危险废物焚烧系统工艺控制对布袋除尘器运行影响的探讨

2018-02-04付强

中国资源综合利用 2018年3期

付强

（北京北控环保工程技术有限公司，北京 100124）

国家法律法规对危险废物焚烧污染物烟尘排放浓度有明确要求[1]。布袋除尘器因除尘效率高，进气条件变化不易影响其除尘效率，在固体废物处理中得到广泛应用[2]。危险废物焚烧烟气净化系统的除尘设备应优先选用袋式除尘器[3]。在危险废物焚烧实际生产运行中，前端焚烧炉的风、火、料工艺控制对布袋除尘器运行与维护起到至关重要的作用。如焚烧系统操作不当，将会造成布袋除尘器烧毁事故。

某危险废物焚烧系统曾发生一起布袋除尘器滤袋烧毁事故。该系统主要工艺流程为：部分固态物料经破碎、筛分后，与其他固态或半固态物料通过料坑抓斗混配，再上料、定量输送至回转窑。在窑内800℃以上高温及一次风作用下，物料进行预热、烘干、热解与燃烧。回转窑热解产生的大部分可燃物质随烟气排入二燃室进行二次充分燃烧，二燃室温度控制在1100℃以上。夹带着飞灰的烟气在引风机作用下，进入后续系统进行余热利用和烟气净化，最终加热至130℃以上达标排放。其中，烟气净化系统主要包括：急冷喷淋塔、布袋除尘器、酸性洗涤塔。

1 滤袋烧毁事故过程

事故发生在烟道清灰后的启窑带料、升温过程。经过回转窑止料、停窑、烟道清堵、检查工作后，回转窑开始点火。由于燃烧器出现故障，窑内温度一直维持600℃无法提升。采用包装轻质类废物入窑升温3 h后，窑尾出口温度达到900℃，外排烟气CO浓度逐渐达标。但运行1.5 h后烟气CO浓度又持续超标，直至布袋除尘器发生滤袋烧毁事故。

中控室监测显示，布袋收尘器灰斗温度首先出现异常，从160℃急剧上升到500℃。现场采取降低引风机频率、停止进料等措施，发现布袋卸出的飞灰处于燃烧状态。当灰斗温度出现异常32 min后，除尘器出口烟气温度出现异常上升，从170℃逐步升到500℃，随后滤袋压差突降，现场对焚烧系统采取停窑降温措施。当布袋除尘器冷却后打开上盖板，显现设备内部所有滤袋已烧毁。

2 滤袋烧毁事故分析

2.1 直接原因

对于除尘器装置内部发生燃烧的原因，人们可以从三个方面进行初步分析。

2.1.1 装置内的可燃物质

经检测除尘器出灰热灼减率为40.38%，说明除尘器截留下来的飞灰中含有高含量、未燃尽可燃物质。这些可燃物质主要以0.1～10 μm细微颗粒的炭黑形式存在。

烟气中CO是燃烧不完全过程中的代表性产物[2]。在运行大部分时间段，烟气CO排放浓度处于超标状态，这说明系统处于不充分燃烧的状态，烟气中存在未燃尽物质。由于焚烧系统二燃室出口烟气夹带的未燃尽炭黑粒径细微，很难在余热锅炉、急冷塔内沉降下来，进入除尘器后在滤袋上附着或灰斗内堆积，因此装置内存在可燃物质成为燃烧的第一要素。

2.1.2 装置内的点燃温度或能量

烟气净化系统采用的滤袋为PTFE材质，其适用范围为：连续工作温度230℃以下，瞬间工作温度280℃。根据运行记录，除尘器进口温度一直维持在200～210℃。飞灰中的炭黑燃点在600～700℃。从装置内运行温度来看，应该不具备物料点燃温度的条件。

飞灰在除尘器上截滤后，可形成约3 mm的附着层。当压缩空气反向脉冲吹扫滤袋时，滤袋急剧膨胀与收缩，将出现笼骨与滤袋之间的强烈震打现象，使附着层上的飞灰与滤袋发生摩擦静电作用。震落的大块飞灰进入灰斗过程中，有部分细粉状飞灰在引风的作用下再次附着到滤袋表面，与滤袋发生摩擦静电作用。

从回转窑止料清理烟道到启窑入料期间，除尘器温度一直维持200～210℃，滤袋并没有蓄积水分。因此，飞灰与滤袋之间所产生的静电不具备水介质导出装置的条件。此外，PTFE材质滤袋绝缘性能较好，静电无法通过滤袋马鞍桥部位传导至钢质孔板上，造成除尘器装置内静电蓄积。

