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中國環境科學會固體廢物分會政府信息網  (2009-4-15 8:35:07)  固廢論文

    

 

、前 

、回轉窯焚燒的一般機理和三種焚燒方法、三種熱工流程的解析 

2 1、回轉窯焚燒的一般機理

                       2 2、回轉窯焚燒的三種焚燒方法

                221、回轉窯灰渣式焚燒

                222、回轉窯熔渣式焚燒

                223、回轉窯熱解式焚燒
          
2 3、回轉窯焚燒三種熱工流程簡析

三、回轉窯焚燒危廢三種窯爐組合匹配分析與比較

                      3 1、回轉窯出料端將二燃底部加一小型爐排

                      3 2、回轉窯出料端將二燃底部加一小型流化床

                      3 3、回轉窯出料端將二燃底部加塔式回轉爐蓖

                  3 4、結

四、回轉窯焚燒危廢的應用簡述

4 1、回轉組合焚燒窯基本原理及關鍵技術提要

                   4 2、回轉組合焚燒窯的創新要點

                   4 3、回轉組合焚燒窯工藝流程

              4 4、回轉組合焚燒窯的技術水平及性能指標

 

一、   

要實現垃圾無害化、減量化、資源化的目的,焚燒是一種比較可靠和有效的手段。具有現代意義的垃圾焚燒爐,至今已有七十多年歷史,據統計目前世界各地應用的爐型已達200多種,其中,最具有代表性的有爐排爐、流化床、傳統回轉窯式焚燒爐等。由于我們的焚燒對象是“垃圾”,而垃圾的熱值、比重、形態、水分、燃點、數量等多種物化性的不確定因素,無論在時間、空間上、它的不確定性貫穿于整個焚燒過程。因此,對于焚燒垃圾決不能以“一爐統天下”,而要具體分析條件,判斷過程,決策選用爐型是非常重要的。

作為危險廢物這個特定的領域,回轉窯焚燒爐應對復雜的工業垃圾、醫療垃圾具有適應性廣,運行穩定可靠,管理操作方便,設備維修簡單等多方面優點,因此在國際危廢焚燒領域應用最廣。下列一覽表列出了美國各種危險廢物焚燒應用比例(LaGrega、BucKingham、Evans Hazardous Waste Management”)。

 

美國危險各種廢物焚燒應用比例

回轉窯

兩室爐+固定爐膛

多爐膛+流化床

應用比例

75 %

15 %

10 %

 

而我國國家環境保護總局于20011220印發的:關于“危險廢物污染防治技術政策”的通知總則“7.3條例”,“危險廢物的焚燒宜采用以回轉窯爐為基礎的焚燒技術,可根據危險廢物種類和特征,選用其他不同爐型,鼓勵改造并采用生產水泥的旋轉窯爐附燒或專燒危險廢物”。而我國近年的危廢焚燒建設市場已越趨成熟。大勢已在向采用不同組合的回轉窯焚燒爐型靠攏。但具體應用上的改進,尚有很大的技術發展空間。

 

二、   回轉窯焚燒一般機理和三種焚燒方法、

三種熱工流程的解析

 

21、回轉窯焚燒的一般機理:

   回轉式焚燒窯爐體為采用耐火磚或水冷壁爐墻的圓柱形滾筒。它是通過爐體整體轉動,使垃圾均勻混合并沿傾角度向傾斜端翻騰狀態移動。為達到垃圾完全焚燒,一般設有二燃室。其獨特的結構使幾種傳熱形式中完成垃圾干燥、揮發分析出、垃圾著火直至燃盡的過程,并在二燃室內實現完全焚燒;剞D窯式焚燒爐對焚燒物變化適應性強,特別對于含較高水分的特種垃圾均能實行燃燒。

 

22、回轉窯焚燒的三種焚燒方法:

即灰渣式焚燒;熔渣式焚燒;熱解式焚燒。

 

221、回轉窯灰渣式焚燒:

灰渣式焚燒爐,回轉窯溫度控制在800 OC 900 OC,危險廢物通過氧化熔燒達到銷毀,回轉窯窯尾排出的主要是灰渣,冷卻后灰渣松散性較好,由于爐膛溫度不高,危險廢物對回轉窯耐火材料的高溫侵蝕性和氧化性不強,為此,耐火材料的使用壽命相對比較長,內爐體“掛壁”現象也不嚴重。

 

222、回轉窯熔渣式焚燒:

