危险废物热解气化炉焚烧工程改造

申巧蕊，张 超，栗恒才，王中成，申金永，韩晓军，姜 斌

（中材建设有限公司，北京 100176）

危险废物热解气化炉焚烧工程改造

申巧蕊，张 超，栗恒才，王中成，申金永，韩晓军，姜 斌

（中材建设有限公司，北京 100176）

焚烧是危险废物处置最有效的手段之一，由于危险废物来源多样、成分复杂，在焚烧过程中常出现生产线运行不稳定，生产指标不达标等问题。文章根据危险废物热解气化焚烧工程中出现的问题，对其主要原料进行成分分析；通过工艺计算及热平衡分析，设计出合理的搭接机制，使二燃室燃烧温度可稳定保持在1100℃以上，保证烟气在二燃室停留时间＞2s，满足了焚烧炉稳定连续生产的需要，使烟气排放达到国家排放标准。

热解气化；焚烧；危险废物；搭接机制

引言

危险废物是指列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险性的固体废弃物[1]。危险废物因其来源繁杂、种类多、成分复杂，具有毒性、腐蚀性、易燃易爆等特性，对人体健康和环境造成严重威胁。

现有的危险废物处置方式主要为填埋和焚烧。焚烧技术可以有效去除危险废物中的有毒有害成分，回收利用其中的热能，可以同时达到减量、无害化和综合利用的目的，是危险废物处置中应用最广泛的技术[2]。其中热解气化炉因其低能耗、结构简单、易于操作等优势，是危险废物焚烧处置（尤其是高热值医疗废物等）常用炉型之一。本文根据热解气化炉焚烧工程中出现的问题，对焚烧原料成分进行分析，通过工艺计算，优化设计及气化炉搭接机制，使二燃室温度稳定保持在1100℃以上，保证烟气停留时间>2s，满足了焚烧炉稳定连续生产的需要，使尾气排放浓度达标。

1 项目概况

该危险废物热解气化炉焚烧处置工程总规模为9500t/a，一期工程处置规模为5400t/a，二期工程处置规模为4500t/a。主要处置对象为蒸馏残渣、污泥、有机树脂废物、废乳化液、表面处理废物等。危险废物元素成分及工业分析见表1，燃烧系统设备主要技术参数见表2。

表1 危险废物元素成分及工业分析表

表2 燃烧系统设备主要技术参数

2 焚烧系统及工艺流程

热解炉焚烧系统主要由进料系统、燃烧系统、出料系统、烟气处理系统、控制系统等组成。燃烧系统主要由热解气化炉、燃烧炉、二燃室3个系统组成。热解气化炉主要是危险废物缺氧燃烧热解气化区，3个热解气化炉交替使用。热解气化炉内的危险废物经由助燃气点火开始燃烧，通过控制给氧量使危险废物在气化炉内逐步进行干燥、裂解、燃烧和燃尽。危险废物热解过程中形成可燃气体，可燃气体的主要成分是：H2、CO、CmHn等[3-4]。该可燃气体通过管道导入喷燃炉，与新鲜空气混合后进入到燃烧炉充分燃烧。燃烧炉的温度通常控制在1100℃以上，烟气在二燃室停留时间>2s，使大部分有害气体彻底被破坏转化为CO2、H2O、SO2等气体[3-4]。

焚烧系统工艺流程如图1所示。焚烧废物经过投料装置一次性分别投入气化炉中，A、B、C三炉交替搭接投料焚烧，焚烧系统可以连续运行。焚烧系统工艺流程图见图1。

图1 焚烧系统工艺流程图

3 热解气化炉系统运行说明

危险废物通过配伍后，由提升装置直接投入热解气化炉A，A炉先气化点火，二燃室通过助燃器加热至设定温度1100℃，A炉中的气化气体进入二燃室，开始混合燃烧。A炉运行过程中，B炉开始投料。当A炉中的危险废物温度达到350℃～400℃时，垃圾中的有机物趋于1%～3%，呈灰白色状态，此时B炉也投料完毕，开始点火。A炉残余可燃气体加上B炉的初始气化量正好可使燃烧炉温度始终保持在1100℃以上。系统采用全自动控制原理，整个系统为一个常压系统，通过压力传感器变频控制风机转速来自动控制热解气化炉和燃烧炉的空气量（模糊理论）。当二燃室设定温度为1100℃自燃时，热解炉气体量不够，燃烧温度从1100℃降至1095℃时，热解炉气阀开度开大。同时，燃烧室空气阀自动关小，燃烧温度又恢复上升到1100℃，当燃烧温度高于设定温度1100℃时，空气阀自动关小，稳定燃烧系统。当B炉进入灰化过程，C炉又开始点火，如此循环往复，达到全自动连续不间断的燃烧过程。

