回转窑焚烧炉在某县危废焚烧处理中的应用

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１５，Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．５　回转窑焚烧炉在某县危废焚烧处理中的应用　肖　燕，李军，伍长青　（中国天楹股份有限公司，江苏　南通２２６６００）　【摘要】　以某县危险废物焚烧处置工程为例，从危险废物焚烧处理种类及规模、工艺选择、回转窑焚烧炉设计、　工程实例分析４个方面探讨回转窑焚烧炉系统的工程原理和性能特点，结果表明：采用“回转窑十二燃室＋余热锅　炉＋急冷塔＋半干反应塔＋千式脱酸塔＋布袋除尘器”工艺，回转窑温度控制在８５０℃左右，危险废物在回转窑停　留时间６Ｏｍｉｎ左右，转速０．２～１．０　ｒ／ｍｉｎ，倾斜角度２。；二燃室温度＞１　１００ｑＣ，烟气在二燃室内停留时间＞２　Ｓｏ在　此条件下，炉渣热灼减率＜５％，飞灰去除率＞９９．９９％，烟气排放满足ＧＢ　１８４８４－－２００１。　【关键词】危险废物；回转窑；焚烧；烟气净化　中图分类号：Ｘ７０５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—８２０６（２０１５）０５—００７４—０４　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｏｔａｒｙ　Ｋｉｌｎ　Ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒ　ｉｎ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｗａｓｔｅ　Ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｏｎｅ　Ｃｏｕｎｔｒｙ　Ｘｉａｏ　Ｙａｎ，Ｌｉ　Ｊｕｎ，Ｗｕ　Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ　（Ｃｈｉｎａ　Ｔｉａｎｙｉｎｇ　Ｉｎｃ．，Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２２６６００）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｉｔｃｓ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ　ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｔｙｐｅｓ　ａｎｄ　ｓｃａｌｅ　ｏｆｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｗａｓｔｅ　ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ，ｐｒｏｃｅｓｓ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ　ｉｎｃｉｎｅｒａｔｏｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｗａｓｔｅ　ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ　ｄｉｓｐｏｓａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　ｏｎｅ　ｃｏｕｎｔｒｙ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ，ｓｅｃｏｎｄ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ，ｗａｓｔｅ　ｈｅａｔ　ｂｏｉｌｅｒ，ｑｕｅｎｃｈ　ｔｏｗｅｒ，ｓｅｍｉ—ｄｒｙ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｏｗｅｒ，ｄｒｙ　ａｃｉｄ　ｔｏｗｅｒ，ａｎｄ　ｂａｇ—Ｗｐｅ　ｄｕｓｔ　ｃｏＨｅｃｔｏｒ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ．Ｉｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｓ　ｔｈｅ　ｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｂｏｕｔ　８５０　ｏＣ，ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｈａｚ—　ａｒｄｏｕｓ　ｗａｓｔｅ　ｉｎ　ｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ　ａｒｏｕｎｄ　６０　ｍｉｎｕｔｅｓ，ｔｈｅ　ｓｐｅｅｄ　ｏｆｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ　ｉｓ　０．２～１．０　ｒ／ｍｉｎ，ｔｈｅ　ａｎｇｌｅ　ｏｆｒｏｔａｒｙ　ｋｉｌｎ　ｉｓ　２。．Ｔｈｅ　ｔｅｍ—　ｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｅｃｏｎｄ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　１　１００℃．ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｅｎｃｅ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　ｓｍｏｋｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　２　ｓｅｃｏｎｄｓ．Ｕｎｄｅｒ　ｔｈｉｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｃｈｎｋｅｒ　ｉｇｎｉｉｔｏｎ　ｌｏｓｓ　ｉｓ　ｌｅｓｓ　ｔｈａｎ　５％，ｂｕｒｎｅｄ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｒａｔｅ　ｉｓ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｔｈａｎ　９９．９９％，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｕｅ　ｇａｓｆ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｅｅｔｓ　ＧＢ　１　８４８４－－２００１．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｈａｚａｒｄｏｕｓ　ｗａｓｔｅ；ｒｏｔａｙｒ　ｋｉｌｎ；ｉｎｃｉｎｅｒａｔｉｏｎ；ｌｆｕｅ　ｇａｓ　ｃｌｅａｎｉｎｇ　现行危险废物处理方式主要有焚烧及填埋。焚　（ＨＷ０４）、有机溶剂废物（Ｈｗ０６）、废矿物油　烧是危险废物安全处置的重要手段之一，焚烧处置　（ＨＷ０８）、废乳化液（Ｈｗ０９）、精（蒸）馏残渣　在实现危险废物减量化和无害化处置的同时，还可　（Ｈｗｌ１）、染料涂料废物（ＨＷ１２）、有机树脂类废　Ｈｗ１３）、有机磷化合物废物（Ｈｗ３７）、含酚废　以实现余热回收利用ｌ＿１］。回转窑焚烧技术适应性　物（－ＩＷ４０）、废卤化有机溶剂　广，技术成熟，运行稳定，可以连续运转，能处理　物（ＨＷ３９）、含醚废物（ＩＨＷ４１）、废有机溶剂（ＨＷ４２）等。　各种类型的固体（甚至液体）废物，操作方便。结　（合我国当前危险废物处置的具体情况，政府鼓励地　根据危险废物产生量，本工程设计焚烧系统处　方优先采用回转窑焚烧技术［２Ｉ。　