危险废物焚烧系统工艺设计

蔡峰 徐海 陈振东 刘国锋

摘要：“回转窑+二燃室+余热锅炉+急冷塔+干式脱酸+布袋除尘+湿式洗涤”是危废焚烧领域应用最广泛的处理工艺。以某工程为例，描述其工艺设计，总结其设计创新点。

关键词：危险废物;焚烧;回转窑;烟气净化

危险废物是指被列入《国家危险废物名录》，或由国家按照一定的技术标准认定为具有毒性、腐蚀性、易燃性、反应性或感染性的废弃物。危险废物的种类多、成分复杂，具有毒性、腐蚀性、易燃易爆性，其污染具有潜在性和滞后性，是全球环境保护的重点和难点。

危废处理方式主要包括资源化利用和无害化处置。资源化利用是将废物中具有再利用价值的物质转化为资源化产品进行销售;无害化处置是对危废进行无害化、减量化及最终处置，具体处置方式有焚烧、物化、填埋等。焚烧法是高温分解和深度氧化的综合过程，通过焚烧可以使可燃性危险废物氧化分解，达到减少容积、去除毒性、回收能量及副产品的目的。目前，国内90%以上的危险废物处置中心都采用焚烧处理工艺[1]。

1 焚燒工艺选择

1.1 总体要求

危险废物焚烧处理工艺必须满足以下条件：（1）废物必须经过高温燃烧以彻底焚毁有毒物质;（2）烟气中的含毒有机物也必须在高温下彻底燃烬（《危险废物焚烧污染控制排放标准》规定，二次燃烧室的焚烧温度应高于1100℃，停留时间不少于2 s）;（3）尾气、残渣、污水、飞灰需妥善处理和达标排放;（4）处理全过程需无接触、无泄露、无污染;（5）焚烧设备保证气密性，防止有害物质泄露;（6）为了避免装、出料的二次污染和频繁启、停炉造成烟气中的二口恶英超标，系统必须连续不间断地运行。

1.2 炉型选择

焚烧炉的结构形式与废物的种类、性质和燃烧形态等因素有关。适用于固体废物的焚烧炉类型较多，主要有机械炉排焚烧炉、流化床焚烧炉、热解焚烧炉、回转窑焚烧炉等。

机械炉排焚烧炉设备维修较复杂，投资较高，多用于生活垃圾焚烧;流化床焚烧炉主要适用于污泥焚烧;热解焚烧炉适用于挥发性物质含量较高的废物（如废轮胎、医疗废物等），一般需对入炉物料进行配料预处理;回转窑焚烧炉对物料的适应性较强，技术成熟，运行可靠，且操作简单，是国家工信部、环保部重点推荐的废物处理炉型，已广泛应用于危废焚烧领域。

1.3 烟气净化工艺选择

去除酸性气体的工艺有干法脱酸、半干法脱酸、湿式洗涤等;去除NOx 的工艺有选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原技术（SCR）等;去除颗粒物的工艺有旋风除尘、布袋除尘、静电除尘等;去除二口恶英及重金属的工艺有活性碳喷射、活性碳固定床等。应针对不同的烟气成分及污染排放要求，选择不同的烟气净化工艺。

随着烟气净化技术的发展和环保要求的日益提高，危废焚烧烟气净化主要有4种工艺：半干法、湿法、半干法+湿法、干法+湿法。湿法工艺应用最多，其次为半干法。湿法工艺对污染物的去除率高，但水耗较大，产生的废水量大，系统复杂。半干法工艺的二次产物很少，易处理，但酸性气体去除率较湿法工艺低;在同样需要湿法的情况下，干法+湿法工艺具有产生的污泥及废水少、重金属及二口恶英去除效果好、投资低、运行费用低等优点[2]。

“回转窑+二燃室+余热锅炉+急冷塔+干式脱酸+布袋除尘+湿式洗涤”的烟气净化组合工艺是应用最为广泛的一种成熟技术，其特点是操作弹性大、有害物去除率高、反应剂消耗量较少、可有效控制二口恶英等。

2 焚烧工艺设计

2.1 工艺概述

以江苏省某危废处置中心为例，处理规模为10000 t/a，设置1条33.3 t/d的回转窑焚烧处理线，焚烧系统24 h连续运行，设计年正常运行时间为7200 h。焚烧系统工艺流程如图1所示。