熔渣式回轉窯焚燒爐主要是處理一些單一的、毒性較強危險廢物,溫度一般在1500 OC以上,目的是提高銷毀率。由于處理對象各不相同,成分復雜,一些危險廢物熔點在1300 OC 1400 OC以上,因此該類型焚燒爐溫度控制較難,對操作要求較高。由于熔渣式回轉窯焚燒爐爐膛溫度較高,輔助燃料耗量增大,帶來的最直接的后果是回轉窯耐火材料、保溫材料燃料消耗、機械損耗及操作難度均較高。

 

223、回轉窯熱解式焚燒:

熱解式回轉窯焚燒窯內溫度控制在700 OC 800 OC,由于危險廢物在回轉窯內熱解氣化產生可燃氣體進入二燃室燃燒,可以大大降低耗油量,另外由于溫度低,熱損失少,煙氣量是三種處理工藝為最低,隨之裝機容量降低,運行成本大大降低,但是其缺點是灰渣殘留量高,灰渣焚燒不徹底,目前某些關鍵技術,已有突破,此種焚燒方法代表了回轉窯焚燒危廢技術發展方向,尤其是對資源節約性社會來講,這一點尤為重要。

對于任何一種焚燒設備,要實現合理焚燒必須是“進料有序、燃燒完全、出渣通順”,其核心問題是:

1、風量的大小、方向和速度;

2、區段風量中含氧量的控制;

3、區段風量壓力的控制;

4、窯內各區段溫度的控制。

而要實現這些核心技術,正確確定熱工流程是關鍵。

 

23、回轉窯焚燒三種熱工流程簡析:

      上述三種焚燒方法,靠一般的熱工“順流”(即氣流與物料運行同方向)或“逆流”(即氣流與物料運行向反方向)予以實現是困難的,因為這是常規的回轉窯熱工流程。它適用于建材行業,冶金行業,化工行業等常規行業,而對于焚燒垃圾的這個特性多變的領域,我們既要遵循它的共性,又要研究適應它的特性,那么它的特性是什么?

  1、其它行業進窯的物料,無論它的物化成分和數量都是定量可控的(即都是原料),而垃圾進窯物料由于它存在褚多的不確定性,進窯物料具有“模糊性”(即為廢料)它是無法精細可控的,焚燒窯應能適應焚燒對象的“模糊性”, 應有較大的包容性。

2、為了防止二次污染,切忌污染轉移,垃圾焚燒是包括焚燒中產生煙氣中的有害成分的焚燒,所以它需具有雙重焚燒功能。而其煙氣的焚燒溫度國家有規定,焚燒生活垃圾、醫療垃圾的煙氣溫度,要求在850 OC的工況下停留2秒,而危廢焚燒后的煙氣溫度要求在1150 OC停留2秒。

3、關于焚燒后的渣料,其它行業焚燒后的是成品,而垃圾焚燒后的是無用渣料,而燃盡后的渣料殘碳減率不能大于5%。

      因此,針對上述三種焚燒方法以簡單“順流”“逆流”的熱工流程是難以

滿足焚燒垃圾的特定條件的原因是:

 、無論“順流”“逆流”它只能對窯內的垃圾而言,對于煙氣的二次燃燒得不到兼顧,勢必得另加熱源。這就大大增加了不必要的成本。所以對于其它行業是可以滿足的,但對特定垃圾焚燒顯然是不合適的。

、以上常規內三種焚燒方法,如以熔渣型或灰渣型,雖然也能焚燒,除了熱耗增加以外,還有設備操作維修上的問題,由于垃圾熔點不一,上述流程國內不少實例已顯見弊病,窯內結圈嚴重,短時間內就會出現“進不去、燒不透、出不來”最后導致癱瘓,再如以第三種單純“熱解式”雖然上述的問題不會出現,但焚燒垃圾燒不透,滿足不了國家小于5%殘碳灼減率,顯然滿足不了實現徹底焚燒的目的。針對上述問題,原始的“熔渣”“灰渣”型是難以滿足的,但對于熱解型應針對其弊予以細化完善。首先是熱工流程。既不能簡單“順流”也不能簡單的“逆流”既要實現窯內熱解,又要焚透燒盡,具有不確定因素垃圾需要采用“熱工復合流程”其含義是風流與物流,原則上是逆流但對窯內的予熱、干化、熱解區段是靠二燃爐高溫熱源的輻射熱來實現的,所以進料端要嚴格控制,只能進少量低氧風,一般僅靠進料端的漏風即可,詳見如下配置。

 

(三)回轉窯焚燒危廢三種組合匹配分析與比較

回轉窯的一般優點,已被業內公認,但燒不透、燒不盡的缺點也被行內越舉且止,如何保持發揚優點,改進克服缺點,這是我們應該做的一件事;剞D窯焚燒危廢國外傳統模式是在回轉窯的出料端加一豎向二燃室,其底部為一單純卸料機構,為燃盡殘渣,近10年在國際國內大致出現三種組合匹配模式即:

