危险废物回转窑焚烧系统的探讨

程元舒

摘要：近年来，随着我国经济的迅速发展，资源开发和资源消耗持续增加，带来了严重的固体废物环境的污染。固废的安全处置，特别是危险废弃物的处理尤为关键。目前危险废物的处置以焚烧及安全填埋为主，采用焚烧处置方式处理既可以实现危险废物的减量化和无害化，同时可以进行热能的回收利用。焚烧处置中，以回转窑焚烧工艺的应用最为广泛。本文探讨了不同型式的回轉窑焚烧系统的技术特点。

关键词：回转窑焚烧危险废物工程应用

0. 引言

焚烧法是近年来主流的危险废弃物热处置技术，危险废弃物中的有毒有害物质在高温炉膛内氧化和彻底分解，实现固废的无害化和减量化。其中以回转窑焚烧炉技术最为成熟，应用最为广泛。回转窑焚烧系统具有广泛的适用性，可适用于处理大部分的固态、液态和气态的可燃危险废物，同时可以回收焚烧热能及部分重金属。

回转窑焚烧系统的工艺路线主要为：预处理系统+料坑+上料系统+回转窑（配捞渣机）+二燃室+余热锅炉+烟气处理系统+引风机+烟囱排放及相关的辅助系统。

本文以回转窑焚烧系统的主要设备：回转窑和二燃室为主，对回转窑焚烧系统进行探讨和研究。

1. 回转窑

按照回转窑内烟风和物料的流动方向，回转窑可以分为顺流式和逆流式两种。按照运回转窑内物料的燃烧状态，回转窑可以分为灰渣式、熔渣式及热解式回转窑。目前顺流灰渣式回转窑为国内处置危废的主要形式。

1.1顺流式回转窑

顺流式中物料和烟风运动方向一致，物料的干燥段、燃烧段和燃尽段较为比较明显。顺流式回转窑的进料、进风以及辅助燃烧器的布置方便，设备操作维护方便并有利于进料和物料的前处理，同时烟气在窑内停留时间较长，反应充分。在实际运行中，顺流式回转窑存在着窑内物料混合不均匀导致易结焦等问题。在处置湿度较大和可弹性较低的危废物料时，回转窑入口的耐火材料易受物料水分侵蚀，导致处置成本提高，同时也增加了工艺操作运行的难度。

1.2逆流式回转窑

逆流式回转窑中物料和烟气的运动方向相反，物料的干燥、燃烧和燃尽段没有明显分界。逆流式回转窑的窑内气固充分混合，传热效率较顺流式回转窑高，燃烧速率快;可减少回转窑入口的侵蚀问题，延长炉体寿命，因此适用于湿度大、可弹性较低的废料。通过窑内的配风调节，可沿回转窑轴向形成氧气的浓度梯度，有利于形成“热解-燃烧”工况，可控制二恶英的生成并缓解窑内结焦的情况;回转窑内热解产生的可燃气体可在二燃室内燃烧，降低燃料成本;燃烬的残渣与窑尾的一次风换热，利用残渣加热一次风的同时冷却炉渣温度。但逆流式回转窑内的气固相对速度较大，随烟气带走的粉尘量较高，增加了后续烟气处理的成本。

逆流式回转窑在处置危险废物的实际工程应用中，受温度和物料湍流程度等因素的影响会出现运行问题，如窑头温度过低导致物料不能充分挥发，使后续窑体符合过大造成耐火材料的腐蚀，以及灰渣热灼减率升高，窑头温度过高则会出现结焦问题。危废物料进入炉膛后，需要保证窑内氧气与物料充分接触，湍流度需要控制在合理的范围内，才能保证危废物料处理的效果。因此在实际运行中，需要实时监测窑头的温度情况以及精准调节窑内物料湍流度。