飞灰内静电电压达到3000 V，会产生静电放电火花。对细微颗粒炭黑点燃所需的最小静电点火能量在几十至数百毫焦。当静电放电相当能量所形成的放电有效点燃能量大于可燃物质点燃所需要的最小静电点火能量时，静电放电火花可点燃所在空间的可燃物质[4]。由于烟气中CO可燃气体的存在，与可燃炭黑形成的杂混合物进一步降低了点燃所需的最小静电点火能量，从而增加了可燃物点燃的危险性。因此，飞灰与绝缘滤袋之间产生静电放电火花成为燃烧的第二要素。

危险废物焚烧处理一般会产生高温、酸性腐蚀气体。对于含有碳纤维等导电材质的防静电滤袋，导电材质会与酸性物质发生反应，造成导电性能衰减，使其失去防静电功能。因此，危险废物焚烧系统宜采用耐腐蚀好的高分子纤维材质滤袋，而不采用防静电材质滤袋。

2.1.3 装置内的氧气

根据运行记录，滤袋事故发生前1 h内，烟囱排放烟气氧含量在14%～16%，而余热锅炉出口烟气氧含量在2%～6%。这说明余热锅炉至引风机之间有漏风现象，使除尘器内存在充足氧气条件。震落下来并已达到点燃所需最小静电点火能量的炭黑与装置内氧充分接触，就会产生燃烧现象。因此，装置内的氧气是燃烧的第三要素。

2.2 间接原因

除尘器截滤下来的飞灰含有大量未燃尽的炭黑是事故发生的关键因素。飞灰中含有炭黑可燃物与焚烧系统的风、火、料工艺控制有关。因此，人们可以从工艺控制角度对事故原因作进一步分析。

2.2.1 一次风与二次风控制异常

一次风机与二次风机额定风量分别为3880 Nm3/h和3000 Nm3/h。在事故发生前，曾出现几段非常明显的不正常调节：一次风与二次风的风机频率分别达到30～38 Hz与5～12 Hz，持续约30 min；一次风与二次风的风机频率分别达到23～26 Hz与12～16 Hz，持续约25 min。这些异常调节造成一次风过大、窑内风速过高，来不及热解的轻质类物料通过烟气夹带进入二燃室。二次风供风量不足，且二燃室内烟气停留时间过短，被夹带的轻质类物料无法在二燃室完成热解与燃烧，造成尚未燃尽炭黑与CO随烟气进入后续的烟气净化系统。

2.2.2 回转窑与二燃室温度不足

从启炉入料升温直至滤袋烧毁事故发生，回转窑与二燃室出口温度基本在700～850℃。通常，提高焚烧温度有利于废物中可燃物质的分解，并可抑制黑烟的产生[2]。二燃室焚烧温度偏低，不足以保证从回转窑内热解产生的挥发分、炭黑可燃物质充分燃烧。

2.2.3 入窑物料未进行合理配伍

根据出库危险废物台账记录，停窑清理烟道后，启炉入窑物料为破碎后的废包装类轻质物料，含有薄膜及纤维类废物。此类轻质物料在窑内热解与焚烧过程中将产生大量漂浮物，在一次风作用下很容易带入二燃室，无法完成热解与燃烧。

3 工艺控制的建议

通过以上滤袋烧毁事故分析，风、火、料焚烧工艺控制不当，将导致大量未燃尽炭黑产生，这是滤袋烧毁事故发生的间接原因。因此，只有焚烧系统采取适当的工艺控制方能避免类似事故的发生。

3.1 供风量控制

在危险废物焚烧系统中，回转窑内需完成物料预热、烘干、热解、燃烧的功能。大部分热解产物在二燃室完成充分燃烧。回转窑与二燃室由不同的供风量控制。其中，一次供风用于物料热解、部分热解产物燃烧、固定碳趋近燃尽；二次供风用于进入二燃室的挥发分与炭黑等可燃物质充分燃烧。

焚烧系统供风量应以危险废物处理量与配伍后物料组分分析为依据，并考虑过剩空气系数，核算焚烧总需氧量与供风量。标定风机运行频率与风量的对应关系，初步设定一次风与二次风风量。根据生产运行经验，一次风与二次风分配比例一般约为6:4，具体分风比例需考虑实际焚烧系统漏风因素,再通过窑尾及余热锅炉出口烟气氧含量监测，对一次风量与二次风量进行微量调整。

供风量以确保焚烧系统有充足氧气燃烧为原则，一次风不宜过大，二次风不宜过小。如一次风量过大，物料热解产生的大部分可燃分会在窑内实现燃烧，造成二燃室“断粮”而无法保证燃烧室内温度。另外，它还会造成窑内风速偏高，轻质物料容易被带入二燃室，无法进行充分热解与燃烧；如二次风量过小，进入二燃室的可燃分与供风无法充分混合，供氧不足造成燃烧不充分。

在生产运行中，窑尾出口氧含量应控制在2%～3%，二燃室出口氧含量应控制在6%～10%。另外，需严格控制焚烧系统的漏风现象，使一次风、二次风、引风控制更为有效，保证系统的运行稳定性。