 

A、回轉窯出料端將二燃底部加一小型爐排;

B、  回轉窯出料端將二燃底部加一小型流化床;

C、 回轉窯出料端將二燃底部加一回轉爐蓖子。

 

分別簡述如下:

31、回轉窯出料端將二燃底部加一小型爐排:

 

 

此工藝流程是垃圾從進料斗進料喂入回轉窯,經熱解焚燒方法,熱解后的垃圾徐徐進入二燃室下部的爐排,將未燃盡部分繼續燃盡,此工藝在爐排底供風及進料端微弱進風,由總引風機抽風,使窯內呈欠氧負壓,熱工流程呈基本逆流,在回轉窯內靠輻射熱,燃燒部分低燃點物料,應該說熱工流程是合理的,可以達到焚盡燒透目的。此工藝也是目前國內外業內常采用一種組合匹配,但其缺點是由回轉窯翻滾物料進入爐排,由于危廢的燃點及物化性質不同,未燃盡的垃圾進入爐排時,其塊度大小是不可控的,因回轉窯卸料是定點集中堆積的。而爐排的推進只是一個方向又未具破碎功能,所以大塊渣料常在出口拱料,也就是垃圾進得去在爐排上也可以燒,但不均勻,出料受阻,造成操作困難,嚴重影響連續正常運轉。

32、回轉窯出料端將二燃底部加一小型流化床:

 

流程基本同上,但此種組合匹配存在問題是:

 

     出料端配循環流化床,目的是要回轉窯燒不透的部分在流化床完成最后燃盡,但流化床要使床料載體帶動物料流化,它對進床物料的塊度要求小而均勻,切忌大塊集中,否則沸騰、流化失靈。而回轉窯所供的物料其大小及瞬時進料量是難以控制的,所以企圖以流化達到高效的熱交換的優點達到燃盡殘渣的目的是難以實現的。

     流化床底部進的是高壓風(否則物料不能沸騰)爐內呈正壓狀,而回轉窯熱解窯內應呈負30~50Pa,在窯爐呈一腔的工況下,風壓匹配相互矛盾,不能實行正常熱工工藝流程。

     循環流化床的卸料口較小,由于回轉窯卸入流化床的渣塊度大小是不可控的,因此卸口堵塞是經常發生。

綜上三方面存在的問題,由回轉窯組合匹配循環流化床,無論從熱工流程,燃盡燒透、暢通卸料均存在嚴重問題,目前國內無成功先例。

 

33、回轉窯出料端在二燃底部加塔式回轉爐蓖:

 

塔式回轉爐蓖在焚燒行業是一個成熟裝備,回轉窯出料端在二燃底部加塔式回轉爐蓖將原二燃室演變為二燃爐,焚燒工藝為熱解型回轉窯即在回轉窯部分為四段:a、予熱 b、欠氧干化  c、熱解 d、后1/4筒體部分焚燒,在回轉塔蓖上將部分殘渣靠富氧燃盡,其熱工流程為逆流+輻射。配置塔式回轉爐蓖具備了四個功能即:

、蓖下配底風具有焚盡渣料殘碳的功能;

      ②、由于底風為常溫風,有冷卻渣料的功能;

      ③、回轉塔蓖四周卸料偏心動顎與靜顎,具有破碎渣料的功能;

      、回轉塔蓖下部可控集料斗具有儲料鎖風功能。

34、結 論:

   通過對以上三種焚燒方法;三種熱工流程和三種窯爐組合匹配的解析,得出以下三條結論

、回轉窯焚燒危廢以熱解法為宜;

          、要實現熱解法,熱工流程是在窯內熱解部分的熱源依靠輻射,殘渣燃盡采取富氧逆流;簡而言之:熱工流程為“逆流+輻射”

          、要符合熱解法和“逆流+輻射”的熱工流程,應以回轉窯加二燃室底設置塔式回轉爐蓖的窯爐組合匹配,使焚燒系統完成一個復合架構。在上述裝備的前提下,再以一次風、二次風、三次風的風量、風壓及溫度和氧量設定、控制、調節,適應復雜多變的垃圾實現科學焚燒,同時使殘渣破碎,余熱回流,使上述工藝過程具有可操作性,構成一個較為完善的系統工程,此種匹配以下簡稱“回轉組合窯”。

 

(四)回轉窯焚燒危廢的應用簡述

 

通過以上論述回轉窯焚燒危廢的三種焚燒方法;三種熱工流程和三種窯爐組合匹配的分析比較,以下對回轉窯組合匹配塔式回轉爐蓖的焚燒系統作一系統簡介:

