回转窑在危废焚烧处置中的应用

汤立

（西安航天源动力工程有限公司，陕西 西安 710199）

目前，危废的处置大多数采用填埋或者焚烧的方式，危废填埋比较粗放，填埋场的选址及设计条件相对比较苛刻。目前国内大多采用回转窑焚烧处置，回转窑在无害化、减量化、资源化方面有着显著的优势，通过回转窑进行减量化处置，余热锅炉进行余热回收利用。

1 危险废物种类和规模

2019年末，国内某县总人口达到150万，每年产生的危废总量达到了2万t。其中适合于焚烧处置危废质量达到了1万t，该县危废产生量最大的就是化工业生成化学制品，其次就是纺织废弃物，对该县危废处理过程进行调查，需要焚烧处置废弃物有农药HW04、有机溶液HW06、废矿物油燃料HW08及含有有机磷酚类等相应有机溶剂废弃物。根据废弃物处理量，在本工程设计的焚烧系统中，废弃物焚烧处置能力达到1.3 t/h，整套焚烧设施会24 h连续运转[1]。

2 工艺选择

2.1 焚烧炉选择

在当前国内外工业危废焚烧处置工程中使用较多的就是回转窑焚烧炉，还有炉排炉、链条炉、热解气化炉、隧道窑等，回转窑系统各子系统设备较多、运行水平有一定要求，设备投资成本相对较高，在危废处置中有一定的技术壁垒。在中国北方地区，回转窑系统大多与余热锅炉联合使用，最大实现系统价值化。回转窑系统核心设备是回转窑，回转窑本体是由钢圈卷制而成，目前国内大多本体长度在13 m，窑头窑尾通过迷宫结构进行密封，筒体倾角1.5°，逆时针旋转。由于危废大多具备毒性、腐蚀性、反应性等特性，回转窑内部有一圈耐材保护，常见窑头、窑尾区域是浇注料，中间段是耐火砖。回转窑正常运行时，危废通过抓斗进入进料系统，使用推料器把物料推入回转窑内，物料进入回转窑后先后经过烘干、分解、燃烧、燃尽4个阶段，从窑尾将燃烧后的残渣排出到捞渣机内。回转窑内燃烧产生的高温烟气，通过余热锅炉进行余热回收利用，产生的饱和蒸汽输送至各用气用户。焚烧后的烟气含有粉尘、HCl、SO2等，烟气通过烟气净化系统使其达标排放。回转窑系统核心工艺流程如图1所示。

图1 危废焚烧处理流程

目前回转窑焚烧处置技术应用较多，可参考成功案例较多，国内有很多成熟的典型工程项目。与其他技术比较，回转窑系统在固废处置方面有着不可替代的优势，可以满足不同类型危废的焚烧处置，如固体物料、半固体膏状物、废液等，该县区的危废有固体型、半固体型和液态类型的物质，比如精馏残渣、含油废物、油漆渣、活性炭、污泥、乳化液等，因此回转窑设备有更广泛处理物料特性[2]。

2.2 烟气净化工艺选择

由于危废往往具备腐蚀性、易燃性等，通过回转窑焚烧后产生大量烟气，烟气中含有大量粉尘、酸性气体、二噁英、重金属等有毒害物质，为了防止这些烟气给外界环境带来破坏，针对不同类型烟气成分、不同环境质量控制要求，选择不同的烟气净化工艺。烟气中的二噁英在二燃室1 100℃高温下会分解，250～500℃会再次合成。为了防止二噁英再次合成，要求余热锅炉出口温度要控制在550～600℃，急冷塔出口温度控制在180～200℃，烟气在急冷塔停留时间小于1 s。考虑到现有危废的类型、规模、污染排放标准、设备投资运行及设备操控难易程度，在除尘中，使用半干法、烟尘处理设施来处理二氧化硫、氯化氢，并且吸附烟气中的有毒害物质[3]。目前国内回转窑工程中在烟气净化系统中大多采用干法/半干法脱酸、布袋除尘器除尘、湿法脱酸工艺，该工艺运行稳定，技术可靠。