１危险废物种类及规模　置能力为１　２５０　ｋｇ，ｈ，整套焚烧系统２４　ｈ连续运行，　废物低位热值为１４　６３０　ｋＪ／ｋｇ，危险废物混合物的　表１　危险废物混合物元素成分　名称　符号　碳　Ｃａｒ　氢　Ｈａｒ　４．６５　氧　Ｏａｒ　５．００　氮　Ｎａｒ　１．８５　硫　Ｓａｒ　２．００　氯　Ｃｌａｒ　２．Ｏ０　水　Ｍ　２０１３年末，某县总人口９５万人，产生的危险　元素成分见表１。　废物总量约１８　０００　ｔ／ａ，其中适合焚烧处理的危险废　物量约为１０　０００　ｔ／ａ，约占处置总量的５６％。此县危　险废物产生量最大的行业是化学原料及化学制品制　造业，其次是纺织业。根据对此县危险废物产生情　％　灰分　Ａａｒ　数值　３０．５０　３０．Ｏ０　２４　００　况的调查，需焚烧处理的废物主要有农药废物　２工艺选择　在危险废物焚烧处理技术和设备发展的历程　收稿日期：２０１５一Ｏｌ一２６　中，产生了多种技术，但基本工艺组合形式一般如　环境卫生　程　２０１５年１０月第２３卷第５期　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１５，Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．５　　图１所示。其中，焚烧系统和烟气净化系统是评价　窑焚烧炉较为合适。整个危险废物焚烧工艺的关键。　进料系统　——＋１焚烧系统ｌ＿——＋１余热利用系统　——　烟气净化系统　图１　危险废物焚烧处理工艺流程　２．２烟气净化工艺选择　焚烧法处理废物后产生的烟气虽经余热回收，　但为控制二恶英类物质的重新生成，余热锅炉出口　烟气温度要控制在５５０℃左右，加之烟气中含一定　２．１焚烧炉选择　量的粉尘、有毒气体（氮氧化物、二氧化硫、一氧　目前国内外工业危险废物焚烧炉应用较多的处　化碳、氯化氢等）、二恶英类物质及重金属汞、镉、　理工艺是回转窑焚烧炉、机械炉排炉和热解气化炉　铅等，为防止焚烧产生的烟气对大气环境造成二次　３种。回转窑一般用于处理工业危险废物；机械炉　污染，必须对烟气进行净化处理。针对不同烟气成　排由于活动件多，设备维修较为复杂，投资也较　分及不同的环境质量控制要求，选用不同的烟气净　高，多用于处理生活垃圾；对于ｌ０　以下的焚烧　化系统。去除烟气中各种成分的常见方法有干式洗　炉，热解气化炉应用较多。　涤塔、半干式洗涤塔、湿式洗涤塔、静电除尘及布　回转窑焚烧炉主体部分为卧式的钢制圆筒，圆　袋除尘，烟气中有的成分选用单独一种方法即可，　筒与水平线略倾斜安装，进料端略高于出料端，简　有的成分则需几种方法组合使用。　体可绕轴线转动。运行时废物从较高的一端进入，　综合考虑危险废物的种类、成分、规模、污染　焚烧残渣从较低一端排出。与余热锅炉共同使用可　物排放标准、设备投资、运行成本以及操作的难易　以回收热分解过程中产生的大量能量，能量额定值　程度，本工程采用半干法和干法相结合的烟气处理　非常高。回转窑能有效处理各种不同物态（固体、　系统，达到净化酸性气体（ＳＯ　、ＨＣ１、ＨＦ等）和　液体、半固体等）的危险废物，对焚烧废物的适应　吸附烟气中二恶英、汞的目的。具体烟气净化工艺　性强，技术成熟，运行可靠，且运行操作相对简　为“急冷塔＋半干反应塔＋干式脱酸塔＋布袋除　单，可较好满足各种危险废物焚烧在进料、出渣、　尘器”。　燃烧完全等方面的要求。　综上所述，本工程采用“回转窑＋二燃室＋余　此县焚烧处理的危险废物，有固态、半固态和　热锅炉＋急冷塔＋半干反应塔＋干式脱酸塔＋布袋　液态，因此要求焚烧炉炉型对需处理的物料有广泛　除尘器”的危险废物焚烧处理工艺。详细工艺流程　的适用性和灵活性ｌ３］。根据本工程特点，选择回转　如图２所示。　焚烧系统　图２焚烧工艺流程　３回转窑焚烧炉设计　叫９　式中：０为固体停留时间，通常为０．５　２　ｈ；Ｌ　　在等条件下才能达到完全无害化燃烧。该过程可以　为回转窑长度，ｍ；Ｄ　为回转窑焚烧炉内径，ｍ；Ｄ，的比值为３～５；｜７ｖ为回转窑焚烧炉转速，通常为　分２步完成，先在转窑内使废物经过干燥、气化、　／燃烧这一温度较低的过程，分离灰渣后，烟气再在　０．