41、回轉窯組合焚燒窯基本原理及關鍵技術提要

回轉式焚燒窯是國際工業廢物處理領域廣泛應用的焚燒設備,在工業廢物焚燒領域的市場占有率較高,也是我國科技部和國家環?偩炙l布的國家工業廢物處理技術政策中推薦的焚燒爐爐型。它可同時處理固體和液體廢物,固體廢物由專用輸送設備送入回轉窯,液體廢物通過高效霧化設備噴入窯體進料端,廢物在回轉窯內完成水分蒸發、揮發份析出、著火及燃燒的過程,灰渣部分由二燃室底部排出,所產生的煙氣進入二燃室,在二燃室內與二次燃燒空氣混合,達到煙氣完全燃燒,實現尾氣安全達標排放;剞D窯焚燒爐的特點是適應性廣、操作維護簡便、使用壽命長。

    回轉組合窯焚燒危險廢物,是在傳統回轉窯焚燒爐的基礎上,將未燃盡殘渣與有害煙氣由其組合匹配塔式回轉爐蓖的立式爐來完成焚燒(爐腔上部為二燃室)。在強化換熱和燃燒方面取得良好成效,該系統還可在回轉窯內增設鏈條組,以克服了傳統回轉窯內煙氣與廢物接觸不充分導致廢物換熱及燃燒效果欠佳的缺點,同時該系統還具有防止爐內結渣的功能;該系統二燃室下部設有旋轉爐蓖,該爐蓖下部可鼓入燃燒用空氣,對進入二燃爐的灰渣進行充分燃燒,這樣與回轉窯進料端進入的少量一次燃燒空氣、二燃室切向鼓入的二次燃燒空氣及爐底的三次風組成了回轉組合式焚燒爐的三次空氣燃燒系統,提高了系統的焚燒熱效率;同時旋轉爐蓖下部鼓入的常溫空氣兼有冷卻渣料的功能,可以實行干式冷態出渣,避免了濕法出渣所帶來的水處理問題;旋轉爐蓖偏心設置,其運行軌跡為旋轉動態橢圓形,因此具有粉碎渣料及自動出渣的綜合功能。

  本焚燒爐的特點歸納如下:

    本設備可同時焚燒固體廢物、液體、氣體、對焚燒物適應性強;

    焚燒物料翻騰前進,三種傳熱方式并存一爐,熱利用率較高;

    耐火材料壽命長而且更換爐襯方便,費用低;

    傳動機理簡單,傳動機構均在窯外殼,設備運轉安全,維修簡單;

    對焚燒物形狀、含水率要求不高;

    回轉窯內較長的停留時間和700的高溫,使危險廢物全面熱解,部分低燃點垃圾基本燃盡;二燃爐強烈的氣體混合使得煙氣中未完成燃燒物完全燃燒達到有害成分分解所需的高溫(1150),高溫區煙氣停留為2秒;不但使垃圾焚盡燒透,還從源頭有效地分解了二惡英;

    良好的密封措施和爐膛負壓,保證有害氣體不外泄;

    設備運轉率高,年運轉率一般可達90%以上,操作維修方便;

    回轉窯內增設強化換熱及防止結渣裝置,在提高焚燒率的同時擴大了焚燒爐對廢物的適應性;

將傳統二燃室演變為二燃爐,提高了灰渣的燃盡率,提高了回轉窯的焚燒效率,同時具有常溫出渣、渣料破碎、密封鎖風等綜合功能。本設備成熟可靠,可完全國產化,并已有豐富的制造經驗。

 

42、回轉組合窯的創新要點

1、回轉窯內設鏈條組:

          鏈條組對回轉內的廢物進行攪拌接觸,加強了廢物與高溫煙氣的接觸,強化了廢物熱交換,同時鏈條組還有防止廢物燃燒過程中在回轉窯內粘結的作用,對廢液的焚燒,通過將廢液直接噴射到鏈條組上面,大大增加了廢液的換熱面積,擴大了回轉窯對廢物焚燒的適應性。

2、三次空氣燃燒系統:

         傳統的回轉窯采用二次空氣燃燒系統,回轉組合式焚燒爐在二燃室底部加設旋轉爐蓖,旋轉爐蓖下面鼓入三次空氣,強化了廢物的燃燒,提高了焚燒爐的熱效率,爐渣內含碳率可低于2%。同時還加速了廢物焚燒過程,提高了回轉窯的廢物焚燒量。

3、冷態干式出渣,避免了二次污染:

