危险废物焚烧线的优化设计与运行结果分析

蔡 峰,高留羽,陈 琤

(1.江阴市锦绣江南环境发展有限公司,江苏无锡 214400 2.江阴市奕水盈科技有限公司,江苏无锡 214400)

0 前言

危险废物是指列入《国家危险废物名录》或根据危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性和感染性等一种或一种以上危险特性,以及不排除具有以上危险特性的的固体废弃物[1]。不正当储存危险化学品可能引起爆炸事件,带来严重危害[2],因此正确管理并妥善处理危险废物显得尤为重要。危废处置主要有焚烧、填埋、化学处理、物理固化和生物降解等方法,其中焚烧法的时空效率最高。

危险废物焚烧处理可有效消除或减少危险废物对环境和人类健康的威胁,减少空间占用,在实现资源化利用的同时回收有价值物质,还能利用余热供热,实现能量回收。目前全国90%以上的危险废物处置中心都采用了危险废物焚烧处理系统,其中回转窑焚烧炉较具有优势[3]。因其对焚烧物形状、含水率要求不高,窑内固体停留时间灵活可调,窑内温度高达1 200 ℃以上,可以有效摧毁绝大多数有毒有害物质。但在实际生产过程中,回转窑对技术和系统的安全性要求较高,热效率较低[4],只有35%～40%,运行成本也相对较高。

本文以某企业的危废焚烧生产线为案例,针对运行中出现的能耗高、运行周期短、操作稳定性低等问题进行了优化改造,提高了危废处理线的热效率和运行稳定性。

1 危废焚烧处理线工艺设计概况

回转窑焚烧处理线设计规模为80 t/d,24 h连续运行,年正常运行7 200 h,工艺流程如图1所示。

图1 回转窑焚烧处理线

处理线中回转窑长15 m,直径3.8 m。二燃室内径4.6 m,高9.71 m,进口烟气温度不低于1 100 ℃,烟气经余热锅炉后可产过热蒸气7.86 t/h(1.27 MPa,224 ℃),锅炉出口烟气温度500 ℃,烟气经急冷塔1 s内降至约190 ℃进入干式脱酸塔,在塔内与喷入的消石灰脱硫后经活性炭脱除二噁英,然后进入布袋除尘器除尘,洁净烟气经冷却洗涤塔及中和洗涤塔脱除含S、Cl、P、F等元素的酸性气体,最后经加热器升温至135 ℃从烟囱外排。

2 工艺设计改进和优化

2.1 二燃室出口结构改造

危废焚烧时产生的熔焦需要经过二燃室出口排出。现有斜向上的圆形烟道容易造成出口熔焦堵塞,需要每30天停炉清灰一次,造成开炉运行周期短、运行效率低等问题,同时增加了操作人员工作量。

将二燃室出口改为斜向下方口形式,出口烟道截面积加大了一倍,烟道长度缩短,熔焦可以快速地从锅炉出渣口排出。设计方案见图2。

图2 二燃室出口设计

斜向下方口形式和增大截面积有助于减少烟气阻力,提高热效率,降低供气损耗和焚烧经济成本。开炉运行周期从30天延长至100天,减少了停炉清灰频率,减轻了操作人员的工作量。

2.2 余热锅炉增加过热蒸气段

余热锅炉原本设计为产1.27 MPa的饱和蒸气(194 ℃),但热效率利用不佳,供气损耗多,经济成本较高。在余热锅炉上增加过热蒸气段,将194 ℃的饱和蒸气变为过热蒸气(224 ℃),提高了外供蒸气的质量,降低了供气损耗,每年可创造750万元的利润。

2.3 替换布袋除尘器

因焚烧过程产生粉尘,需要定期更换除尘器。但更换除尘器会对系统稳定性造成影响,同时存在安全隐患。为了解决这一问题,将原先的单个圆形仓室布袋除尘器改为四仓室方形除尘器,在线更换,互为备用。方形除尘器相比圆形仓室具有更大的布袋面积,这一改进减少了停工时间,提高了生产稳定性。

2.4 增设废液直烧站

在原工艺中,针对热值稳定在14 600～33 400 kJ、黏度适中的吨桶装原料需要人工转包装至20 L小桶并提升至投料口,送至炉内焚烧。为减少这一转运过程中存在较大的风险和不便,增设了一条特别通道,废液通过隔膜泵、过滤、调压、快速切断,喷射至窑内适宜温度点直接燃烧,缩短了工艺流程,降低了风险和操作难度,提高生产效率。

2.5 锅炉出灰优化

危险废物经焚烧处理后转变为灰渣,然而,灰渣出灰过程中存在一些问题。首先,由于灰斗的设计缺陷,容易发生出灰堵塞。此外,更换灰斗时会对操作人员的呼吸系统造成损害。因此,将原来的双回程共用一个灰斗改为各回程单独灰斗,提高了出灰的稳定性和效率;将原船型螺旋输灰机改为双翻板出灰机,减少灰斗更换频率,降低操作人员健康风险。对比设计如图3。

图3 锅炉出灰设计

3 改造效果

a) 通过生产线的工艺优化和改造,开炉周期延长了3倍多。2022年,焚烧线累计运行290天,投料天数276天,运行6 936 h,焚烧处置危险废物17 600 t,产生炉渣3 720 t,飞灰409 t,废铁168 t,设备利用率79%。目前的生产成本主要为柴油和电力消耗,若将燃烧系统改为天然气,预计可进一步降低约40%的燃料成本。

b) 通过对回转窑和二燃室进行热平衡计算,两者合并的热效率为87%,效率较高。若进一步完善预处理和进料方式,实现入炉废物均质化,预计焚烧的热效率能达到95%以上。