4 问题分析及解决方案

由于危险废物来源多样，设备运行中易出现不可靠问题，生产运行不稳定。项目主要存在问题如下：1）热解气化炉的内筒因缺陷、腐蚀等原因漏水；2）每批物料的焚烧时间过长，导致一、二期生产线配置的3台气化炉热解过程中可燃气体产量过低，不能满足气化搭接机制的要求，无法保证燃烧炉连续生产的需要；3）燃烧炉内部耐火材料损坏严重，导致保温效果差，热损失大；炉膛尺寸过大，散热面积大，导致燃烧炉内温度过低。

危险废物的热解气化主要是通过控制送风量和温度来实现的。送风量越大，燃烧越充分，产生的可燃气体越少。因此，在热解气化过程中应严格控制给风量，尽可能得使有机分子转化为可燃气体。气化炉供氧量过高，危险废物主要在热解炉内完全燃烧，产生的可燃气体不足以维持二燃室的温度要求；气化炉供氧量过低，危险废物热解速率降低，单位时间产气量减少，也不能维持二燃室的温度要求。

气化炉和二燃室设备是根据危险废物焚烧产生的烟气量选型。烟气量取决于危险废物的热值。根据现有物料的配伍方案分析，配伍后的危险废物综合热值相对二燃室选型偏低。且二燃室内部的耐火材料损坏严重，造成热损失增大，从而导致二燃室的温度无法维持在预设的1100℃，造成燃烧不完全，烟气排放不达标。

通过分析，决定根据二燃室的技术参数，重新确定危险废物配伍方案；将二期燃烧炉一次风机改为变频调速。根据生产需要，可以实现6台热解气化炉搭接连续生产的操作。根据热工计算，6台热解气化炉搭接连续生产的情况下，产量约达到40t/d，与原有产量相比增加13%，废气在燃烧炉内的停留时间仍大于规范要求的2s，以上措施除了会增加保温效果、减少热损失，不会对生产产生任何负作用。改造后二燃室的温度曲线如图2。

图2 二燃室温度曲线

5 结语

通过设备工艺改造，热解气化焚烧产量从原来的31.6t/d提高到35t/d，二燃室的燃烧温度可以持续保持在1100℃以上，烟气停留时间达到3s以上，满足国家规范要求，烟气排放达标。但在目前运行过程中，由于仓储形式为老式仓储，占地面积较大，配伍还是生产人员根据经验来操作，物料成分波动大、效率低且危害人体健康。未来危险废物焚烧可借鉴现代物流仓储的形式，实现仓储及配伍的自动化，提高生产效率。

[1] 陈敬军.危险废物回转窑焚烧炉的工艺设计[J].有色冶金设计与研究，2007，28（2-3）：81-87.

[2] 张林.危险废物焚烧处置的理论和实践[J].中国环保产业，2010（11）：36-38.

[3] 邓小燕. 基于CAO技术的干馏热解气化焚烧系统的研发[J].南通航运职业技术学院学报，2009（4）：69-73.

[4] 罗永胜.工业固体废弃物干馏气化焚烧的温度控制过程[D].南京：河海大学，2006．

[5] 赵由才，宋立杰，张华.固体废物污染控制与资源化（实用环境工程手册）[K].北京：化学工业出版社，2002.

声 明

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《中国环保产业》编辑部

Incineration Engineering Reform on Pyrolysis Gasifier of Hazardous Wastes

SHEN Qiao-rui, ZHANG Chao, LI Heng-cai, WANG Zhong-cheng, SHEN Jin-yong, HAN Xiao-jun, JIANG Bin

(CBMI Construction Co., Ltd, Beijing 100176, China)

In accordance with the problems appeared in the pyrolysis gasification incineration engineering of hazardous waste, the paper makes the element analysis on the main raw materials. Based on the technological calculation and heat balance analysis, the paper works out a reasonable joint mechanism so to keep the temperature in secondary combustion chamber to reach at over 1100℃. The joint mechanism ensures the flue gas to keep the retention period ＞2s in the secondary combustion chamber, and to meet the requirement of the incinerator and to keep the stable and continuous production, and to make the flue gas emission to comply with the national standard of emission.

pyrolysis gasification; incineration; hazardous waste; joint mechanism

X701

A

1006-5377（2017）03-0061-03