２～２　ｒ／ｍｉｎ；Ｓ为回转窑焚烧炉倾斜度，为１。　２ｏ。　个固定的炉内（即二燃室）高温燃烧。如一次性　各类危险废物必须经预处理和配伍才能送入回　一焚烧处理只有在足够高的温度、足够的气体停　留时间和良好的湍流接触及过量氧（６％　１０％）存　完全燃烧则要求回转窑容积大，耐温高而且造价　转窑焚烧。适当的预处理和良好的掺混配比对危险　高，运行能耗也大。所以本工程采用“回转窑＋二　废物在回转窑内的安全、有效焚烧十分必要，并有　燃室”２步走的工艺方法。　助于控制污染物的生成＿５］。固体废物经电动桥式抓　３．１热力计算　斗起重机混料后，抓起送人焚烧系统进料斗中，位　物料平衡与热平衡的计算以危险废物中的碳、　于料斗下方的板式给料机将废物均匀送入回转窑　氢、硫等可燃元素和空气中氧的化学反应方程式为　内；半固体桶装物由布置在窑头的密封上料系统提　依据，并假定焚烧所需空气为干空气、所需空气和　升后送人回转窑内焚烧；固体、半固体废物人炉焚　生成的烟气均为理想气体，空气量以１　ｋｇ的危险废　烧稳定后，液体废物通过液体进料喷枪喷入回转窑　物为计算基础。　内焚烧。　１）理论空气量的计算公式为：　３．３二燃室　ｏ　＝Ｏ．０８８　９（ｃ＇＋０．３７５Ｓｒ）＋０．２６５／／－０．０３３　３０　式中：　、　、　、　设置二燃室的目的是使从回转窑出来的未完全　燃烧的颗粒物在此进一步燃尽。为了避免辐射和二　为焚烧所需的理论空气量，ｍ３／ｋｇ；　燃室外壳过热，二燃室设计成由钢板和耐火材料组　分别为碳、硫、氢、氧的质ｌ扮数，％。　成的圆柱简体。根据焚烧理论，烟气充分焚烧的原　则是３Ｔ＋１Ｅ原则，即保证足够的温度，（危险废物　２）理论烟气量的计算公式为：　０＝×１０－２　７ｓ＇＋ｏ８Ｙ＋Ｑ８０６　１００　ｃＣ）、足够的停留时间（危险废物焚　（１．８６６６４＋ｏ　０＋１　１１∥＋１２４Ｍｒ）　焚烧炉＞ｌ烧炉１　１００℃时＞２　ｓ）、足够的扰动（二燃室喉口　．．．式中：Ｖ　为焚烧所产生的理论烟气量，　ｍ３／ｋｇ　Ｃ　Ｓ　；　、　、　用二次风或燃烧器燃烧让气流形成漩流）、足够的　过剩氧气，其中前３个作用是由二燃室来完成。在　、　、、０　０　分别为碳、硫、氮、分别为碳、硫、氮、　二燃室下部设置二次风和２个组合燃烧器，保证二　燃室烟气温度达到标准以及烟气有足够的扰动。回　氢、氧的质量分数，％；　为含水率，％。　当过量空气系数　＞ｌ且完全燃烧时，实际烟　转窑本体内少量没有完全燃烧的气体在二燃室内得　　气的成分只比理论烟气（Ｏｔ：１）多出１项：过剩　到充分燃烧。空气。回转窑焚烧炉的总过量空气系数通常维持在　１．１～１．５，以促进固体可燃物与氧气的接触［　。　３．２回转窑　二燃室设置紧急排放阀，在发生紧急停炉条件　时，开启急排烟囱，烟气由二燃室顶部排到大气　中。急排烟囱顶端安装气动排烟阀，在每次排烟后　能恢复原位。排烟口采用水封，防止在二燃室正常　３．２．１容积热负荷　　危险废物焚烧回转窑的容积热负荷通常为　运行时烟气泄漏。（４．２～１０４．５）×１０４　ｋＪ／ｆｍｓ・ｈ）。目前确定回转窑尺寸　４工程实例分析　本工程采用“回转窑＋二燃室＋余热锅炉＋急　采用的方法是：首先，根据危险废物的成分计算出　废物的热值，再根据废物的处理量确定出每小时废　冷塔＋半干反应塔＋干式脱酸塔＋布袋除尘器”的　ｋｇ／ｈ，　物在回转窑内燃烧所产生的热量，然后根据选定的　焚烧处理工艺。焚烧系统设计处置能力１　２５０　４　６３０　ｋＪ／ｋｇ。　容积热负荷确定回转窑的容积，最后结合回转窑的　危险废物配伍后低位热值为１长径比，确定回转窑的尺寸。　３．２．２停留时间　回转窑采用顺流式，温度控制在８５０　ｏＣ左右，　危险废物经过６０　ｍｉｎ左右的高温焚烧被彻底焚烧成　危险废物在回转窑内的停留时间可用下列公式　高温烟气和灰渣，炉渣热酌减率＜５％。