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胜分差:危廢焚燒與煙氣凈化系統的設計難點及對策

胜分差 www.jczyd.com 時間:2019-12-25 11:51

來源:有色冶金設計與研究

作者:王德鋒

本文主要分析了危廢焚燒與煙氣凈化系統中固廢預處理及進料系統風險、回轉窯燃燒系統風險、鍋爐積灰腐蝕問題、急冷塔濕壁腐蝕問題等潛在的問題,并提出了相應的改造優化措施.對原有設計進行改造與優化后,能有效提高回轉窯焚燒爐的使用時間.

1 危廢焚燒處理技術概況

危險廢物是指列入《國家危險廢物名錄》或者根據國家規定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法判定的具有危險特性的廢物[1]。危險廢物通常具有腐蝕性、毒性、易燃性、反應性或者感染性等一種或者幾種危險特性,主要來自工業、醫療行業,主要產生于化學原料和化學制品制造業、非金屬礦采選業、有色金屬冶煉及造紙業。2016 年,環保部印發《國家危險廢物名錄:2016 版》對危廢名錄進行了修訂,危廢處置的合規化問題引起社會的高度重視。

目前,危廢處理主要分為填埋法、焚燒法、固化法和化學法等。其中,焚燒處理是指將危險廢物置于焚燒爐內,在高溫和足夠氧量的條件下進行氧化反應,分解或降解危險廢物的過程。焚燒法適合有機物含量高、熱值較高的廢物,特別是對組分和來源復雜的廢物,具有減容、減量效果好,能回收廢物中所含的能量,無害化徹底的優點,現已成為危險廢物無害化處理的主要選擇之一。

回轉窯焚燒爐作為危廢焚燒生產線中的主要設備,可同時處理固廢和廢液,且幾乎適用于所有可焚燒處置的廢液,具有設備投資小、運行成本較低的優點。

2 危廢焚燒處理工藝存在的問題及對策

危險廢物回轉窯焚燒處理工藝包含廢物預處理系統、焚燒系統、煙氣處理系統等幾個部分。其中,廢物預處理系統包括廢物的預處理和進料工序;焚燒系統由回轉窯和二燃室、出渣及控制系統組成;煙氣處理系統由余熱回收、急冷和除塵設備、酸性氣體吸收組成。危險廢棄物經過多個處理工藝單元、復雜的化學反應和物理變化,存在的突發風險因素有很多,以下著重對其中4個主要工藝技術風險因素及對應的風險處理對策進行分析。

2.1 固廢預處理及進料系統風險及處理對策

由于危險廢棄物具有一定的易燃性,為防止危險廢物破碎過程中可能產生的火災事故,破碎機系統配置了注氮控氧系統。當破碎機插板閥前后配置的氧含量檢測計檢測到氧體積分數高于6%時,控制系統自動關閉上下液壓閘門,進行注N2、排料??悸塹交刈さ囊ね方鮮幣追⑸鼗鶼窒?, 設計雙液壓翻板門來保證回轉窯運行時的安全。進料時,上部液壓門在進料斗料位到達設定值時自動打開,落料;上部液壓門關閉后,下部液壓門自動打開,固廢通過溜槽進入回轉窯。整個進料過程在密封和冷卻狀態下運行,確保安全運行。

2.2 回轉窯燃燒系統風險及處理對策

回轉窯是一個有一定斜度的圓筒狀物, 運行時通過窯體的轉動來促進物料在窯內充分混合并逐漸向窯尾移動?;刈つ誄囊歡ê穸鵲哪突鴆牧?。一般耐火材料分為3 層,最外層為硅酸鈣板,中間一層耐火材料為高鋁輕質磚,最內層材料成分含60%Al2O3。

通?;刈は低炒嬖諉芊獠謊?、窯頭窯尾過熱變形、窯內結焦等問題,嚴重時甚至可能存在耐火磚坍塌、煙氣泄露、爆炸的風險。其中,回轉窯尾部結焦問題經常出現,是由于回轉窯窯頭和窯尾燃燒溫度的差異所造成的。當低熔點鹽類肥料入窯燃燒,其熔融態灰渣在接近燃燒溫度低的窯尾時,容易粘結在耐火材料上[5]。因此,在設計時對回轉窯進行優化,將回轉窯尾部直接插入二燃室底部,2 個系統共用1 個出渣口,同時在二燃室底部設置多組分燃燒機,為回轉窯窯尾供熱,保證達到一定的燃燒溫度,使灰渣不易粘結。在進料系統中,可對入爐廢物進行合適的配伍。如果含有低熔點鹽類的廢料,則必須提前進行摻合,再加入爐內。焚燒后,出料口需進行密封處理,避免延期泄漏造成污染。另一方面,由于耐火材料屬于定期維護的損耗材料,耐火材料的質量需要根據回轉窯溫度曲線、腐蝕曲線、使用壽命進行比選,避免出現由于材料選取不當導致的回轉窯垮塌、爐體變形等事故。

2.3 鍋爐積灰腐蝕問題及處理對策

目前,焚燒系統余熱鍋爐設備通常采用式壁式余熱鍋爐、單鍋筒自然循環低壓鍋爐。余熱鍋爐采用膜式壁圍合的方式形成3 個輻射直立煙道, 內部不再設置換熱面。膜式壁采用懸吊方式,壁外設有剛性梁, 整個膜式壁組成剛性吊箍式結構懸吊在頂梁上,并可以向下自由膨脹。膜式壁式余熱鍋爐受熱面結構形成如圖1所示。

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由于余熱鍋爐內煙氣的氣體成分不同, 高溫腐蝕的問題常發生在不同的煙氣溫度下。例如當煙氣溫度高于350 ℃時,煙氣中的硫化物、鹵化物將對管壁造成高溫腐蝕;煙氣溫度在120~170 ℃范圍內,含HCL、SO2 和SO3 的煙氣也會對管壁造成腐蝕。煙氣的腐蝕會造成鍋爐壁穿孔、煙氣逃逸等一系列問題,因此余熱鍋爐出口溫度的設計是一大難點。根據《危險廢物集中焚燒處置工程建設技術規范》要求,為防止二噁英在低溫段再生,危險廢物焚燒煙氣的熱能利用應避開200~500 ℃的溫度區間;同時考慮避開管壁會發生HCl 和SOx 露點腐蝕的120~170 ℃溫度區域,以及高于350 ℃的區域。綜合上述考慮,為了有效地預防余熱鍋爐系統風險,通常將余熱鍋爐出口溫度設計在550 ℃以上,輸送的飽和蒸汽溫度應設計在190~300 ℃之間。

2.4 急冷塔濕壁腐蝕問題及處理對策

急冷蒸發塔在危廢焚燒中應用廣泛,其主要作用是利用噴霧冷卻技術對余熱鍋爐出口的煙氣進行急冷(通常要求是1 s 內將高溫煙氣的溫度降至200 ℃左右),在此過程中最大程度地降低焚燒煙氣中二噁英的含量。塔內設有多支雙流體霧化噴槍,主要將霧化后的水與高溫煙氣充分混合,利用水的瞬間氣化帶走高溫煙氣中的大量熱量。急冷蒸發塔結構見圖2。

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編輯:李丹

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