1.3灰渣式回转窑

灰渣式回转窑在燃烧时，窑内温度控制在850至1000℃范围，回转窑排除的灰渣经过冷却后较为松散，热灼减率在3%以内，满足环保要求。在运行温度范围内，危险废物对炉膛耐火材料的侵蚀性不强，因此回转窑寿命较长。但较低温度燃烧增加了烟气量和运行成本。灰渣式回转窑是目前常用的回转窑形式。

1.4熔渣式回转窑

灰渣式回转窑的热灼减率较低，焚烧处理较为彻底。运行时窑内温度在1100℃以上，因此对保温材料和炉膛的耐火材料要求较高，窑头的进料器、喷枪和燃烧器的寿命大大减少，同时也则增加了辅助燃料的耗量。在高温下，危废物料中的重金属成分挥发性提高，增加了后续烟气处理的负担。熔融的灰渣从窑底流出后急剧冷却凝固，形成的残渣可将重金属等固定，毒性较灰渣式回转窑排放的残渣较低。但窑壁上会附着炉渣，回转窑的熔渣出口易堵塞。进料中的低熔点化合物还会导致熔渣在冷却过程中发生爆炸。

1.3热解式回转窑

热解式回转窑运行温度在700至800℃范围，危废物料在此温度下热解气化，产生可燃气体在二燃室内燃烧，降低了辅助燃料的消耗，烟气量较低，可降低后续烟气净化设备的成本。但由于燃烧温度较低，导致物料燃烧不充分，灰渣残留高，热灼减率较高。但由于其节约能源和降低成本的优势较为明显，代表了资源节约型的发展方向。因此具有发展前景。

2. 二燃室

二燃室在回转窑后，作用是进一步燃烧并分离回转窑出口中的烟气。二燃室布置有燃烧器，通过辅助燃料和废液的燃烧提供二燃室内部较高的温度，同时加强烟气扰动，达到充分燃烧。二燃室运行温度在1100℃，并使烟气的停留时间大于2s，使烟气中的有机物能够得到充分燃烧。二燃式设置有助燃风，在二燃室内形成向下切向螺旋，为继续燃烧提供氧气并加强烟气的混合及扰动，助燃风风速设置为30至50m/s。助燃风机自废物料坑取风，既减少料坑内的有机气体排放，同时维持料坑的负压。二燃室顶端设置紧急排放烟囱，当发生紧急停炉时（紧急停电或停水时）开启。二燃室运行时的工艺参数控制采用“3T+E”法，即控制回转窑出口烟气的温度范围、烟气在二燃室内停留足够时间、燃烧过程中保证合理的湍流度和过量空气系数。

目前工程上较多应用直筒式二燃室。由于缺少燃料和空气，烟气在回转窑至二燃室的过度烟道内不能充分燃烧，因此过度烟道内容易发生结焦现象。在直筒式二燃室内，烟气的紊流程度小，二次燃烧不充分，使排放的烟气中污染物和含尘量相对较高，增加了后续烟气处理的成本。在工程应用上也有采用多段烟道式二燃室，此种形式的二燃室增加了烟道长度，烟气扰动程度大，停留时间长，飞灰易在烟道内沉降，减少出口烟气的含尘量和有机物。但此种类型的二燃室存在占地面积大，高温受热面较大，积灰结焦磨损严重和烟气阻力较大等不足，增加了设备投资和运营成本。

3. 结语

顺流灰渣式回转窑和直筒式二燃室为目前国内危废处理中的主流形式，在目前工程实践中应用良好。逆流式回转窑目前应用较少，热解式回转窑技术仍处于试验阶段，一些技术问题尚待解决，但由于其降低能源消耗的特点，代表了回转窑发展的技术方向，对于资源节约和环境友好型社会而言十分重要。

随着我国危险废弃物处置政策的出台，不同规模的危废处置项目陆续开展建设。危险废物回转窑焚烧处理工艺的物料适应性较好，工艺成熟，操作便捷，处置效果较好。随着环保要求和排放标准的不断提高，促进回转窑处置危废工艺技术的绿色发展。

参考文献

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