由于危险　废物物料的波动性，焚烧时间长短不一，焚烧炉需　估算：　环境卫生工程　２０１５年ｌＯ月第２３卷第５期　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１５，Ｖｏ１．２３，Ｎｏ．５　要较大程度的调节，设计转速为０．２—１．０　ｒ／ｍｉｎ。为　回转窑焚烧炉焚烧产生烟气量１１　５３６　ｍ３／ｈ，经　保证物料向下的传输，回转窑必须保持一定的倾斜　余热回收、烟气净化达标后由引风机引人烟囱排向　度，本焚烧炉倾斜角度为２。。焚烧后的炉渣由窑尾　大气。　排出，落人出渣机内，炉渣经冷却降温后由出渣机　５结论　带出，运至固化车间处理。　回转窑焚烧炉能有效处理不同种类的危险废　焚烧产生的烟气，由窑尾进入二燃室。根据设　物，根据现有工程检测结果，焚烧残渣的热灼减　９％，飞灰去除率＞９９．９９％，　计计算，二燃室内温度始终维持在１　１００　ｏＣ以上，　率＜５％，燃烧效率＞９９．烟气在二燃室内停留时间将大于２　Ｓ，在此条件下，　烟气中一氧化碳、二氧化硫、二恶英类的排放浓度　烟气中的二恶英和其它有害成分的９９．９９％以上将　分别＜８０　ｍｇ／ｍ３、＜３００　ｍｇ／ｍ　、＜Ｏ．１　ＴＥＱ　ｎｇ／ｍ　，　被分解掉。　满足ＧＢ　１　８４８４－－２００１危险废物焚烧污染控制标准。　参考文献：　［１］王少权，吕自强，王辉，等．危险废物焚烧烟气净化工艺研究［Ｊ］．　能源环境保护，２０１２，２６（２）：３０—３２．　根据过量空气系数　＝１．５，计算得出焚烧烟气　量为１１　５３６　ｍ３／ｈ，焚烧炉物料平衡如图３所示。　空气：４　０２５　ｍ３／ｈ　辅助燃料：１１５　ｋｇ，ｌｌ　［２］陈强．回转窑焚烧系统处理危险废物［Ｊ１．福建环境，２００３，２Ｏ　（６）：６５—６７．　燃　室　点火燃料：２０　ｋｗｈ　空气：６　０７０　ｍ３／ｈ　［３］周苗生，李春雨，蒋旭光，等．危险废物焚烧处置烟气达标排放　研究［Ｊ］．中国环保产业，２０１１（１）：３Ｏ一３３．　废物：１　２５０　ｋｇ，｝ｌ　［４］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，２００７，２８（２／３）：８１－８７．　［５］岳强，范亚民，耿磊，等．危险废物焚烧工程烟气治理工艺设计　［Ｊ］．环境卫生工程，２０１２，２０（４）：２８—３０．　炉揸：３０００　ｋ　ｈ　图３　焚烧炉物料平衡　作者简介：肖燕（１９９Ｏ一），主要从事固体废物处理处置工艺设计。　一，’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’　’’’’’　’’’’’’’’’’、　欢迎订阅　环境王程　杂志国　卜公开发行　欢迎投稿欢迎千ＩＪ登广告　中文核心期刊　中国科技论文统计源期刊　２　中国科学引文数据库（ＣＳＣＤ）来源期刊ＣＡ，ＪＳＴ、ＣＢＭ收录期刊　ｉ　ｉ　《环境工程》是由中国钢铁工业协会主管，　本刊为月刊，大１６开本。每月２２日出版，　中冶建筑研究总院有限公司和中国环境科学学会　每期定价２０．００元，全年ｌ２期共２４０．００元（包　环境工程分会主办，国内外公开发行的国家环境　括邮费）ｏ欢迎读者到当地邮局订阅（邮发代号　保护科技刊物。创刊于１９８２年，是我国跨地区、　８　６４），也可通过银行或邮局汇款直接向本刊编　跨行业的环保应用型、工程类的杂志。主要报道　辑部订阅。经北京市工商行政部门批准，本刊辟　：冶金、石油、化工、电力、市政、煤炭、制药、　有广告专栏，为国内外广告客户服务。　轻工等行业的污染防治治理工程技术、科研成　ｉ果、综合利用及清洁生产技术、新工艺、新设　广告许可证：京海工商广字８２３ｌ　：　《环境工程》集实用性、先进性、学术性及　，篆薏　耻　３ｒ＝　。。…。　３　学　国内外环保信息于一体。主要栏目有：水污染防　电话：（０１０）ｌ８２２２７６３８（编辑），　：治、大气污染防治、固废处理与处置、噪声治　７２３６（．Ｋ＇，行）／７６７７（／－告）　２理、监测与评价、清洁生产与节能减排、土壤修　网站／在线投稿：ｈ郇　．　；复、经验交流等。　ｉｅ－ｍ如ｅ０ｍ