危险废物由运输车卸入储坑，通过抓斗起重机送至进料斗，经推料装置送入回转窑处理。在回转窑中，废物依次经历着火、燃烧和燃烬阶段，未燃烬的高温烟气进入二燃室继续燃烧，产生的炉渣经出渣机排出。二燃室出口烟气依次进入余热锅炉和急冷塔降温。急冷塔出口烟气采用干法脱酸，烟气中的酸性气体与消石灰发生中和作用、烟气中的重金属及二口恶英与活性炭发生吸附作用，得到一定程度的去除，随后进入布袋除尘器去除粉尘。除尘出口烟气在湿式洗涤塔内被净化，进一步去除烟气中的酸性气体。经过湿式洗涤后，烟气的湿度较大，直接排放可能会出现“白烟”。利用余热锅炉产生的蒸汽，将排入烟囱的烟气加热到露点以上，经引风机抽吸，通过烟囱达标排至大气。

2.2 工艺特点分析

2.2.1 进料系统

危险废物进料系统有对称多处理机（Symmetrical Multi- Processing，SMP）、无轴双螺旋进料、推杆进料、溜槽进料等种类。 SMP系统由破碎机、混合器、柱塞泵等组成，系统自动化程度高、安全可靠，主要适用于液体废物比例超过50%的废物进料，废物通过柱塞泵送入焚烧炉，进料均匀、燃烧稳定。目前，全球已经运营和即将运营的SMP系统超过60个，但该系统设备投资较高。无轴双螺旋进料机采用无中心轴设计，利用具有一定柔性的整体钢制螺旋推送物料，具有抗缠绕性强等优点。该系统主要适用于医疗废物进料，不适用于液体含量高的废物进料，其抗回火性能差。推杆进料是危废焚烧领域应用最广泛的进料方式，进料通道内需砌筑浇注料或外部设水夹套。若内部砌筑浇注料，进料通道不平整会影响推杆的平稳运行;若采用水夹套，因与高温烟气直接接触，长期运行会引起水夹套漏水。溜槽进料由料斗、上下两个插板以及垂直溜槽和倾斜溜槽组成（见图2），该系统密闭性好、对物料的适应性强，可防止回火、堵塞，且能够防止废物在进料装置中粘结、结焦。此外，废物在溜槽内高温燃烧（燃烧温度约600℃），可避免有毒有害物质扩散，溜槽外采用独特的水冷管设计，可避免漏水、溜槽及水冷管外侧砌筑浇注料，还可防止设备受烟气高温腐蚀。

2.2.2 布袋除尘器

布袋除尘器是一种干式滤尘装置，滤袋采用纺织的滤布或非纺织的毡制成，利用纤维织物的过滤作用对含尘气体进行过滤。含尘气体进入袋式除尘器后，颗粒大、比例大的粉尘由于重力作用沉降下来并落入灰斗，而含有细小粉尘的气体通过滤料时，粉尘会被阻留，气体得到净化。

根据壳体结构形式及内部构造，除尘器可分为传统的方形除尘器和切向进气的圆形除尘器。本工程采用圆形除尘器，其外形如图3所示，与方形除尘器相比，具有以下优点：（1）圆形结构无死角，不易在死角处产生结露，可延长布袋除尘器的使用寿命。（2）位于顶部的270°旋风进风，可以对烟气中的大颗粒粉尘进行预分离，防止大颗粒粉尘撞击在布袋上影响布袋使用寿命，甚至可延长布袋的使用寿命;可产生自上而下的旋风气流，使内部粉尘和温度达到均匀分布的效果，保证除尘器进出口的烟气温差在10℃以内，防止内部产生结露，延长壳体使用寿命;自上而下的旋风气流可以辅助清灰，实现低压长布袋的清灰效果，也可以减少压缩空气的消耗量。（3）底部采用平底带刮刀设计，可保证时时在线清灰，不会有飞灰在底部堆积，加上内部均匀的温度分布特性，可避免底部板结问题的发生。（4）采用长布袋设计，最长可达10 m，由于长度的增加，在相同过滤面积下，布袋数量越少，占地面积越小。（5）顶部采用洁净气室设计，配以双重隔热门，可保证烟气的“零”泄露。

