广西固体废物(危险废物)处置中心焚烧系统设计和运行

潘正现

(广西壮族自治区环境保护科学研究院，广西 南宁 530022)

广西固体废物(危险废物)处置中心焚烧系统设计和运行

潘正现

(广西壮族自治区环境保护科学研究院，广西 南宁 530022)

项目选用回转窑作为焚烧系统的主体设备处理医疗废物和其它危险废物，其外排烟气经过净化处理后符合《危险废物焚烧污染物控制标准》(GB18484-2001)要求，运行经验表明，焚烧的进料系统是非常关键的一环，也是故障率出现较高的环节，在工艺设计初期应充分考虑，医疗废物和其它危险废物混烧的回转窑L/D比建议在4.5左右，系统防腐要全面，必须每个部位都防腐到位。

危险废物；焚烧；工艺设计；运行经验

危险废物是指具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或者感染性等一种或者几种危险特性的[1]，以及不排除具有以上危险特性的固体废物，处理方法主要有焚烧、热解、固化处理、物化处理、安全填埋等，其中焚烧处置方法具有处理彻底、减量化、无害化等特点，已被广泛应用[2-4]。

广西危险废物处置中心是《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》确定的建设项目之一，其服务范围包括广西14个地市的全部危险废物(不包括放射性和其它地区医疗废物)和南宁市的医疗废物，主要建设内容包括回转窑焚烧系统、物化处理设施、稳定固化设施、安全填埋场等，危险废物处理能力为4.01万吨/年。该项目于2009年7月开始建设，焚烧系统于2012年9月投入试运行，其特点是医疗废物和危险废物混合掺烧，本文对焚烧系统的设计、调试、运行并结合监测数据进行分析，总结经验，以期为同类项目提供参考。

1 焚烧废物特性

根据调查统计，项目可焚烧危险废物种类包括医疗废物、医药废物、废药物药品、农药废药、有机溶剂废物、废矿油物、废乳化液、精(蒸)馏残渣、染料涂料废物、有机树脂类废物、有机氰化合废物、废有机溶剂等，其低位热值从1500～7000kcal/kg不等，同时，设计时充分考虑进炉物料的广谱性，即包括国家危险废物名录中可焚烧的废物，确定本项目经过配伍后的低位热值为4000kcal/kg[5-6]，元素成分如表1所示。

2 工艺设计

焚烧系统包括贮存及破碎系统、配伍系统、进料系统、焚烧系统(包括一次燃烧室、二次燃烧室、燃烧器)、余热利用系统、烟气净化系统(包括急冷、活性炭喷射、布袋除尘、脱酸、烟气加热等)、灰渣及飞灰收集系统、自动控制及在线监测系统及其他辅助系统组成[7]。工艺流程见图1。设备规格和参数见表2。

表1 可焚烧危险废物设计元素成分表 %

注：正常情况处理废物的S含量不超过3%、Cl含量不超过5%。

表2 焚烧系统设备规格表

2.1 进料系统

危险废物状态有散装膏状物、固液混合的浆液状物、松散的固体类、包装编织固体类、块状固体类、桶装类、箱装类、高粘度液体类、低粘度液体类、气体类等，医疗废物置于可重复利用的桶装容器内，因此，进料系统必须满足上述类废物的需要。项目设计的进料系统包括散状物或经破碎后的散状物用行车抓斗，标准桶装容器用斗式提升机，大容积液体用废液喷枪，并预留有废气喷口[8]。

图1 焚烧工艺流程图

散装废物存贮在储坑内，由行车抓入散料斗，通过链板式输送机送入集料斗。链板式输送机采用较宽的设计，便于布料均匀，两侧设挡板，防止散料滑滚出输送机。链板式输送机采用变频控制，通过时间控制进料量。物料最终通过推杆给料机送入回转窑焚烧。标准桶装废物送入斗式提升机提升到窑头集料斗，由液压推杆给料机送入回转窑焚烧。

2.2 焚烧系统

焚烧系统包括一次燃烧室、二次燃烧室、燃烧器，本项目一燃室采用回转窑。按气、固体在回转窑内流动的方向回转窑分为顺流式和逆流式两种[9]。逆流式的设计可提供较佳的气、固混合及接触，热传导效率高，可增加其燃烧速度。但由于气固相对速度大，烟气带走的粉尘量相对较高。顺流式的设计进料、进风及辅助燃烧器的布置简便，操作维护方便，有利于废物的进料及前置处理，废物气化成分在窑内的停留时间相对较长[10]。按窑内灰渣状态及温度分为灰渣式回转窑焚烧炉、熔渣式回转窑焚烧炉两种[11]。灰渣式焚烧炉对一般性危险废物来讲，回转窑温度控制在850～1000℃，危险废物通过氧化燃烧达到销毁，回转窑窑尾排出的主要是灰渣，冷却后灰渣松散性较好。灰渣式窑内温度低于1000℃，窑内固体尚未熔融，仍为固体灰渣[12]。熔渣式回转窑焚烧炉一般来讲回转窑温度至少控制在1100℃以上，回转窑窑尾排出的主要是熔融状的灰渣，其热灼减率低，焚烧彻底。熔渣式回转窑内温度可能高达1350℃，废物中惰性物质除高熔点的金属及其化合物之外，皆在窑内熔融，因此焚烧程度比较完全。项目设计时考虑焚烧废物特性等因素，选择顺流灰渣式回转窑。