        三次空氣還具有渣料冷卻的作用,實現干態低溫(80)出渣,避免了濕法出渣造成的污水處理問題。

4、旋轉爐蓖使渣料破碎、鎖風以及自動出渣等功能:

旋轉爐蓖偏心設置,其運行軌跡為旋轉動態橢圓形,對渣料具有破碎作用,此外旋轉爐蓖與其匹配料斗還具有鎖風功能,保持焚燒系統的密閉性、能配置自動出渣等功能。

43回轉組合式焚燒窯工藝流程:

    廢物用密閉卡車運到焚燒廠儲庫,通過進料機構輸送入回轉窯進料斗,進料斗下設有推料機構及鎖風設施,確;剞D窯負壓運行的燒成制度。

廢物進入焚燒爐后,通過回轉窯的運行在窯中翻轉、攪拌、前進,在欠氧環境中完成予熱、干化、熱解過程,廢棄物在揮發氣化的同時進行不完全燃燒,揮發產生大量可燃氣體及部分未燃盡物料進入二燃爐,在過量燃燒空氣的作用下完成完全燃燒。為強化窯內換熱,在回轉窯內設置鏈式蒸發熱交換器,溫度在400500之間,廢液可直接噴射到鏈條上可加速起蒸發及醇類揮發的過程,另一方面對固體廢物也能起到傳熱、翻動及研磨作用。廢物燃盡產生的灰渣由二燃爐底部的回轉爐蓖排出。二燃爐燃燒溫度可達成1150,且煙氣在高溫區停留時間>2秒,以保證二惡英等有害物質的充分分解。當溫度低于1150時,二燃室的燃燒器調節大小火開啟。確保爐溫穩定在1150左右,回轉窯和二燃爐燃燒所有的空氣通過風機分別供給,以使廢物的燃燒處于最佳狀態。在二燃爐底部設有爐底三次風機,強化了灰渣的燃盡程度,同時冷卻渣料,實現了冷態出渣。

為利用余熱,從二燃爐出來的高溫煙氣進入熱交換器,部分熱空氣可作一次風、二次風風源鼓入回轉窯。

煙氣處理按“3T”(高溫、湍流、停留時間)原則將高溫煙氣經熱交換器后的煙氣進入激冷濕式中和噴淋綜合除塵器,在濕式噴淋塔除塵器裝置內完成酸性物質中和、除塵的過程同時使高溫煙氣激冷至300以下。于此,前道高溫煙氣不但使二惡英從源頭予以充分分解,后道激冷使二惡英避開或大大縮短了350~500的二惡英再生工況區。此煙氣再經優化的活性炭吸附及袋式收塵器、除濕等綜合除塵,最后由引風機通過35高的煙囪達標排放。引風機的風量、風壓根據回轉窯爐膛的壓力指示由變頻器調節,實現當爐膛的負壓小于-3mm水柱時,能增大風機轉速,使系統中的負壓維持在一定水平上,當爐膛內的負壓過高時則能相應減小風機轉速。

本系統焚燒物出渣率是根據廢棄物物化性質確定,但利用本爐型其垃圾灼減率可確保5%以下,一般為1.5~2.5%。

工藝流程框圖

 

44、組合回轉窯的技術水平及性能指標

傳統回轉窯在廢物焚燒完全等方面存在一些不足之處,所以國內外一些公司和研究機構也嘗試在回轉窯二燃室后設爐排,雖然后設爐排也可以起到強化燃燒作用,但不具備渣料破碎等功能,同時投資大、維修量大、費用高等綜合缺陷。因此回轉組合式焚燒爐在二燃室底部加設旋轉爐蓖形成二燃爐,其系統技術有領先之處,可以達到以下性能指標:

回轉組合式焚燒爐的技術性能指標見下表

廢物類型

焚燒溫度

0C

煙氣停留時間(S

燃燒效率

%

焚毀去除率

%

焚燒殘渣的熱灼減率(%

危險廢物

1150

2.0

99.9

99.9

1-2.5

多氯聯苯

1150

2.0

99.9

99.9

1-2.5

醫療廢物

1150

1.0

99.9

99.9

1-2.5

回轉組合式危險廢物焚燒爐經近10年摸索改進,國內已經有多項實例所檢驗,技術已趨成熟,裝備也可靠實用。但對于危廢焚燒的處置,是一個十分復雜的領域,此項技術的進步仍然是動態的。上述簡介僅為一種探索與實踐,留給我們技術發展空間仍然是十分寬廣的,愿業內同行相互啟發,共同努力不斷完善。

 

 
【 文章作者:王   煦 文章來源:本站原創 點擊次數:11555 論文錄入:admin    責任編輯:admin 】 
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