2.2.3 消石灰、活性碳加药系统

传统的消石灰进料采用“星型给料机+螺旋输送机+文丘里管”或“圆盘给料机+罗茨风机”的方式。上述进料方式能发挥药剂投加功能，但不能解决石灰仓的板结问题。本工程采用“破拱机+螺旋输送机+文丘里管”的进料方式。加药装置如图4所示。

该系统由搅拌轴组件、螺旋输送机、文丘里管等组成。石灰仓底部布置搅拌轴，轴上沿高度方向设两层刀片，当搅拌轴电机通电后，搅拌轴旋转运动，刀片搅动仓内物料，防止物料板结，当碰到坚硬物料时，其刀片会自动收缩，防止刀片损坏。物料经搅动后落入下方的螺旋输送机中，螺旋输送至文丘里管，在文丘里管末端通入罗茨风或压缩空气，将药剂气力输送至干式脱酸塔。螺旋输送机配置变频电机，仓体设失重秤，通过流量信号控制螺旋输送机转速，实现自动控制。

2.2.4 引风机布置

引风机既可以布置于烟气加热器之后，也可以布置于布袋除尘器之后。本工程将引风机布置于除尘器之后，主要优点如下：（1）若布置于烟气加热器之后，烟气中未完全脱除的酸性气体冷凝后会引起风机叶轮及外壳的腐蚀。（2）布置于除尘器之后，烟气温度约180℃，远高于酸露点，不会引起设备腐蚀，甚至可以适当调整叶轮的材质。

2.2.5 湿式洗涤塔

湿式洗涤塔本体材质有玻璃钢、碳钢衬玻璃鳞片、碳钢衬大理石、高温区碳钢衬玻璃鳞片、低温区玻璃钢等种类。玻璃钢、玻璃鳞片的使用温度一般约为160℃，而洗涤塔入口烟气温度约为180℃。由于烟气温度超过玻璃鳞片的使用温度，长期使用玻璃鳞片会融化，导致碳钢塔体腐蚀。大理石砌筑时会留缝隙，洗涤循环水会逐步渗入缝隙，引起大理石脱落并导致碳钢塔腐蚀。

本工程洗涤塔采用玻璃钢结构，在洗涤塔入口烟道上方设降温喷头，降溫后的烟气温度约为90℃，降温水接自循环泵出口，不会增加循环水量，而且能保证玻璃钢洗涤塔长期稳定运行。降温喷枪采用双流体喷枪，冷却水经雾化后，与烟气直接混合，经过吸热蒸发后，实现烟气降温。为保证系统安全、稳定运行，喷枪应作设备用。冷却水入口设调节阀，通过烟气温度连锁控制调节阀开度。

3 结论

（1）回转窑焚烧炉具有对物料的适应性强、技术成熟、操作简单等优点，已广泛应用于危废焚烧领域。

（2）“回转窑+二燃室+余热锅炉+急冷塔+干式脱酸+布袋除尘+湿式洗涤”的烟气净化组合工艺是应用最为广泛的成熟技术。

（3）以江苏省某危废处置中心为例，介绍其关键工艺的技术特点，采取上述设计后，可显著提高焚烧系统的运行稳定性。

[参考文献]

[1]肖燕，伍长青，李军.危险废物焚烧工程实例介绍[J].中国环保产业，2016（5）：24-27.

[2]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，2016（28）：81-83.

Process design of hazardous waste incineration system

Cai Feng1， Xu Hai2， Chen Zhendong3， Liu Guofeng4

[1.JiangyinJinxiu Jiangnan Environmental Development Co. Ltd.， Jiangyin 214400， China;2.Shanghai Municipal Engineering Design andResearch Institute （Group） Co. Ltd.， Shanghai 200092， China]

Abstract：“Rotary kiln+second combustion chamber+waste heat boiler+quench tower+dry depickling+bag filter+wet washing” is the mostwidely used treatment technology in the filed of hazardous waste incineration. Taking a project as an example， its process design is described andits design innovation is summarized.

Key words： hazardous waste; incineration; rotary kiln; gas treatment