參數(shù)和焚毀率 關(guān)系圖,從圖中可以看出:1焚燒溫度越低,焚毀率越低,焚燒溫度越高,焚毀率越高。當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí),危險(xiǎn) 廢物完全焚毀。2氧含量較低時(shí),焚毀率較低,隨著氧含量提高,焚毀率越來(lái)越高。當(dāng)氧含量超過(guò)一定 值時(shí),由于空氣過(guò)多導(dǎo)致溫度降低,焚毀率反而下降。3系統(tǒng)負(fù)壓較小時(shí),煙氣流速較低,停留時(shí)間較長(zhǎng),焚毀率較高。隨著負(fù)壓增大,煙氣 流速加快,停留時(shí)間變短,焚毀率反而越來(lái)越低。4

14、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速較低時(shí),混合程度較差,廢物不能充分燃燒,焚毀率較低。隨著回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn) 速提高,混合程度加強(qiáng),廢物燃燒充分,焚毀率越來(lái)越高。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)一定值時(shí),由于轉(zhuǎn)速過(guò) 快導(dǎo)致廢物在窯內(nèi)的停留時(shí)間變短,焚毀率反而下降。5根據(jù)不同的危險(xiǎn)廢物,回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)有一個(gè)最佳焚燒區(qū)域,在這個(gè)區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)保持 較低的負(fù)壓,回轉(zhuǎn)窯保持適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速,系統(tǒng)氧含量在一定范圍內(nèi)波動(dòng),使危險(xiǎn)廢物在較高的焚 燒溫度下,保持一定的停留時(shí)間,以達(dá)到最高的焚毀率。5回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法根據(jù)不同種類的危險(xiǎn)廢物,一般采用以下方法,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的的溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、氧含量 等參數(shù),使其在最佳焚燒區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。1對(duì)于高熱值危險(xiǎn)廢物,由于其熱值高,

15、因此焚燒系統(tǒng)溫度較高。為了使其充分燃燒, 在保證焚燒殘?jiān)鼰嶙茰p率情況下,適當(dāng)提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速;適當(dāng)控制鼓風(fēng)量,;提高引風(fēng)機(jī)頻 率,增大系統(tǒng)負(fù)壓,減小停留時(shí)間。對(duì)于低熱值危險(xiǎn)廢物,調(diào)節(jié)方法相反。2系統(tǒng)溫度較低時(shí),可以適當(dāng)增加進(jìn)料量;提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速,增加危險(xiǎn)廢物的混合程 度;適當(dāng)提高鼓風(fēng)機(jī)頻率,增大過(guò)量空氣量和湍流程度,但鼓風(fēng)機(jī)頻不能太大,太多的空氣進(jìn) 入系統(tǒng),反而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)溫度降低;在保持系統(tǒng)負(fù)壓的同時(shí),適當(dāng)降低引風(fēng)機(jī)頻率,減小系統(tǒng) 負(fù)壓,減小停留時(shí)間。系統(tǒng)溫度較高時(shí),調(diào)節(jié)方法相反。3系統(tǒng)負(fù)壓一般與引風(fēng)機(jī)進(jìn)行連鎖,主要依靠引風(fēng)機(jī)頻率變化來(lái)控制系統(tǒng)負(fù)壓,但調(diào)節(jié) 其它參數(shù)也可以引起負(fù)壓變化。系統(tǒng)負(fù)壓較

16、大時(shí),首先要降低引風(fēng)機(jī)頻率,同時(shí)可以增加進(jìn)料 量,提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速,增加危險(xiǎn)廢物的混合程度,使危險(xiǎn)廢物迅速燃燒產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w;提 高鼓風(fēng)機(jī)頻率,增大空氣供給量。系統(tǒng)負(fù)壓較小時(shí),調(diào)節(jié)方法相反4系統(tǒng)氧含量一般與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行連鎖,主要依靠鼓風(fēng)機(jī)頻率變化來(lái)控制系統(tǒng)氧含量,但 調(diào)節(jié)其它參數(shù)也可以引起氧含量變化。系統(tǒng)氧含量較大時(shí),首先降低鼓風(fēng)機(jī)頻率,同時(shí)檢查設(shè) 備的密封性,減小系統(tǒng)的漏風(fēng)量;可以增加進(jìn)料量,提高回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速,增加危險(xiǎn)廢物的混合程 度,提高燃燒速度;適當(dāng)降低引風(fēng)機(jī)頻率,減小系統(tǒng)負(fù)壓。系統(tǒng)氧含量較低時(shí),調(diào)節(jié)方法相 反。6實(shí)例分析某回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng),主要處置高熱值廢液和化工廢料,通過(guò)調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速、鼓

17、風(fēng)機(jī)頻 率、系統(tǒng)負(fù)壓、系統(tǒng)氧含量,使回轉(zhuǎn)窯溫度保持在 850900之間,二燃室溫度保持在 11001200之間。焚燒系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如圖所示,系統(tǒng)保持在最佳焚燒區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行,焚毀 率達(dá) 99.99%,尾氣達(dá)標(biāo)排放。圖 3 焚燒系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)圖 7結(jié)論危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)具有處置范圍廣、處理量大、焚毀率高、安全可靠和可長(zhǎng)期持續(xù) 運(yùn)行等特點(diǎn),被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用。危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的控制過(guò)程比較復(fù)雜,溫度、轉(zhuǎn) 速、壓力、氧含量等參數(shù)相互制約、相互影響,任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)引起其它參數(shù)的變 化。危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)窯焚燒系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是一個(gè)系統(tǒng)工程,對(duì)于不同種類的危險(xiǎn)廢物,根據(jù)其成 份,合理調(diào)節(jié)溫度、轉(zhuǎn)速、壓力、氧含量等參數(shù),使焚燒系統(tǒng)在最佳焚燒區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行,是實(shí) 現(xiàn)危險(xiǎn)廢物無(wú)害化、減量化、資源化和節(jié)能環(huán)保的關(guān)鍵所在。參考文獻(xiàn)1王琪,黃啟飛,段華波 . 我國(guó)危險(xiǎn)廢物特性鑒別技術(shù)體系研究 J. 環(huán)境科學(xué)研究, 2006, 19(5: 165-179.2王琪,黃啟飛,閆大海 . 我國(guó)危險(xiǎn)廢物管理的現(xiàn)狀與建議 J. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào), 2