3 回转窑焚烧炉设计

3.1 回转窑

3.1.1 容积热负荷

通过回转窑焚烧处置危废，要先确定好回转窑的尺寸，测量方法是先结合危险废物成分来测算出废弃物的热值之后，在结合废弃物处理的量，确定出每小时废弃物在焚烧炉内燃烧时所生成热量。回转窑的容积热负荷直接影响危废在窑内的燃烧情况[4]。当容积热负荷过小，窑体容积过大，窑内温度水平降低，部分物料将无法完全燃尽；当容积热负荷过大，窑体容积过小，窑内烟气量过大，烟气流速加速，物料在窑内停留时间缩短，不能保证物料充分燃尽。所以在回转窑设计时，要结合设计要求及行业特点，选择合适的容积热负荷[5]。

3.1.2 停留时间

危废首先要经过预处理系统进行破碎、撕碎、配伍等环节后，才能通过行车抓斗送入进料系统，然后通过液压推料器推进回转窑内。危废通过回转窑的时间是物料的停留时间，它与回转窑的转速、倾斜角度、窑体长度、窑体半径、安息角、摩擦阻力等有关。物料停留时间过短，存在物料燃烧不完全的可能，在回转窑参数设计中至关重要。

3.2 二燃室

焚烧系统主要为回转窑+二燃室+燃烧器，回转窑作为一燃室，主要是进行固废焚烧，二燃室作为二次燃烧室，其中一燃室炉温为800～1 000℃，二燃室1 100～1 200℃。二燃室烟气停留时间大于2 s，焚毁去除率能达到99.99%。当危废进入回转窑后经过烘干、分解、燃烧、燃尽，产生大量烟气及未燃尽物质，可燃气进入二燃室，进行二次燃烧，有效保证了能燃尽燃。二燃室设置了燃烧器助燃，配置独特的二次供风装置，以保证烟气在高温下同氧气充分接触，同时，保证烟气在二燃室的滞留时间并根据二燃室出口烟气的含氧量来调整供风量[5]。

4 工程实例分析

危险废物焚烧工程选用回转窑+二燃室+余热锅炉+急冷塔+干式脱酸塔+布袋除尘装置+湿法脱酸塔+烟气再热器消白工艺，处置危废的能力达到了1 300 kg/h。回转窑焚烧温度能达到800～1 000℃，危险废物进入回转窑后，经过一个多小时的燃烧，就会被彻底焚烧殆尽，燃烧残渣热灼减率低于5%。不同物料的热值、灰分、水分等均不同，需要结合物料化验分析数据进行合理的配伍，使其达到最佳的燃烧工况。回转窑炉渣由回转窑窑尾排出来，然后落入到出渣机内部，经过水冷降温之后，由出渣机链板输送到渣箱内。回转窑焚烧产生的大量烟气，附带着颗粒物进入二燃室进行二次燃烧，这些烟气在二燃室停留时间超过2 s，此外回转窑燃烧产生的二噁英在二燃室1 100℃高温下能够99%分解。二燃室出口烟气量将达到12 000 m3/h，这些高温烟气进入余热锅炉进行余热回收利用。从余热锅炉出来的烟气进入后端烟气净化系统进行除尘脱酸处理，最终达到国家排放标准从烟囱排放。一些处理废弃物的企业，在建立初期就建立起了回转窑焚烧炉设备，而且该焚烧炉每年处理的废弃物达到了近1万t[6]。

5 危险废物处置中回转窑焚烧炉应用分析

5.1 基本工艺

在危废的回转窑系统运行中有余热利用系统，该系统主要有锅炉给水泵、锅筒、水冷壁、软化水设备等相应装置，该系统是位于二燃烧室和急冷塔中间位置。利用余热利用系统，能够收集大量热蒸汽，如果进入余热锅炉的烟气量较大、温度较高，产生的蒸汽也会越多。回收产生的热蒸汽可以通过分气缸分别送到不同的用气端。

在回转窑系统中，水冷壁锅炉有着较好的使用效果，而且该锅炉在目前危废处置市场中销量较高，含尘烟气进入到辐射换热室，烟气流动速度会降低，烟气中较重较大的颗粒物会有部分沉降，与水冷壁管接触的烟尘会附着在表面。