2.3 烟气净化系统

烟气净化系统包括急冷、活性炭喷射、布袋除尘、脱酸、烟气加热等，经过烟气处理后，烟气中的颗粒物、酸性气体、二恶英、重金属等污染物得以去除，从而使烟气达标排放。

2.3.1 颗粒物控制

焚烧烟气中颗粒物的主要成分为惰性无机物，因此项目选用布袋除尘器作为系统中最主要的除尘设备，滤袋选用聚四氟乙烯针刺毡，聚四氟乙烯覆膜处理，废气通过滤袋时粒状污染物附在滤层上，再加以振动、气流逆洗或脉动冲洗等方式清除。由于危险废物焚烧产生的废气为高温且带有水分的酸性气体，以往较少采用滤袋除尘器来去除颗粒状污染物，但近年来滤布材质有所改进，对于温度、酸碱及磨损的抵抗力均大为增强。

2.3.2 酸性气体控制

项目采用干法脱酸加湿法洗涤的脱酸工艺。

(1)干法脱酸

采用急冷塔出口烟道中设文丘里装置，向内加入脱硫剂石灰粉，然后进入反应器降低烟气流速，延长反应时间以达到脱酸的目的。底部石灰可回收以减少石灰耗量，被烟气带走的石灰粉被布袋截留在外表面，继续反应，提高石灰的利用率。

(2)湿法脱酸

湿法脱酸吸收剂采用氢氧化钠。洗涤塔内装有塑料填料，以增加水与烟气的接触，提高效率，减小设备体积。喷淋水自上而下流经填料，在填料表面形成水膜，上升的烟气流经时与水膜充分接触，达到中和目的。为节约资源，喷淋洗涤水循环使用。由于采用湿法脱酸，烟气中含水较多，需要除雾，塔内上部设置旋风水汽分离，用于除去烟气中的水汽，防止烟羽的形成。

2.3.3 二噁英的控制

(1)炉内抑制产生及充分分解

危险废物在一燃室(回转窑)中高温焚烧，由于一直处于大于850℃高温的过程，避开了二噁英容易生成的区域(400～500℃)，在一燃室(回转窑)中大大减少了二噁英的生成。二燃室遵守3T原则，即二燃室烟气温度控制在1100℃以上、烟气停留时间2s以上、二燃室烟气的充分搅动，使二噁英充分分解[13]。

(2)炉后抑制再合成

采用急冷方式抑制再合成，通过急冷，使烟气在1s内从550℃降到200℃，减少二噁英的再合成。

(3)尾气净化装置进一步去除

喷入药剂(石灰、活性炭)吸附二噁英的前驱物质HCl、二噁英合成的催化剂重金属以及残留的微量二噁英[14]，在袋式除尘器中低速高效过滤去除。

经过炉内抑制产生及充分分解，炉后抑制再合成，烟气净化装置进一步去除后，烟气中二噁英含量可以达到排放要求。

2.3.4 重金属的去除

项目采用活性炭吸附的方法对重金属进行吸附，最终通过袋式除尘器收集进行安全填埋处置。对于沸点低挥发性强的重金属汞(如汞)，在袋式除尘器后仍有少量以气体状态存在，最终在酸吸收塔内被洗涤下来。部分重金属的氯化物为水熔性，即使无法通过吸附进行去除，利用其溶于水的特性，由酸吸收塔的洗涤液自烟气中吸收下来[15]。

3 运行效果

项目于2009年7月开始建设，焚烧系统于2012年9月投入试运行。经过近10个月的运行，2013年6月进行监测。监测工况是设计工况的101%～103%，其中医疗废物量占进炉物料的60%左右，经测，烟气在二燃室停留时间大于2s，焚毁效率大于99.99%，残渣热灼减率3.3%～3.9%。废气监测结果见表3，各项烟气排放指标均符合《危险废物焚烧污染物控制标准》(GB18484-2001)要求。

表3 废气监测结果 单位：mg/m3

注：数据来自《广西固体废物(危险废物)处置中心竣工环境保护验收监测报告》

4 经 验

焚烧系统自建成投入运行以来已有4年多时间，由于项目建设初期，危险废物焚烧系统成功运行实例不多，加上本项目进炉物料为医疗废物和危险废物混合掺烧，设计初期的参数取值，设备选型有不足之处。

4.1 进料系统

(1)行车抓斗

项目散装物料采用行车抓斗，设备选型时采用了单梁行车，在实际应用过程中，问题较为突出，故障率较高，一个是单梁行车抓斗对操作技术要求较高，钢索易打结。二是由于只有一个行车，没有备用的，行车出现故障时储坑的物料就无法进炉，影响了整个系统的配伍及运行。因此，若采用行车抓斗进料，应采用双梁行车，若有条件，可考虑一用一备。

