合成革废渣焚烧处置系统设计关键

2013-01-28高全喜杨再兴

资源节约与环保 2013年8期

高全喜杨再兴

（浙江博世华环保科技有限公司浙江省杭州市 310015）

我国是世界最大的皮革生产国、消费大国和进出口贸易大国。最近十年，我国合成革行业平均每年都保持10%以上增长。近几年，以我国为代表的东亚、东南亚地区皮革工业飞速发展，亚洲已成为世界皮革制造中心。目前全国共有人造革合成革企业2000多家，上千条生产线。[1]

合成革在产品的生产以及产品深度处理过程中都会产生废水、废气和固废等污染物。近年来，大量的污染物排到环境之中，环境问题日益凸显，尤其是固体废物。因此，在合成革行业快速发展的同时，如何妥善处置合成革行业产生的固体废物，不但关系着合成革行业的生存、发展，也密切关系着区域经济的可持续发展。[2]

1 合成革废渣性质

本废物来自于合成革生产中的高浓度有机残液经过精馏提炼后的釜残物，根据《国家危险废物名录》，本废物属于HW11精(蒸)馏残渣类的危险废物。其成分除含有DMF等一些有机物之外，还含有一定量的碳酸钠、固体碳、氧化铁等，呈固-液相，且粘度高、流动性差，废物热值在4000 kcal/kg左右。[2]

2 废物处置系统设计原则

根据国家有关政策和法规，处置系统设计应遵循以下原则：

2.1 在严格达到相应处理标准的前提下，力求最大限度地减少投资和日常运行费用；

2.2 采用的工艺必须能满足对废物的处理可靠达标并且稳定运行；2.3设备做到先进、可靠、合理，平面布置力求流程顺畅、合理紧凑、节省占地；

2.4 妥善处置焚烧过程中产生的残渣、废水、废气，竭尽全力减少对环境造成的二次污染。

3 设计关键

根据废物的性质可知，废物中含有一定量的碳酸钠、固体碳、氧化铁等，在废物焚烧时，其表面的有机物在高温下被蒸发出来迅速燃烧，内部的有机物与无机盐在高温下很快形成结晶碳化块，从而可能致使废物不能充分燃烧，排出的残渣中还含有大量的有机质，使残渣的热灼减率达不到国家相关标准要求，所以在设计时应着重考虑如下几个方面。

3.1 焚烧炉炉型

焚烧炉型和设备的选择必须根据废物的特点和处置特点来选定，选型应符合《危险废物焚烧污染物控制标准》(GB18484-2001)和《危险废物集中焚烧处置工程建设技术规范》(HJ/T176-2005)的技术要求。

目前国内应用的焚烧炉炉型较多，但在危险废物焚烧处置领域，回转窑焚烧炉是应用最广泛，也是最成熟的焚烧炉，可同时处置固体、液体、气体和胶体状等废物，如污泥、化工漆渣、有机废液、工业固废、医疗废物等，是危险废物处置中心的首选炉型，也是国际危险废物处理领域广泛应用的焚烧设备，在危险废物焚烧领域的市场占有率为80%左右。因此，根据国家有关危险废物焚烧处置的相关标准规范，结合本类废物的性质，回转窑焚烧炉为优选炉型。

回转窑焚烧炉是活动炉床式焚烧炉的一种，结构为一可旋转的圆柱体，有一定的倾斜角度，废物随着窑体的转动，由高端进入，沿着炉体长度方向移动，同时产生强烈的翻动，使废物能够充分的进行反应。在移动过程中废物先后完成干燥、热解、焚烧、燃烬等过程。其特点是将废物投入连续、缓慢转动的筒体内焚烧直到燃烬，废物在窑内850℃左右的高温环境下停留1小时以上，故能够实现废物与空气的良好接触和均匀充分的燃烧。[3]

3.2 余热利用

对废物焚烧产生的高温烟气若采用适当的形式可以经济利用，可以降低整个系统的运行成本，提高经济效益，同时亦可减轻尾气处理的负荷。然而，废物焚烧炉又不同于一般的工业炉窑，其运行介质和运行条件具有特殊性，余热利用必须在保证焚烧系统运行的安全性、防止堵塞和防止二恶英的再次合成的前提下进行。尤其是堵塞问题，危险废物在高温焚烧时，部分盐分可能会气化，当温度下降时，易在受热面上结晶，不仅影响传热效果，严重时会堵塞烟气通道，甚至会造成停炉等事故。