5.1.1 急冷塔

二噁英在二燃室燃烧分解后，会在250～500℃再次合成，为了避免二噁英的再次合成，需要将余热锅炉出口烟气温度550～600℃在1 s内降至180～200℃。急冷塔通过上部的急冷喷枪，使高温烟气在短时间内温度骤降，通过DCS系统PID调控能够精确控制。

5.1.2干法脱酸塔

干法脱酸塔应用原理是用CaO粉剂或Ca（OH）2粉剂作为吸收剂，直接向塔内喷入粉剂或制备成石灰浆后喷入，使得吸收剂与烟气中的酸性物质进行反应以达到脱酸目的。与烟气中的SO2相比，其他酸性气体如HC1、HF等更易于与Ca（OH）2，反应时间只要保持1 s左右就几乎都能被有效去除。喷入的CaO粉剂或Ca（OH）2粉剂通过布袋除尘器分离，随着布袋灰一起排出。

5.1.3 活性炭喷吹装置

活性炭喷吹装置的主要作用是吸附烟气中重金属及二噁英，降低烟气中的有害物质。该装置一般设置在干法脱酸塔下部区域，活性炭粉末通过该装置进入干法脱酸塔，均匀分散于烟气中，充分与烟气进行接触，最后通过布袋除尘器分离排出。该装置使用过程中活性炭的投加量一定要控制适当，避免投加过量导致布袋灰燃烧。

5.1.4 布袋除尘装置

布袋除尘器主要有壳体、滤袋、喷吹清灰设备、排灰设备组成，壳体主要由上箱体、中箱体、灰斗、进出口构成。滤袋总成主要由滤袋、袋笼构成。喷吹清灰设备主要由气包、脉冲阀、电磁阀、喷吹管、PLC控制箱构成。排灰设备主要由振打器、星型卸灰阀、螺旋输灰机构成。布袋除尘器作为回转窑系统中唯一的除尘设施，其在烟气除尘方面发挥着至关重要的作用，可有效脱除烟气中的颗粒物，除尘效率一般可达99%以上。

5.1.5 湿式洗涤塔

湿式洗涤塔又被称为碱洗塔，其作用主要是进行烟气湿法脱酸。与干法反应塔相比，湿法洗涤塔脱酸效率更高，在工程应用常作首选。该设备在设计时，需要综合考虑烟气酸性气体质量浓度，预留足够脱酸能力提升空间。目前该设备在工程应用中大多采用玻璃钢材质，玻璃钢材质在耐温耐磨、耐腐蚀性能、成本控制等方面有着突出的优势。烟气由碱洗塔下部进入，喷淋层布置在碱洗塔中上部，烟气与碱液采用逆流式接触反应，保证了足够的反应时间。脱酸后净烟气从碱洗塔上部流向后端。

5.2 控制指标

回转窑系统的控制指标要参考GB 18484—2020《危险废物焚烧污染物控制标准》来执行。在技术性能指标上要求：二燃室出口温度要超过1 100℃，烟气停留时间超过2 s，干烟气氧体积分数控制在6%～15%，炉渣热灼减率低于5%。在烟气污染物排放质量浓度限值上要求：颗粒物小时均值不超过30 mg/m3，一氧化碳（CO）小时均值不超过80 mg/m3，氮氧化物（NOx）小时均值不超过300 mg/m3，二氧化硫（SO2）小时均值不超过100 mg/m3，氟化氢（HF）小时均值不超过4.0 mg/m3，氯化氢（HCl）小时均值不超过60 mg/m3。目前在众多回转窑工程应用中，各项排放指标均能达到国家环保标准。

6 结束语

回转窑焚烧炉可以处置多种类型危险废物，设备适用性较广泛，处置能力较大，满足多数企业需求。在减量化、无害化方面优势突出，危废燃烧效率可达99.9%，焚毁去除率可达99.99%。随着当下国内生态环保发展战略大幅推进，在碳中和大环境背景下，固废处置越来越受到关注，淘汰老旧技术及设备，降低碳排放势在必行，而回转窑在危废处置领域有着极大明显的优势，从工艺选择、设备性能、系统运行、烟气排放等方面均有着不可多得的借鉴与参考的经验。