(2)斗式提升

本项目医疗废物由专用收集容器盛放，中间不倒容器，采用收集容器直接上料。医疗废物的上料采用提升机，在提升机提斗上设医疗废物容器固定机构，将盛放医疗废物的容器固定在提升斗内，提升至窑头上料斗内上料。医疗废物容器随上料机返回重新上料。斗式提升机为非标设备，设计时容器提升到翻转角度不平滑，太过实变，导致受力杠易变形，故障率很高。

从实际运行情况看，进料系统是非常关键的一环，也是故障率出现较高的环节。

4.2 回转窑

焚烧系统回转窑的废物装载率为5%～15%。在入口处，对于高热值废物必需降低其进料百分比以提供合理的接触时间和温度控制。对于低热值废物，其进料百分比可以增加到15%以上。固体物质在回转窑内的停留时间为30～120min，固态物质中的有害成分被彻底焚毁，废物中的无机可燃分被燃烬，长链环状物质会被分解成短链物质进入二燃室进一步分解焚烧。实际运行中，由于医疗废物占比较大，医疗废物中一次性废物和塑料制品越来越多，热值也越来越高，导致最终配伍后的进炉物料热值较高，窑尾处温度在1100℃左右，炉渣已呈熔融状，变成熔渣式回转窑，另外，由于回转窑L/D偏小，回转窑长度偏短，导致焚烧系统处理富裕量不足，达不到原设计±15%的要求。

4.3 系统防腐

烟气处理系统的管道和设备采用了耐酸胶泥等方式防腐。从实际运行情况看，在布袋除尘前，烟气温度在200℃以上，钢结构的设备与烟气基本被耐酸胶泥阻隔，烟气在管道或设备没有结露，除直接接触的设备，如急冷塔喷头等外，其它的设备和管道的腐蚀强度不大。但布袋除尘的框架防腐不到位，很容易结露，被腐蚀穿孔，导致漏风。

5 结 论

危险废物处理方法主要有焚烧、热解、固化处理、物化处理、安全填埋等，其中焚烧处置方法具有处理彻底、减量化、无害化等特点，已被广泛应用。广西危险废物处置中心是《全国危险废物和医疗废物处置设施建设规划》确定的建设项目之一，其服务范围包括广西14个地市的全部危险废物(不包括放射性和其它地区医疗废物)和南宁市的医疗废物，主要建设内容包括回转窑焚烧系统、物化处理设施、稳定固化设施、安全填埋场等，危险废物处理能力为4.01万吨/年。该项目于2009年7月开始建设，焚烧系统于2012年9月投入试运行，其特点是医疗废物和危险废物混合掺烧，本文项目选用回转窑作为焚烧系统的主体设备处理医疗废物和其它危险废物，对焚烧系统的设计、调试、运行并结合监测数据进行分析，总结经验，以期为同类项目提供参考。研究得出以下结论：

(1)运行实践证明，焚烧系统采用回转窑作为主体，烟气净化系统采用急冷、干法脱酸和湿法洗涤、活性炭吸附、布袋除尘处理工艺焚烧处理医疗废物和其它危险废物，各项指标能够达到《危险废物焚烧污染物控制标准》(GB18484-2001)要求。

(2)进料系统是焚烧系统关键的一环，也是故障率出现较高的环节，在设计初期应充分考虑。

(3)医疗废物和其它危险废物混合掺焚且有一定比例的，焚烧系统设计热值和回转窑L/D比值应充分医疗废物考虑发展趋势。

(4)烟气系统防腐考虑要全面，必须每个部位都防腐到位。

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Design and Operation of Incineration System or Guang Xi Hazardous Waste Disposal Center

PAN Zhengxian

(Scientific Research Academy of GuangXi Environmental Protection)

In this project，a rotary kiln is used as the key equipment of the incineration system to treat medical wastes and other hazardous wastes. After purification treatment，the discharged exhaust gases were in line with the standard of “Pollution control standard for hazardous wastes incineration (GB1848-2001)”. According to the operating experience，the waste feed is a critical step of incineration system as well as a high failure rate step. Therefore，the waste feed system should be carefully considered at the early process design stage. The L/D ratio of the rotary kiln，where the mixture of medical wastes and other hazardous wastes was burned，is suggested to be approximately 4.5. The anticorrosion should be done well at every part of the incineration system.

Hazardous waste；incineration；process design；operating experience

潘正现，男，硕士研究生，固体废物处理

X21

A

1673-288X(2017)02-0156-04

项目资助：广西壮族自治区人力资源和社会保障厅广西人才小高地专项资金项目(桂办发[2011]51号)

引用文献格式：潘正现.广西固体废物(危险废物)处置中心焚烧系统设计和运行[J].环境与可持续发展，2017，42(2)：156-159.