由本废物的成分可知，废物含有部分铁盐、钠盐等碱性氧化物，其熔点一般较低，在废物焚烧的高温区域，这些盐分气化后随烟气进入余热锅炉，烟气经锅炉吸热降温后，气化的盐分又凝结成固态。因此在余热锅炉设计时应尽可能采用一定的技术措施降低结渣几率，尽量避免堵塞现象的发生。

◆合理分配炉膛内各段的温度；

◆合理设计炉膛内各段的烟气流速；

◆如有对流管束换热面，应确定合理的管束排列方式、间距和烟气流速。

3.3 烟气净化

根据《危险废物集中焚烧处置工程技术规范》、《危险废物焚烧污染控制标准》等中的相关要求，结合本废物的性质，烟气净化工艺在设计时应着重如下几点。

3.3.1 二恶英的抑制

二恶英是由两类含氯有机化合物组成，不同单体的毒性变化很大，其毒性随氯代级别的增加而减小，其中毒性最大的是2，3，7，8－四氯代二苯二恶英/呋喃。根据目前的研究结果，在焚烧系统中，二恶英主要是在低温下不完全燃烧过程中以及在200℃-600℃范围内的烟气飞灰上发生异相催化反应而生成的。[3]根据二恶英的生成机理和化学形态，在设计中应采取以下几点抑制二恶英产生及净化措施：

◆二燃室内燃烧温度维持在1100℃的高温并停留2s以上；

◆在中温段(200－600℃)采用急冷方式，减少烟气二恶英合成段的时间；

◆吸附处理，并且采用高效率袋式除尘器对烟气中的颗粒物和活性碳颗粒进行捕集。

3.3.2 重金属的防治

去除尾气中重金属污染物质的机理如下：

◆重金属降温达到饱和，凝结成粒状物后被除尘设备收集去除；

◆饱和温度较低的重金属元素无法充分凝结，但飞灰表面的催化作用会促使重金属元素形成饱和温度较高且较易凝结的氧化物或氯化物，而易被除尘设备收集去除；

◆仍以气态存在的重金属物质，因吸附于飞灰上或喷入的吸附物质上而被除尘设备一并收集去除。

◆部分重金属的氯化物为水溶性，即使无法在上述的凝结及吸附作用中去除，也可利用其溶于水的特性，在脱酸系统中去除。

3.3.3 高低温腐蚀

根据国家相关规范的要求，危险废物焚烧必须在高温阶段进行，而对于后续的烟气净化，则需在低温阶段较适宜，因此在降温的过程中应考虑烟气的高温腐蚀和低温腐蚀。

高温腐蚀是指金属高温受热面在高温烟气环境下在管壁温度较高处所发生的烟气侧金属腐蚀。如废物中含有大量硫分，烟气中的酸性成分对设备内金属受热面会产生腐蚀作用，金属的腐蚀速率与金属表面温度有关，因此设法加大冷却水循环速度和面积，以降低管壁温度，减少腐蚀速度。

低温腐蚀也称露点腐蚀，在危险废物焚烧处置领域尤为关注，危险废物焚烧后产生的烟气应采取急冷处理，使烟气温度在1秒内降到200℃以下，减少烟气在200-500℃温区的滞留时间。因而危险废物焚烧尾气净化系统运行温度一般都不高于200℃。[4]

国外经济发达国家的研究和实践表明，“低温控制”和“高效颗粒物捕集”是危险废物焚烧烟气净化系统成功的关键因素。为此，在危险废物焚烧烟气净化过程中，必须将温度控制得尽可能低。但与此同时，若焚烧烟气净化系统运行温度过低，焚烧烟气中某些易冷凝物质较易腐蚀处理设备。如何确定危险废物焚烧烟气净化系统最佳设计运行温度（即不低于酸露点温度）是本系统重点解决的话题。

根据废物成分和烟气性质，主要通过如下几点控制低温腐蚀：

3.3.3.1 烟气急冷后温度控制在200℃左右。

3.3.3.2 排烟温度在160℃以上，始终使烟气温度高于酸的露点温度。